Unidad - 2 - Medios de transmisión

2.- Medios de transmisión y sus características.

Como se vio anteriormente, las computadoras y otros dispositivos de telecomunicación usan señales para representar los datos. Estas señales se transmiten de un dispositivo a otro en forma de energía electromagnética. Las señales electromagnéticas pueden viajar a través del vacío, el aire u otros medios de transmisión. La energía electromagnética, una combinación de campos eléctricos y magnéticos vibrando entre sí, comprende a la corriente eléctrica alterna, las señales eléctricas de voz, a las ondas de radio, a la luz infrarroja, a la luz visible, a la luz ultravioleta y a los rayos X, gamma y cósmicos. Cada uno de ellos constituye una porción del espectro electromagnético (véase la figura 2.1).

Sin embargo, no todas las porciones del espectro se pueden usar realmente para las telecomunicaciones y los medios para conducir aquellas que son utilizables están limitados a unos pocos tipos. Las frecuencias en la banda de voz se transmiten generalmente en forma de corrientes a través de hilos de metal, como los pares trenzados o los cables coaxiales. Las radio frecuencias pueden viajar a través del aire o del espacio, pero necesitan mecanismos específicos de transmisión y recepción. . La luz visible, el tercer tipo de energía electromagnética que se usa actualmente para las telecomunicaciones, se conduce usando un cable de fibra óptica. Los medios de transmisión se pueden dividir en dos grandes categorías: guiados y no guiados (véase la figura 2.2).

2.1.- Guiados:

Los medios guiados son aquellos que proporcionan un conductor de un dispositivo al otro e incluyen cables de pares trenzados, cables coaxiales y cables de fibra óptica (véase la figura 2.3).

Una señal viajando por cualquiera de estos medios es dirigida y contenida por los límites físicos del medio. El par trenzado y el cable coaxial usan conductores metálicos (de cobre) que aceptan y transportan señales de corriente eléctrica. La fibra óptica es un cable de cristal o plástico que acepta y transporta señales en forma de luz. 

Par trenzado:

El cable de par trenzado se presenta en dos formas: sin blindaje y blindado.

Cable de par trenzado sin blindaje (UTP):

El cable de par trenzado sin blindaje (UTP, Unshielded Twisted Pair) es el tipo más frecuente demedio de comunicación que se usa actualmente. Aunque es el más familiar por su uso en los sistemas telefónicos, su rango de frecuencia es adecuado para transmitir tanto datos como voz  (véase la figura 2.4). Un par trenzado está formado por dos conductores (habitualmente de cobre), cada uno con su aislamiento de plástico de color. El aislamiento de plástico tiene un color asignado a cada banda para su identificación (véase la figura 2.5). Los colores se usan tanto para identificar los hilos específicos de un cable como para indicar qué cables pertenecen a un par y cómo se relacionan con los otros pares de un manojo de cables.

En el pasado se usaron dos cables planos paralelos para la comunicación. Sin embargo la interferencia electromagnética de dispositivos tales como motores podía originar ruidos en los dos cables son paralelos, el cable más cercano a la fuente de ruido tiene más interferencia y termina con un nivel de tensión más alto que el cable que está más lejos, lo que da como resultado cargas distintas y una señal dañada (véase la figura 2.6).

Sin embargo, si los dos cables están trenzados entre sí en intervalos regulares (entre 2 y 12 trenzas por pie), cada cable está cerca de la fuente del ruido durante la mitad del tiempo y lejos durante la otra mitad. Por tanto, con el trenzado, el efecto acumulativo de la interferencia es igualen ambos cables (examine la figura 2.7).

Cada sección de cable tiene una carga de 4 cuando está en la parte alta del trenzado y de 3 cuando está en la parte baja. El efecto total del ruido en el receptor es 0 (14 -14). El trenzado no siempre elimina el impacto del ruido, pero lo reduce significativamente. Las ventajas del UTP son su precio y su facilidad de uso. El UTP es barato, flexible y fácil de instalar. En muchas tecnologías de LAN, incluyendo Ethernet y Anillo con paso de testigo, se usa UTP de gama alta. La figura 2.8 muestra un cable que contiene cuatro pares trenzados sin blindaje. Su impedancia típica es de 100 ohmios.

•Categoría 1: Actualmente no reconocido por TIA/EIA. Previamente usado para comunicaciones telefónicas POTS, ISDN y cableado de timbrado.

•Categoría 2: Actualmente no reconocido por TIA/EIA. Previamente fue usado con frecuencia enredes token ring de 4 Mbit/s.

•Categoría 3: Actualmente definido en TIA/EIA-568-B, usado para redes de datos usando frecuencias de hasta 16 MHz. Históricamente popular (y todavía usado) para redes Ethernet de 10 Mbit/s. Debe tener al menos nueve trenzas por metro.

•Categoría 4: Actualmente no reconocido por TIA/EIA. Posee desempeño de hasta 20 MHz, y fue frecuentemente usado en redes token ring de 16 Mbit/s. También de nueve trenzas por metro.

•Categoría 5: Actualmente no reconocido por TIA/EIA. Posee desempeño de hasta 100 MHz, y es frecuentemente usado en redes Ethernet de 100 Mbit/s. Es posible usarlo para Ethernet de gigabit 1000BASE-T. 

•Categoría 5e: Actualmente definido en TIA/EIA-568-B. Posee desempeño de hasta 100 MHz, y es frecuentemente usado tanto para Ethernet 100 Mbit/s como para Ethernet 1000 Mbit/s(gigabit).

•Categoría 6: Actualmente definido en TIA/EIA-568-B. Posee desempeño de hasta 250 MHz, más del doble que las categorías 5 y 5e. Usado principalmente para Gigabit

•Categoría 6a: Especificación futura para aplicaciones de 10 Gbit/s.

•Categoría 7: Nombre informal aplicado a cableado de clase F de ISO/IEC 11801. Este estándar especifica 4 pares blindados individualmente dentro de otro blindaje. Diseñado para transmisión a frecuencias de hasta 600 MHz.

Los cables UTP se conectan habitualmente a los dispositivos de la red a través de un tipo de conector y un tipo de enchufe como el que se usa en las clavijas telefónicas. Los conectores pueden ser machos (el enchufe) o hembras (el receptáculo). Los conectores machos entran en los conectores hembras y tienen una pestaña móvil (denominada llave) que los bloquea cuando quedan ubicados en su sitio. Cada hilo de un cable está unido a un conductor (o patilla) del conector. Los conectores que se usan más frecuentemente para estos enchufes son los RJ45, que tienen ocho conductores, uno para cada hilo de cuatro pares trenzados.

Cable de par trenzado con blindado global (FTP)

En este tipo de cable como en el UTP, sus pares no están blindados, pero sí dispone de un blindaje global de todo el conjunto de pares para mejorar su nivel de protección ante interferencias externas. Su impedancia característica típica es de 120 Ohmios y sus propiedades de transmisión son más parecidas a las del UTP. Además, puede utilizar los mismos conectores RJ45. Tiene un precio intermedio entre el UTP y STP. Ver figura 2.9.

Cable de par trenzado blindado (STP)

El cable de par trenzado blindado (STP, Shielded Twisted Pair) tiene una funda de metal o un recubrimiento de malla entrelazada que rodea cada par de conductores aislados (véase la figura2.10). La carcasa de metal evita que penetre ruido electromagnético. También elimina un fenómeno denominado interferencia, que es un efecto indeseado de un circuito (o canal) sobre otro circuito (o canal). Se produce cuando una línea (que actúa como antena receptora) capta alguna de las señales que viajan por otra línea (que actúa como antena emisora). Este efecto se experimenta durante las conversaciones telefónicas cuando se oyen conversaciones de fondo. Blindando cada par de cable de par trenzado se pueden eliminar la mayor parte de las interferencias. El STP tiene las mismas consideraciones de calidad y usa los mismos conectores que el UTP, pero es necesario conectar el blindaje a tierra. Los materiales y los requisitos de fabricación del STP son más caros que los del UTP, pero dan como resultado cables menos susceptibles al ruido. Su impedancia típica es de 150 ohmios.

