CAPA 1 : FISICA
Capa 1: Física
La capa física define las especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales del enlace físico entre sistemas. Características que preocupan: niveles de tensión, los conectores a emplear, tiempo de transición entre cambios de nivel, tipos de conductores de la información, velocidad de transmisión, distancia máxima del enlace. El nivel físico trabaja con bits.Los Medios de Transmisión son aquellos que permiten el transporte de información de un ordenador a otro. Estos pueden ser guiados (terrestres) o no guiados (aereos).
Los medios de transmisión guiados son los cables. Dentro de este grupo se encuentran los cables eléctricos como el par trenzado y el cable coaxial; y también los cables de fibra óptica como el cable submarino.
Los medios de transmisión no guiados son los satélites y se subdividen a su vez, en satélites de orbita baja y satélites de orbita geoestacionaria.
CABLE DE PAR TRENZADO: Es el medio más común para la transmisión de datos. Consiste en dos cables de cobre embutidos en un aislante y entrecruzados en forma de espiral. Cada uno de estos pares es un enlace. Se trenza para evitar la diafonía entre pares próximos. Normalmente se encuentran 4 enlaces dentro de una manguera.
- Aplicaciones: Sirve para transportar señales tanto analógicas como digitales, se usa mucho en telefonía sobre todo para el bucle de abonado, también se usa mucho en redes de área local.
- Características de transmisión: Tienen mucha susceptibilidad al ruido, se debe emplear en distancias cortas sobre todo para altas velocidades de datos.
- Capacidad de transmisión: Soportan un ancho de banda de 250 Khz y la razón de bits oscila entre 4-100 Mbps.
A mayor velocidad de transmisión, menor longitud. Normalmente el cable de par trenzado se presenta de 2 maneras:
1. (Sin apantallar) UTP (Unshielded Twisted Pair). El estándar EIA-518-A clasifica los cables en 5 categorías, los de transmisión de datos son:
- Categoría 3: velocidad hasta 16 Mbps
- Categoría 4: velocidad hasta 20 Mbps
- Categoría 5: velocidad hasta 100 Mbps
Lo que marca la categoría del cable es la calidad del trenzado.
2. STP apantallado o trenzado (Shielded Twisted Pair), cada par de conductores se recubre de una malla aislante. Da mejores resultados en la transmisión pero es más costoso.
CABLE COAXIAL: Consta de dos conductores, uno interno llamado núcleo y otro externo en forma de malla que rodea el núcleo. Están separados por un dieléctrico y por encima de la malla hay una funda protectora. Tiene un diámetro que va desde 0.5 a 2.5 cm.
El hecho de disponer así los conductores permite al cable transportar un mayor rango de frecuencias y a mayores distancias que el cable de par trenzado.
- Aplicaciones: Televisión, TV por cable, Interconexión de centrales en telefonía, Interconexión de periféricos a computadores, Redes de área local.
- Características de transmisión: Transmite señales analógicas y digitales, es más inmune que el par trenzado a las interferencias eléctricas y a la diafonía. Puede transmitir hasta 400 Mbps