Cable coaxial:

El cable coaxial (o coax) transporta señales con rangos de frecuencias más altos que los cables de pares trenzados (véase la figura 2.11), en parte debido a que ambos medios están construidos de forma bastante distinta.

En lugar de tener dos hilos, el cable coaxial tiene un núcleo conductor central formado por un hilo sólido o enfilado (habitualmente cobre) recubierto por un aislante de material dieléctrico, que está, a su vez, recubierto por una hoja exterior de metal conductor, malla o una combinación de ambas(también habitualmente de cobre). La cubierta metálica exterior sirve como blindaje contra el ruido y como un segundo conductor, lo que completa el circuito. Este conductor exterior está también recubierto por un escudo aislante y todo el cable está protegido por una cubierta de plástico (véase la figura 2.12).

Normas de cable coaxial

Los distintos diseños del cable coaxial se pueden categorizar según sus clasificaciones de radio del gobierno (RG). Cada número RG denota un conjunto único de especificaciones físicas, incluyendo el grosor del cable del conductor interno, el grosor y el tipo del aislante interior, la construcción del blindaje y el tamaño y el tipo de la cubierta exterior. Cada cable definido por las clasificaciones RG está adaptado para una función especializada. Los más frecuentes son:

RG-8 con 50 Ohmios y es usado en Ethernet de cable grueso.RG-9 con 50 Ohmios y es usado en Ethernet de cable grueso.

RG-11 con 50 Ohmios y es usado en Ethernet de cable grueso.

RG-58 con 50 Ohmios y es usado en Ethernet de cable fino.

RG-59 con 75 Ohmios y es usado para TV.

Conectores de los cables coaxiales:

 A lo largo de los años, se han diseñado un cierto número de conectores para su uso en el cable coaxial, habitualmente por fabricantes que buscaban soluciones específicas a requisitos de productos específicos. Unos pocos de los conectores más ampliamente usados se han convertido en normas. El más frecuente de todos ellos se denomina conector en barril por su forma. De los conectores en barril, el más popular es el conector de red a bayoneta (BNC,Bayonet NetworkConnector) (Ver figura 2.13), que se aprieta hacia dentro y se bloquea en su lugar dando media vuelta. Otros tipos de conectores de barril se atornillan juntos, lo que necesita más esfuerzo de instalación, o simplemente se aprietan sin bloqueo, lo que es menos seguro. Generalmente, un cable termina en un conector macho que se enchufa o se atornilla en su conector hembra correspondiente asociado al dispositivo. Todos los conectores coaxiales tienen una única patilla que sale del centro del conector macho y entra dentro de una funda de hierro del conector hembra. Los conectores coaxiales son muy familiares debido a los cables de TV y a los enchufes de VCR, que emplean tanto los de presión como los deslizantes.

Otros dos tipos de conectores que se usan frecuentemente son los conectores T y los terminadores. Un conector T (que se usa en la Ethernet de cable fino) permite derivar un cable secundario u otros cables de la línea principal. Un cable que sale de una computadora, por ejemplo, se puede ramificar para conectarse a varios terminales.

Los terminadores son necesarios en las topologías de bus donde hay un cable principal que actúa como una troncal con ramas a varios dispositivos, pero que en sí misma no termina en ningún dispositivo. Si el cable principal se deja sin terminar, cualquier señal que se transmita sobre él genera un eco que rebota hacia atrás e interfiere con la señal original. Un terminador absorbe la onda al final del cable y elimina el eco de vuelta.

Fibra óptica:

Hasta este momento, se han visto cables conductores (de metal) que transmiten señales en forma de corriente. La fibra óptica, por otro lado, está hecha de plástico o de cristal y transmite las señales en forma de luz. Para comprender cómo funciona la fibra óptica es necesario explorar primero varios aspectos de la naturaleza de la luz.

La naturaleza de la luz

La luz es una forma de energía electromagnética que alcanza su máxima velocidad en el vacío: 300.000 kilómetros/segundo (aproximadamente, 186.000 millas/segundo). La velocidad de la luz depende del medio por el que se propaga (cuanto más alta es la densidad, más baja es la velocidad).

Refracción.-

La luz se propaga en línea recta mientras se mueve a través de una única sustancia uniforme. Si un rayo de luz que se propaga a través de una sustancia entra de repente en otra (más o menos densa), su velocidad cambia abruptamente, causando que el rayo cambie de dirección.

Este cambio se denomina refracción.

Esto lo podemos observar si tenemos una varilla que sobresale de un vaso de agua, la cual parecerá estar torcida, o incluso rota (figura 2.14),debido a que la luz a través de la que la vemos cambia de dirección a medida que se mueve del aire al agua.

La dirección en la que se refracta un rayo de luz depende del cambio de densidad que encuentre. Un rayo de luz que se mueva de una sustancia menos densa a un medio más denso se curva hacia el eje vertical. Los dos ángulos formados por el rayo de luz en relación al eje vertical se de nominan: I para el incidente, y R para el refractado. En la figura 2.15a, el rayo se transmite desde un medio menos denso a un medio más denso. En este caso, el ángulo R es menor que el ángulo I. Sin embargo, en la figura 2.15b, el rayo se propaga de un medio más denso a un medio menos denso. En este caso, el valor de I es más pequeño que el valor de R. En otras palabras, cuando la luz penetra en un medio más denso, el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo de refracción; y cuando la luz penetra en un medio menos denso, el ángulo de incidencia es menor que el ángulo de refracción.

La tecnología de fibra óptica hace uso de las propiedades que se muestran en la figura 2.15b para controlar la propagación de la luz a través de un canal de fibra.

Ángulo crítico.

Examinemos ahora la figura 2.16. Una vez más tenemos un rayo de luz que se mueve de un medio más denso a otro menos denso. Sin embargo, en este ejemplo se incrementa gradualmente el ángulo de incidencia medido desde la vertical. A medida que se incrementa el ángulo de incidencia, también lo hace el ángulo de refracción. Este se aleja igualmente del eje vertical y se hace cada vez más próximo al horizontal.

En algún punto de este proceso, el cambio del ángulo de incidencia da como resultado un ángulo de refracción de 90 grados, de forma que el rayo refractado se mueve a lo largo de la horizontal. El ángulo de incidencia en este punto es el que se conoce como ángulo crítico.

Reflexión.

Cuando el ángulo de incidencia se hace mayor que el ángulo crítico, se produce un fenómeno denominado reflexión (o, más exactamente, reflexión completa, porque algunos aspectos de la reflexión siempre coexisten con la refracción). En este caso, ya no pasa nada de luz al medio menos denso, porque el ángulo de incidencia es siempre igual al ángulo de reflexión (véase la figura 2.16).

La fibra óptica usa la reflexión para transmitir la luz a través de un canal. Un núcleo de cristal o plástico se rodea con una cobertura de cristal o plástico menos denso. La diferencia de densidad de ambos materiales debe ser tal que el rayo de luz que se mueve a través del núcleo sea reflejado por la cubierta en lugar de ser refractado por ella. La información se codifica dentro de un rayo de luz como series de destellos encendido-apagado que representan los bits uno y cero.

Modos de propagación:

 La tecnología actual proporciona dos modos de propagación de la luz a lo largo de canales ópticos, cada uno de los cuales necesita fibras con características distintas: multimodo y mono-modo. A su vez, el multimodo se puede implementar de dos maneras: índice escalonado o de índice de gradiente gradual (véase la figura 2.17).

Multimodo.

El multimodo se denomina así porque hay múltiples rayos de luz de una fuente luminosa que se mueven a través del núcleo por caminos distintos. Cómo se mueven estos rayos dentro del cable depende de la estructura del núcleo. En la fibra multimodo de índice escalonado, la densidad del núcleo permanece constante desde el centro hasta los bordes. Un rayo de luz se mueve a través de esta densidad constante en línea recta hasta que alcanza la interfaz del núcleo y la cubierta.

        

En la interfaz, hay un cambio abrupto a una densidad más baja que altera el ángulo de movimiento del rayo. El término índice escalonado se refiere a la rapidez de este cambio. La figura 2.18 muestra varios haces (o rayos) que se propagan a través de una fibra de índice escalonado. Algunos rayos del centro viajan en línea recta a través del núcleo y alcanzan el destino sin reflejarse o refractarse. Algunos otros rayos golpean la interfaz del núcleo y se reflejan en un ángulo menor que el ángulo crítico; estos rayos penetran la cubierta y se pierden. Todavía quedan otros que golpean el borde del núcleo con ángulos mayores que el ángulo crítico y se vuelven a reflejar dentro del núcleo hasta el otro lado, balanceándose hacia delante y hacia atrás a lo largo del canal hasta que alcanzan su destino. Cada rayo se refleja fuera de la interfaz en un ángulo igual a su ángulo de incidencia. Cuanto mayor sea el ángulo de incidencia, más amplio es el ángulo de reflexión. Un rayo con un ángulo de incidencia menor necesitará más balanceos para viajar la misma distancia que un rayo con un ángulo de incidencia mayor. En consecuencia, el rayo con el ángulo de incidencia más pequeño debe viajar más rápido para alcanzar su destino. Esta diferencia en la longitud del camino significa que distintos rayos llegan al destino en momentos distintos. Puesto que los distintos rayos son recombinados en el receptor, el resultado es una señal que no es ya una réplica exacta de la señal que se retransmitió. Esta señal ha sido distorsionada por los retrasos de la propagación. Esta distorsión limita la tasa de datos disponible y hace que el cable multimodo de  índice escalonado sea inadecuado para ciertas aplicaciones precisas.

Hay un segundo tipo de fibra, denominado fibra multimodo de índice gradual, que decremento esta distorsión de la señal a través del cable. La palabra índice se refiere en este caso al índice de refracción. Como se ha visto anteriormente, el índice de refracción está relacionado con la densidad. Por tanto, una fibra de índice gradual tiene densidad variable. La densidad es mayor en el centro del núcleo y decrece gradualmente hasta el borde. La figura 2.19 muestra el impacto de esta densidad variable en la propagación de los rayos luminosos. 

La señal se introduce en el centro del núcleo. A partir de este punto, solamente el rayo horizontal se mueve en línea recta a través de la zona central, de la densidad constante. Los rayos en otros ángulos se mueven a través de una serie de densidades que cambian constantemente. Cada diferencia de densidad hace que el rayo se refracte formando una curva. Además, cambiar la refracción cambia la distancia de cada rayo que viaja en el mismo periodo de tiempo, dando como resultado que los rayos distintos se intersecan a intervalos regulares. Si se sitúa cuidadosamente el receptor en uno de estos intervalos se puede conseguir reconstruir la señal con una precisión mucho mayor.

Monomodo.

El monomodo usa fibra de índice escalonado y una fuente de luz muy enfocada que limita los rayos a un rango muy pequeño de ángulos cerca de la horizontal. La fibra monomodo se fabrica con un diámetro mucho más pequeño que las fibras multimodo y con una densidad (índice de refracción) sustancialmente menor. El decrecimiento de densidad da como resultado un ángulo crítico que está muy cerca de los 90 grados para hacer que la propagación de los rayos sea casi horizontal. En este caso, la propagación de los distintos rayos es casi idéntica y los retrasos son despreciables. Todos los rayos llegan al destino «juntos» y se pueden recombinar sin distorsionar la señal (véase la figura 2.20).

Tamaño de la fibra.

Las fibras ópticas se definen por la relación entre el diámetro de su núcleo y el diámetro de su cubierta, ambas expresadas en mieras (micrómetros). La tabla siguiente muestra los tamaños más frecuentes. El último tamaño de la tabla se usa únicamente para monomodo.

Composición del cable.

La figura 2.21 muestra la composición de un cable típico de fibra óptica. La fibra está formada por un núcleo rodeado por una cubierta. En la mayoría de los casos, la fibra está cubierta por un nivel inter medio que lo protege de la contaminación. Finalmente, todo el cable está encerrado por una carcasa exterior. Tanto el núcleo como la envoltura o revestimiento pueden estar hechos de cristal o plástico, pero deben ser de densidades distintas. Además, el núcleo interior debe ser ultra puro y completamente regular en forma y tamaño. Las diferencias químicas del material, e incluso pequeñas variaciones del tamaño y la forma del canal, alteran el ángulo de reflexión y distorsionan la señal. Algunas aplicaciones pueden admitir cierta distorsión y sus cables pueden ser más baratos, pero otras dependen de que haya una uniformidad completa. La envoltura exterior (O funda) se puede hacer con varios materiales, incluyendo un recubrimiento de teflón, plástico, plástico fibroso, tubería de metal y malla metálica. Cada uno de estos materiales sirve para un propósito distinto. Los plásticos son ligeros y baratos pero no proporcionan fuerza estructural y pueden emitir humos cuando se queman. La tubería de metal proporciona mayor fortaleza pero eleva los costes. El teflón es ligero y se puede usar al aire libre, pero es caro y no incrementa la robustez del cable.

La elección del material depende del lugar de instalación del cable.

Fuentes de luz diversas para los cables ópticos

Como se ha visto, el objetivo del cable de fibra óptica es contener y dirigir rayos de luz del origen al destino. Para que haya transmisión, el dispositivo emisor debe estar equipado con una fuente luminosa y el dispositivo receptor con una célula fotosensible (denominada foto-diodo) capaz de traducir la luz recibida en corriente que pueda ser usada en una computadora. La fuente luminosa puede ser bien un diodo emisor de luz (LED, Light Emmitting Diode) o x un diodo de inyección láser (ILD, Injection Láser Diode).

Los LED son la fuente más barata, pero proporcionan una luz desenfocada que incide en los extremos del canal con ángulos descontrolados y se difumina con la distancia. Por esta razón, el uso de los LED está limitado a distancias cortas. Por otro lado, los

Lásers se pueden enfocar en un rango muy estrecho, permitiendo el control del ángulo de incidencia. Las señales láser conservan el carácter de la señal en distancias considerables.

Conectores para fibra óptica

Los conectores para el cable de fibra óptica deben ser tan precisos como el cable en sí mismo. Con medios metálicos, las conexiones no necesitan ser tan exactas siempre que ambos conductores estén en contacto físico. Por otro lado, con la fibra óptica cualquier des-alineamiento o bien con otro segmento del núcleo o bien con un fotodiodo da como resultado que la señal se refleje hacia el emisor y cualquier diferencia en el tamaño de los dos canales conectados da como resultado un cambio en el ángulo de la señal. Además, la conexión debe completarse aunque las fibras conectadas no estén completamente unidas. Un intervalo entre ambos núcleos da como resultado una señal disipada; una conexión fuertemente presionada puede comprimir ambos núcleos y alterar el ángulo de reflexión. Teniendo en cuenta estas restricciones, los fabricantes han desarrollado varios conectores que son precisos y fáciles de usar. Todos los conectores populares tienen forma de barril y conectores en versiones macho y hembra. El cable se equipa con un conector macho que se bloquea o conecta con un conector hembra asociado al dispositivo a conectar.

Ventajas de la fibra óptica

La principal ventaja que ofrece el cable de fibra óptica sobre los pares trenzados y el cable coaxial son: inmunidad al ruido, menor atenuación de la señal y ancho de banda mayor.

•Inmunidad al ruido.

Debido a que las transmisiones por fibra óptica usan luz en lugar de electricidad, el ruido no es importante. La luz externa, la única interferencia posible, es bloqueada por el recubrimiento opaco exterior del canal.

•Menor atenuación de la señal.

La distancia de transmisión de la fibra óptica es significativamente mayor que la que se consigue en otros medios guiados. Una señal puede transmitirse a lo largo de kilómetros sin necesidad de regeneración.

•Ancho de banda mayor.

El cable de fibra óptica puede proporcionar anchos de banda (y por tanto tasas de datos) sustancialmente mayores que cualquier cable de par trenzado o coaxial. Actualmente, las tasas de datos y el uso del ancho de banda en cables de fibra óptica no están limitados por el medio, sino por la tecnología disponible de generación y de recepción de la señal.

Desventajas de la fibra óptica

  Las principales desventajas de la fibra óptica son el coste, la instalación, el mantenimiento y la fragilidad.

• Costo.

El cable de fibra óptica es caro. Debido a que cualquier impureza o imperfección del núcleo puede interrumpir la señal, la fabricación debe ser laboriosamente precisa. Igualmente, conseguir una fuente de luz láser puede costar miles de dólares, comparado a los cientos de dólares necesarios para los generadores de señales eléctricas.

• Instalación/mantenimiento.

Cualquier grieta o rozadura del núcleo de un cable de fibra óptica difumina la luz y altera la señal. Todas las marcas deben ser pulidas y fundidas con precisión. Todas las conexiones deben estar perfectamente alineadas y ser coincidentes con el tamaño del núcleo y deben proporcionar uniones completamente acopladas pero sin excesivas presiones. Las conexiones de los medios metálicos, por otro lado, se pueden hacer con herramientas de cortado y de presión relativamente poco sofisticadas.

• Fragilidad.

La fibra de cristal se rompe más fácilmente que el cable, lo que la convierte en menos útil para aplicaciones en las que es necesario transportar el hardware. A medida que las técnicas de fabricación han mejorado y los costos se han reducido, las altas tasas de datos y la inmunidad al ruido han hecho de la fibra óptica un medio crecientemente popular.

2.2.- No Guiados:

Los medios no guiados, o comunicaciones sin cable, transportan ondas electromagnéticas sin usar un conductor físico. En su lugar, las señales se radian a través del aire (o, en unos pocos casos, el agua) y, por tanto, están disponibles para cualquiera que tenga un dispositivo capaz de aceptarlas. La sección del espectro electromagnético definido como comunicación de radio se divide en ocho rangos, denominados bandas, cada una de ellas reguladas por las autoridades gubernamentales. Estas bandas se clasifican desde frecuencia muy baja (VLF, Very Low Frequency) a frecuencia extremadamente alta (EHF, Extremely High Frequency).

La figura 2.22 muestra las ocho bandas y sus acrónimos.

RADIOFRECUENCIA o Transmisión de señales de radio.

La transmisión de ondas de radio utiliza cinco tipos de propagación distintos: superficie, troposférica, ionos-feérica, línea de visión y espacio (véase la figura 2.23).

La tecnología de radio considera que la tierra está rodeada por dos capas de atmósfera: la troposfera y la ionosfera. La troposfera es la porción de la atmósfera que se extiende hasta aproximadamente 45 km desde la superficie de la tierra (en terminología de radio, la troposfera incluye una capa de máxima altitud denominada estratosfera) y contiene aquello en lo que nosotros generalmente pensamos como el aire. Las nubes, el viento, las variaciones de temperatura y el clima en general ocurren en la troposfera, al igual que los viajes de avión. La ionosfera es la capa de atmósfera por encima de la troposfera pero por debajo del espacio. Está más allá de lo que nosotros denominamos atmósfera y contiene partículas libres cargadas eléctricamente (de aquí el nombre).

Propagación en superficie.

En la propagación en superficie, las ondas de radio viajan a través de la porción más baja de la atmósfera, abrazando a la tierra. A las frecuencias más bajas (menos de 2 Mhz), las señales emanan en todas las direcciones desde la antena de transmisión y sigue la curvatura del planeta. La distancia depende de la cantidad de potencia en la señal: cuanto mayor es la potencia, mayor es la distancia. La propagación en superficie también puede tener lugar en el agua del mar.

Propagación troposférica.

La propagación troposférica puede actuar de dos formas. O bien se puede dirigir la señal en línea recta de antena a antena (visión directa) o se puede radiar con un cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se refleja hacia la superficie dela tierra. El primer método necesita que la situación del receptor y el transmisor esté dentro de distancias de visión, limitadas por la curvatura de la tierra en relación a la altura de las antenas. El segundo método permite cubrir distancias mayores.

Propagación ionos-feérica.

En la propagación ionos-feérica, las ondas de radio de más alta frecuencia (2 a 30 Mhz) se radian hacia la ionosfera donde se reflejan de nuevo hacia la tierra. La densidad entre la troposfera y la ionosfera hace que cada onda de radio se acelere y cambie de dirección, curvándose de nuevo hacia la tierra. Este tipo de transmisión permite cubrir grandes distancias con menor potencia de salida.

Propagación por visión directa.

En la propagación por visión directa, se transmiten señales demuy alta frecuencia (más de 30 Mhz) directamente de antena a antena siguiendo una línea recta. Las antenas deben ser direccionales, estando enfrentadas entre sí, y o bien están suficientemente altas o suficientemente juntas para no verse afectadas por la curvatura de la tierra. La propagación por visión directa es compleja porque las transmisiones de radio no se pueden enfocar completamente. Las ondas emanan hacia arriba y hacia abajo así como hacia delante y pueden reflejar sobre la superficie de la tierra o partes de la atmósfera. Las ondas reflejadas que llegan a la antena receptora más tarde que la porción directa de la transmisión puede corromper la señal recibida.

Propagación por el espacio.

La propagación por el espacio utiliza como retransmisor satélites en lugar de la refracción atmosférica. Una señal radiada es recibida por un satélite situado en órbita, que la reenvía de vuelta a la tierra para el receptor adecuado. La transmisión vía satélite es básicamente una transmisión de visión directa con un intermediario (el satélite). La distancia al satélite de la tierra es equivalente a una antena de súper alta ganancia e incrementa enormemente la distancia que puede ser cubierta por una señal.

Propagación de señales específicas

El tipo de propagación que se usa en la radio-transmisión depende de la frecuencia de la señal. Cada frecuencia es adecuada para una capa específica de la atmósfera y es más eficiente si se transmite y se envía con tecnologías adaptadas a la capa.

VLF.

Las ondas de frecuencia muy baja (VLF, Very Low Frequency) se propagan como ondas de superficie, habitualmente a través del aire, pero algunas veces a través del agua del mar. Las ondas VLF no sufren mucha atenuación debido a la transmisión, pero son sensibles a los altos niveles de ruido atmosférico (calor y electricidad) activo en bajas altitudes. Las ondas VLF se usan principalmente para radio-navegación de largo alcance y para comunicación submarina (véase la figura 2.24).

LF.

De forma similar al VLF, las ondas de baja frecuencia (LF, Low Frequency) se propagan también como ondas de superficie. Las ondas LF se usan para radio-navegación de largo alcance y para las radio balizas o localizadores de navegación (véase la figura 2.25). La atenuación es mayor durante el día, cuando se incrementa la absorción de las ondas por los obstáculos naturales.

MF.

Las señales de frecuencia media (MF, Middle Frequency) se propagan en la troposfera. Estas frecuencias son absorbidas por la ionosfera. Por tanto, la distancia que pueden cubrir está limitada por el ángulo necesario para reflejar la señal en la troposfera sin entrar en la ionosfera. La absorción se incrementa durante el día, pero la mayoría de las transmisiones MF se efectúan con antenas de visión directa para incrementar el control y evitar también los problemas de absorción. Los usos de las transmisiones MF incluyen radio AM, radio marítima, buscadores audio direccionales (RDF) y frecuencias de emergencia (véase la figura 2.26).

HF.

Las señales de frecuencia alta (HF, High Frequency) usan propagación ionosférica. Estas señales se desplazan dentro de la ionosfera, donde la diferencia de densidad las refleja de nuevo hacia la tierra. Los usos de señales HF incluyen los radio aficionados (ham radio), la radio de bandas de ciudadanos (CB), las emisiones internacionales, comunicaciones militares, comunicación de larga distancia para aviones y barcos, teléfonos, telégrafos y faxes (véase la figura 2.27).

VHF.

La mayoría de las ondas de frecuencia muy alta (VHF, Very High Frequency) usan propagación de visión directa. Los usos del VHF incluyen la televisión VHF, la radio FM, la radio AM de los aviones y la ayuda de navegación de los aviones (véase la figura 2.28).

UHF.

Las ondas de frecuencia ultra alta (UHF, Ultra High Frequency) siempre se usan en propagación de visión directa. Los usos para el UHF incluyen la televisión UHF, los teléfonos móviles, la radio celular, los buscadores y los enlaces de microondas (véase la figura 2.29).Observe que la comunicación con microondas comienzan en la frecuencia 1 GHz de la banda UHF y continúa hasta las bandas SHF y EHF.

SHF.

Las ondas de frecuencia súper alta (SHF, Super High Frequency)

se transmiten usando principalmente propagación por visión directa y algo de propagación espacial. Los usos del SHF incluyen las microondas terrestres y satélite y la comunicación radar (véase la figura 2.30).

EHF.

Las ondas de frecuencia extremadamente alta (EHF, Extremely High Frequency) usan la propagación espacial. Los usos para el EHF son predominantemente científicos e incluyen radar, satélite y comunicaciones experimentales (véase la figura 2.31). La tabla siguiente resume las diferentes bandas y sus características de propagación.

MICROONDAS (en el espacio libre):

El mundo de las comunicaciones está basado en la transmisión de información mediante ondas electromagnéticas entre un emisor y un receptor. Fundamentalmente podemos dividir esta transmisión en dos tipos fundamentales:

• A través de un cable o guía de ondas.

• Radiación de OEM a través del aire, el espacio libre o de un medio dieléctrico.

La búsqueda de canales con baja atenuación y la necesidad de enviar señales con un ancho debanda cada vez mayor ha hecho que las guías de onda, que no se incluyen en este libro, juegan un papel cada vez más importante en del conjunto de medios físicos para la comunicación. La televisión por cable, la telefonía, Internet, etc. obligan a un uso cada vez mayor de guías de onda, en particular de fibras ópticas. Se llama guía de onda a cualquier estructura, o parte de una estructura, que hace que una onda electromagnética se propague en una dirección determinada, con algún grado de confinamiento en el plano transversal a la dirección de propagación. En esta sección trataremos la transmisión de ondas electromagnéticas en el espacio libre, o sea, que no están confinadas en un espacio reducido. Las

Microondas terrestres no siguen la curvatura de la tierra y por tanto necesitan equipo de transmisión y recepción por visión directa. La distancia que se puede cubrir con una señal por visión directa depende principalmente de la altura de la antena: cuantas más altas sean las antenas, más larga es la distancia que se puede ver. La altura permite que la señal viaje más lejos sin ser interferida por la curvatura del planeta y eleva la señal por encima de muchos obstáculos de la superficie, como colinas bajas y edificios altos que de otra forma bloquearían la transmisión. Habitualmente, las antenas se montan sobre torres que a su vez están construidas sobre colinas o montañas. Las señales de microondas se propagan en una dirección concreta, lo que significa que hacen falta dos frecuencias para una comunicación en dos sentidos, como por ejemplo una conversación telefónica. Una frecuencia se reserva para la transmisión por microondas en una dirección y la otra para la transmisión en la otra. Cada frecuencia necesita su propio transmisor y receptor. Actualmente, ambas partes del equipo se combinan habitualmente en un equipo denominado transceptor, lo que permite usar una única antena para dar servicio a ambas frecuencias y funciones.

Repetidores:

Para incrementar la distancia útil de las microondas terrestres, se puede instalar un sistema de repetidores con cada antena. La señal recibida por una antena se puede convertir de nuevo a una forma transmisible y entregarla a la antena siguiente (véase la figura 4.31). La distancia mínima entre los repetidores varía con la frecuencia de la señal y el entorno en el cual se encuentran las antenas. Un repetidor puede radiar la señal regenerada a la frecuencia original o con una Hueva frecuencia, dependiendo del sistema. Las microondas terrestres con repetidores constituyen la base de la mayoría de los sistemas de telefonía contemporánea alrededor del mundo.

Antenas:

Para las comunicaciones con microondas terrestres se usan dos tipos de antenas: parabólicas y de cornete (véase la figura 2.33).Una antena parabólica se basa en la geometría de una parábola: cada línea paralela a la línea de simetría (línea de vista) refleja la curva en ángulos tales que inciden en un punto común denominado foco. El plato parabólico funciona como un embudo, capturando un amplio rango de ondas y dirigiéndolas a un punto común. De esta forma, se recupera más señal de lo que sería posible con un receptor de punto único. Las transmisiones de salida se radian a través de un cornete apuntado al disco. Las microondas golpean el disco y son deflexionadas hacia fuera en sentido contrario al camino de recepción.

Una antena de cornete se parece a una cuchara gigante. Las transmisiones de salida son radiadas hacia arriba de un mástil (que se parece al mango) y deflexionadas hacia fuera en una serie de estrechos haces paralelos mediante la cabeza curvada. Las transmisiones recibidas son recolectadas por la forma de cuchara del cornete, de forma similar a la antena parabólica, y son deflexionadas mástil abajo.

SATELITE:

Las transmisiones vía satélite se parecen mucho más a las transmisiones con microondas por visión directa en la que las estaciones son satélites que están orbitando la tierra. El principio es el mismo que con las microondas terrestres, excepto que hay un satélite actuando como una antena súper alta y como repetidor (véase la figura 2.34). Aunque las señales que se transmiten vía satélite siguen teniendo que viajar en línea recta, las limitaciones impuestas sobre la distancia por la curvatura de la tierra son muy reducidas. De esta forma, los satélites retransmisores permiten que las señales de microondas se puedan transmitir a través de continentes y océanos con un único salto.

Las microondas vía satélite pueden proporcionar capacidad de transmisión a y desde cualquier localización en la tierra, sin importar lo remota que esta sea. Esta ventaja hace que las comunicaciones de alta calidad estén disponibles en lugares no desarrollados del mundo sin necesidad de hacer grandes inversiones en infraestructura de tierra. Por supuesto, los satélites en sí mismos son extremadamente caros, pero alquilar tiempo o frecuencias de uno de ellos puede ser relativamente barato.

Satélites geoestacionarios:

La propagación por línea de vista necesita que las antenas emisoras y receptoras estén fijas/estáticas con respecto a la localización de las demás en todo momento (una antena debe poder ver a la otra). Por esta razón, un satélite que se mueve más deprisa o más despacio que la rotación de la tierra es útil únicamente para periodos de tiempo cortos (de la misma forma que un reloj parado solamente es exacto dos veces al día). Para asegurar una comunicación constante, el satélite debe moverse a la misma velocidad que la tierra de forma que parezca que está fijo en un cierto punto. Estos satélites se llaman geosincrónicos o geoestacionarios. Debido a que la velocidad orbital depende de la distancia desde el planeta, solamente hay una órbita que puede ser geosincrónica. Esta órbita se produce en el plano ecuatorial y está aproximadamente a 36.000 kilómetros de la superficie de la tierra. Pero un único satélite geosincrónico no puede cubrir toda la tierra. Un satélite en órbita tiene contacto por línea de vista con un gran número de estaciones, pero la curvatura de la tierra sigue haciendo que gran parte del planeta todavía no se pueda ver. Por ello, es necesario tener un mínimo de tres satélites equidistantes entre sí en órbita geosincrónica para proporcionar una transmisión global completa. La figura 2.35 muestra tres satélites, separados 120 grados entre sí en una órbita geosincrónica alrededor del ecuador. Es una vista desde el Polo Norte.

Bandas de frecuencia para comunicación por satélite

Las frecuencias reservadas para la comunicación por microondas vía satélite están en el rango de los gigahertz (GHz). Cada satélite envía y recibe dos bandas distintas. La transmisión desde la tierra al satélite se denomina enlace ascendente.

La transmisión desde el satélite a la tierra se denomina enlace descendente.

La tabla siguiente muestra los nombres de las bandas de frecuencias para cada rango.

Los satélites comerciales funcionan en tres bandas de frecuencias, llamadas C, Ku y Ka. La gran mayoría de emisiones de televisión por satélite se realizan en la banda Ku. No es conveniente poner muy próximos en la órbita geoestacionaria dos satélites que funcionen en la misma banda de frecuencias, ya que pueden interferirse. En la banda C la distancia mínima es de dos grados, en la Ku y la Ka de un grado. Esto limita en la práctica el número total de satélites que puede haber en toda la órbita geoestacionaria a 180 en la banda C y a 360 en las bandas Ku y Ka. La distribución de bandas y espacio en la órbita geoestacionaria se realiza mediante acuerdos internacionales.

NFRARROJO:

Las comunicaciones infrarrojas están basadas en el principio de la luz infrarroja, que es una radiación electromagnética cuya frecuencia la hace invisible al ojo humano, La luz visible viaja en hazles de luz que van desde los 400 ángstroms, violeta oscuro, a 700 ángstroms, rojo oscuro. Las frecuencias del infrarrojo son de 700 a 1,000 ángstroms. Conforme a los estándares del IrDA la mayoría de las computadoras personales y equipo de comunicaciones se mantienen entre los850 y 900 ángstroms.

Los rayos infrarrojos son un tipo de luz que no podemos ver con nuestros ojos. Nuestros ojos pueden solamente ver lo que llamamos luz visible. La luz infrarroja nos brinda información especial que no podemos obtener de la luz visible. Los rayos infrarrojos abarcan aproximadamente desde los 30 x 10 11Hz (300 GHz) hasta los 3.8 x 10 14 Hz (380 THz). Cualquier molécula cuya temperatura sea superior a 0º Kelvin (cero absoluto, equivalente a  – 273º C), emite rayos infrarrojos. Esa emisión se incrementa a medida que las moléculas que integran un cuerpo cualquiera adquieren mayor temperatura.

Por ejemplo, es posible que un trozo de carbón encendido no emita luz visible, pero que sí emita la radiación infrarroja que sentimos como calor. Mientras más caliente se encuentre un objeto, tanta más radiación infrarroja emitirá. A la temperatura normal del cuerpo, la mayoría de las personas irradian más intensamente en el infrarrojo, con una longitud de onda de 10 micrones (millonésima de metro). En la oscuridad los detectores de infrarrojos pueden ver objetos que no son posibles ver a luz visibles gracias a que dichos objetos irradian calor. En una foto de la Tierra tomada desde un satélite empleando para ello tecnología de rayos infrarrojos, se pueden diferenciar zonas de diferentes colores. Por medio de esos colores se puede conocer la temperatura ambiente existente en esos momentos en cada zona específica de una zona geográfica fotografiada.

Los rayos infrarrojos de baja potencia se utilizan para accionar diferentes dispositivos de control remoto como, por ejemplo, el mando de los televisores, intercomunicación entre equipos y computadoras, visión nocturna, fotografía nocturna, etc., mientras que los de alta potencia se emplean para generar calor.

Los rayos infrarrojos tienen una longitud de onda cercana a la de la luz y, por lo tanto, con un comportamiento similar, tanto en sus ventajas como en sus inconvenientes. Entre estas características, la más evidente es que no pueden atravesar objetos sólidos como paredes, lo que supone un serio freno a su capacidad de difusión. Bien es cierto que no hay mal que por bien no venga y esta misma limitación supone un seguro contra receptores no deseados. También, debido a su alta frecuencia, presentan una fuerte resistencia a las interferencias electromagnéticas artificiales radiadas por otros dispositivos, pudiendo, además, alcanzar grandes velocidades de transmisión; de hecho, se han desarrollado sistemas que operan a 100Mbps.En cuanto a las restricciones de uso, la transmisión por rayos infrarrojos no requiere autorización especial en ningún país, excepto por los organismos de salud que limitan la potencia de la señal transmitida. Por último, y como atractivo señuelo a todo tipo de fabricantes, utiliza componentes sumamente económicos y de bajo consumo energético, importantes características muy a tener en cuenta en aquellos dispositivos que deban formar parte de equipos móviles portátiles. Entre las limitaciones principales, cabe decir que resultan sumamente sensibles a objetos móviles que interfieren y perturban la comunicación entre emisor y receptor. Además, las restricciones en la potencia de transmisión limitan la cobertura de estas redes a unas cuantas decenas de metros, y lo que aún más grave, la luz solar directa, las lámparas incandescentes y otras fuentes de luz brillante pueden interferir seriamente la señal. En el balance final sobre ventajas e inconvenientes, los pocos sistemas de comunicación que emplean como medio de transmisión la luz infrarroja están limitadas por el espacio, utilizándose casi en exclusividad en comunicaciones en las que los distintos dispositivos se encuentran en un sólo cuarto o área, escenario que normalmente se presenta en el entorno casero. No obstante, algunas compañías que tienen sus oficinas en varios edificios realizan la comunicación colocándolos receptores/emisores en las ventanas de los edificios. En resumen, a pesar de sus buenas cualidades y características, la gran influencia del entorno representa un enorme obstáculo a la fiabilidad de las comunicaciones y, por tanto, reduce sus posibilidades de implantación masiva. De hecho, salvo la inclusión de los sistemas por infrarrojos incorporados a la mayoría de las computadoras portátiles y periféricos como impresoras, cámaras digitales o PDA que siguen la norma IrDA, son contados y exclusivos los productos que implementan dicha tecnología. El conjunto de especificaciones que actualmente constituyen el la norma internacional para el desarrollo de sistemas de comunicaciones a través de rayos infrarrojos adopta el mismo nombre de la asociación que los produce: IrDA, del ingles "Infrared Data Association, IrDA", la cual está patrocinada por más de 160 industrias y fue establecida en 1993 con el objetivo de crear las especificaciones y estándares para los equipos y protocolos empleados en este tipo de enlaces. En esta forma especial de transmisión de radio, un haz enfocado de luz en el espectro de frecuencia infrarrojo, medido en terahertz o billones de hertzios (ciclos por segundo) se modula con información y se envía de un transmisor a un receptor a una distancia relativamente corta. La radiación infrarroja (IR) es la misma tecnología usada para controlar un televisor con control a distancia.

Entre sus usos o posibilidades razonables está enviar un documento de nuestra computadora portátil a una impresora, intercambiar tarjetas de visita, coordinar agendas y libretas telefónicas entre nuestras computadoras de escritorio y portátiles o PDA, enviar faxes desde nuestra computadora portátil a una máquina de fax distante usando un teléfono público, cámaras digitales que pueden enviar las imágenes a nuestro ordenador, etc. La comunicación infrarroja involucra un transceptor (una combinación de transmisor y receptor)en los dos dispositivos que se comunican. Hay microchips especiales que proporcionan esta capacidad. Adicionalmente, uno o ambos dispositivos pueden requerir software especial para que la comunicación pueda sincronizarse. Un ejemplo es el soporte especial para IR en el sistema operativo Windows 95 de Microsoft. En el estándar IrDA-1.1, el máximo tamaño de datos que se pueden transmitir es de 2,048 bytes y la tasa máxima de transmisión es de 4 Mbps. La IR también puede usarse para interconexiones un tanto más largas y se consideró como una posibilidad para las interconexiones en redes de área local (LAN). La distancia efectiva máxima es algo menor a los ocho kilómetros y el máximo ancho de banda proyectado es de 16 megabits por segundo. Dado que la IR es transmisión en línea visual (ambos dispositivos deben poder “verse" entre sí), es sensible a la niebla y otras condiciones atmosféricas. La comunicación de datos por infrarrojos ha jugado un importante papel en las comunicaciones de datos inalámbricas debido a la popularidad de las computadoras portátiles, PDA, cámaras digitales, teléfonos celulares, radio localizadores y otros dispositivos. Sin embargo en la actualidad está siendo desplazada por tecnologías más potentes como Bluetooth o Wi-Fi (vea figura 2.38).

2.3.- Métodos para la detección y corrección de errores:

Las redes deben ser capaces de transferir datos desde un dispositivo a otro con una exactitud total. Un sistema que no puede garantizar que los datos recibidos de un dispositivo son idénticos a los transmitidos por otro es esencialmente inútil. Sin embargo, siempre que se transmiten datos de un origen a un destino, se pueden corromper por el camino. De hecho, es más probable que buena parte del mensaje se vea alterado en el tránsito que todos los contenidos lleguen intactos. Muchos factores, incluyendo el ruido de la línea, pueden alterar o eliminar uno o más bits de una unidad de datos determinada.

Los sistemas fiables deben tener mecanismos para detectar y corregir tales errores.

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

Tipos de errores:

Siempre que una señal electromagnética fluye de un punto a otro, está sujeta a interferencias impredecibles debidas al calor, el magnetismo y diversas formas de electricidad. Esta interferencia puede cambiar la forma o la temporización de la señal. Si la señal transporta datos binarios codificados, tales cambios pueden alterar el significado de los datos. Cuando existe un error de bit, se cambia un 0 por un 1 o un 1 por un 0. En un error de ráfaga, se cambian múltiples bits. Por ejemplo, una ráfaga de ruido de impulso de 0.01 segundo en una transmisión con una tasa de datos de 1,200 bps podría cambiar todos o parte de 12 bits de información (véase la figura 2.39).

Error de bit

El término error de bit significa que únicamente un bit de una unidad de datos determinada (tal como byte, carácter, unidad de datos o paquete) cambia de 1 a 0 o de 0 a 1.La figura 2.40 muestra el efecto de un error de bit de una unidad de datos. Para comprender el impacto de este cambio, imagine que cada grupo de 8 bits es un carácter ASCII con un 0 añadido a la izquierda. En la figura, se ha enviado el carácter 00000010 (ASCII STX), que indica

Comienzo del texto, pero se ha recibido 00001010 (ASCII LF), que significa salto de línea.

Los errores en un único bit son el tipo de error menos probable en una transmisión de datos enserie. Para ver por qué, imagine que un emisor envía datos a 1 Mbps. Esto significa que cada bit dura únicamente 1/1,00 0,000 segundos, o 1 μs. Para que ocurra un error de bit, el ruido debe tener una duración de solo 1 μs, lo que es muy raro; normalmente el ruido dura mucho más que esto. Sin embargo, puede ocurrir un error de bit si se están enviando datos usando transmisión paralela. Por ejemplo, si se usan ocho cables para enviar los ocho bit de un byte al mismo tiempo y uno de los cables es ruidoso, se puede corromper un bit de cada byte. Por ejemplo, piense en la transmisión paralela existente dentro de una computadora, entre la CPU y la memoria.

Error de ráfaga

El término error de ráfaga significa que dos o más bits de la unidad de datos han cambiado de 1a 0 o de 0 a 1.

La figura 2.41 muestra el efecto de un error de ráfaga sobre una unidad de datos. En este caso, se ha enviado 0100010001000011, pero se ha recibido 0101110101000011.Observe que 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 correcto. Algunos bits intermedios pueden no ser corruptos. La presencia de errores de ráfaga es más probable en las transmisiones serie. La duración del ruido es normalmente mayor que la duración de un bit, lo que significa que cuando el ruido afecta a los datos, afecta a un conjunto de bits. El número de bits afectados depende de la tasa de datos y la duración del ruido. Por ejemplo, si se está enviando datos a 1 Kbps, un ruido de 1/100 segundos puede afectar a 10 bits; si se envían datos a 1 Mbps, el mismo ruido podrían afectar a 10,000 bits.

Detección de errores:

Incluso si se conoce qué tipo de errores pueden existir, ¿seremos capaces de reconocer uno cuando lo veamos? Si existe una copia de lo que se quería transmitir para poder comparar, por supuesto que seríamos capaces. Pero, ¿qué ocurre si no tenemos una copia del original? En ese caso no hay forma de saber si se ha recibido un error hasta que se ha decodificado la transmisión y se ve que no tiene sentido. Que una máquina comprobara los errores de esta forma sería lento, costoso y de un valor cuestionable. No es necesario tener un sistema en el cual las computadoras decodifiquen todo lo que llega, luego se sienten decidiendo si el emisor realmente quería usar la palabra glbrshnifen medio de un conjunto de estadísticas del tiempo. Lo que necesitamos es un mecanismo que sea sencillo y completamente objetivo.

Redundancia

Un mecanismo de detección de errores que satisfaría estos requisitos sería enviar dos veces cada unidad de datos. El dispositivo receptor sería entonces capaz de hacer una comparación bita bit entre ambas versiones de los datos. Cualquier discrepancia indicaría un error y se podría corregir mediante un mecanismo apropiado. Este sistema sería completamente exacto (las probabilidades de introducir errores exactamente en los mismos bits de ambas copias serían infinitesimalmente pequeñas), pero también sería insoportablemente lento. No solamente se doblaría el tiempo necesario para la transmisión, sino que además habría que añadir el tiempo necesario para comparar cada unidad bit a bit.

El concepto de inclusión de información extra en la transmisión con el único propósito de comparar es bueno. Pero en lugar de repetir todo el flujo de datos, se puede añadir un grupo más pequeño de bits al final de cada unidad. Esta técnica se denomina redundancia porque los bits extra son redundantes a la información; se descartan tan pronto como se ha comprobado la exactitud de la transmisión. La figura 2.42 muestra el proceso de uso de los bits redundantes para comprobar la exactitud de una unidad de datos. Una vez que se ha generado el flujo de datos, se pasa a través de un dispositivo que lo analiza y le añade un código redundante codificado apropiadamente. La unidad de datos, ahora alargada con varios bits (siete en la ilustración) viaja por el enlace hasta el receptor. El receptor pasa todo el flujo a través de una función de comprobación. Si el flujo de bits recibido pasa los criterios de comprobación, la porción de datos de la unidad de datos se acepta y los bits redundantes son descartados.

En las comunicaciones de datos se usan cuatro tipos de comprobaciones de redundancia: verificación de redundancia vertical (VRC, vertical redundancy check) (también llamada verificación de paridad), verificación de redundancia longitudinal (LRC, longitudinal redundancycheck), verificación de redundancia cíclica (CRC, cyclic redundancy check) y suma de comprobación (checksum).

Las tres primeras, VRC, LRC y CRC se implementan habitualmente en el nivel físico para que se puedan usar en el enlace de datos. La cuarta, la suma de comprobación, se usa principalmente en los niveles más altos (véase la figura 2.43).

Verificación de redundancia vertical (VRC).

El mecanismo de detección de errores más frecuente y más barato es la verificación de redundancia vertical (VRC), denominada a menudo verificación de paridad.

En esta técnica, se añade un bit de redundancia, denominado bit de paridad, al final de cada unidad de datos de forma que el número total de unos en la unidad (incluyendo el bit de paridad) sea par. Suponga que se quiere transmitir la unidad de datos binarios 1100001 [ASCIIa

(97)]; (vea la figura 2.44). Si se suma el número de unos se obtiene 3, un número impar. Antes de transmitir se pasa la unidad de datos a través de un generador de paridad. El generador de paridad cuenta los unos y añade el bit de paridad (un 1 en este caso) al final. El número total de unos es ahora 4, un número par. A continuación el sistema transmite la unidad expandida completa a través del enlace de red. Cuando alcanza el destino, el receptor pasa los 8 bits a través de una función de verificación de paridad par.

Si el receptor ve 11100001, cuenta cuatro unos, un número par, y la unidad pasa la comprobación. Pero ¿qué ocurre si la unidad de datos ha sufrido daños en el transito ¿Qué ocurre si en lugar de recibir 11100001 el receptor ve 11100101? En ese caso, cuando el comprobador de paridad cuenta los unos obtiene cinco, un número impar. El receptor sabe que en alguna parte se ha producido un error en los datos y por tanto rechaza la unidad completa.

Ejemplo 1.-

 Suponga ahora que la palabra «world» del ejemplo anterior es recibida por el receptor sin que haya habido ningún problema de corrupción en la transmisión.

El receptor cuenta los unos en cada carácter y obtiene números pares (6, 6, 4, 4, 4). Por lo tanto, aceptaría los datos.

Prestaciones

VRC puede detectar todos los errores en un único bit. También puede detectar errores de ráfagas siempre que el total de números de bits cambiados sea impar (1, 3, 5, etc.). Supongamos que hay una unidad de datos con paridad par donde el número total de unos, incluyendo el bit de paridad, es 6:1000111011. Si tres bits cualesquiera cambian su valor, la paridad resultante sería impar y se detectaría el error:

1 111 111011 son 9, 011 0111011 son 7, 1 1  00 0 1 0  011 son 5, todos impares. El comprobador de VRC devolvería como resultado 1 y se rechazaría la unidad. Esto mismo es cierto para cualquier número de errores impares. Sin embargo, suponga que dos bits de la unidad de datos cambian su valor: 1 11  0111011 son 8,1100 0 11011 son 6, 1000 0  1101 0 :4.

En cada caso, el número de unos en la unidad de datos sigue siendo par. El comprobador de VRC los sumará y devolverá un número par, aunque la unidad de datos contiene dos errores. VRC no puede detectar errores cuando el número total de bits cambiados sea par. Si cambian dos bits cualesquiera durante la transmisión, los cambios se anulan entre sí y la unidad de datos pasará la verificación de paridad aunque sea erróneo. Esto mismo es cierto para cualquier número de errores pares.

Verificación de redundancia longitudinal (LRC)

En la verificación de redundancia longitudinal (LRC), los bloques de bits se organizan en forma de tabla (filas y columnas). Por ejemplo, en lugar de enviar un bloque de 32 bits, se organizan en una tabla de cuatro filas y ocho columnas, como se muestra en la figura 2.45.

2.4.- Control de flujo:

Con la transmisión únicamente se puede poner la señal en la línea, pero no hay forma de controlar cuál de los dispositivos conectados a la línea lo recibirá, no hay forma de saber si el receptor supuesto está listo y es capaz de recibir y no hay forma de evitar que un segundo dispositivo transmita al mismo tiempo y destruya por tanto nuestra señal. La comunicación necesita al menos dos dispositivos trabajando juntos, uno para enviar y otro para recibir. Este acuerdo tan sencillo necesita mucha coordinación para que se dé un intercambio de información inteligible. La coordinación de la transmisión es parte de un procedimiento denominado disciplina de línea. Además de la disciplina de línea, las funciones más importantes de nivel de enlace son el control de flujo y el control de errores. Estas funciones son los que se conocen como control del nivel de enlace (ver la figura 2.54).

La disciplina de línea coordina el sistema de enlaces. Determina que dispositivo puede enviar y cuando puede hacerlo.

El control de flujo coordina la cantidad de datos que se puede enviar antes de recibir un reconocimiento. También proporciona al receptor un reconocimiento de las tramas recibidas intactas y, por tanto, está relacionado con el control de errores.

El control de errores significa detección y corrección de errores. Permite al receptor informar al emisor de las tramas pérdidas o dañadas durante la transmisión y coordina la retransmisión de estas tramas por el emisor (ver la figura 2.54).

Parada y espera:

En el método de control de flujo con parada y espera  (stop and wait), el emisor (TX =Transmisor) espera un reconocimiento (ACK =acknowledgement) después de cada trama que envía (vea la figura 2.56). Solamente se envía la siguiente trama cuando se ha recibido un reconocimiento. Este proceso de enviar y recibir alternativamente se repite hasta que el emisor envía una trama de fin de transmisión (EOT). La parada y espera se puede comparar con un ejecutivo meticuloso dictando algo: dice una palabra, su asistencia dice “OK”, dice otra palabra, su asistente dice “OK” y así hasta el final.

La ventaja de la parada y espera es su sencillez: cada trama es comprobada y reconocida antes que se envíe la siguiente. La desventaja es su ineficiencia: la parada y espera es muy lenta. Cada Trama debe recorrer el camino hasta el receptor y un reconocimiento debe viajar del receptor al emisor antes de poder enviar éste la trama siguiente. En otras palabras, cada trama está sola en la línea. Cada trama enviada y recibida usa todo el tiempo necesario para atravesar el enlace. Si la distancia entre los dispositivos es larga, el tiempo que se gasta esperando ACK entre cada trama puede ser una parte importante del tiempo total de transmisión.

Ventana deslizante:

En el método de control de flujo con ventana deslizante, el emisor puede transmitir varias tramas antes de necesitar un reconocimiento. Las tramas se pueden enviar una detrás de otra, lo que significa que el enlace puede transportar varias tramas de una vez y que su capacidad se puede usar de forma más eficiente. El receptor notifica el reconocimiento únicamente para algunas de las tramas, usando un único ACK para confirmar la recepción de múltiples tramas de datos. La ventana deslizante usa unas cajas imaginarias en el emisor y el receptor. Esta ventana puede mantener tramas (paquetes) en cualquiera de los dos extremos y proporciona un límite superior

en el número de tramas que se pueden transmitir antes de recibir un reconocimiento. Las tramas pueden ser reconocidas en cualquier momento sin esperar hasta que la ventana se llene y pueda ser transmitida mientras que la ventana no éste todavía llena. 

En la figura 2.57 se ilustra un ejemplo de éste método.

Ventana del emisor.-

 Al principio de la transmisión, la ventana del emisor contiene n-1 tramas. A medida que se envían las tramas, el límite izquierdo de la ventana se mueve hacia dentro, reduciendo el tamaño de la misma. Conceptualmente, la ventana deslizante del emisor se encoge desde la izquierda cuando las tramas de datos se envían. La ventana deslizante del emisor se expande a la derecha cuando se reciben los reconocimientos.

Ventana del receptor.-

Al principio de la transmisión, la ventana del receptor no contiene n-1tramas sino n-1 espacios para tramas. A medida que llegan nuevas tramas, el tamaño de la ventana del receptor se encoge. Por tanto, la ventana del receptor no representa el número de tramas recibidas sino el número de tramas que todavía se pueden recibir antes de enviar un ACK. Conceptualmente, la ventana deslizante del receptor se encoge desde la izquierda cuando se reciben tramas de datos. La ventana deslizante del receptor se expande a la derecha cuando se envían los reconocimientos.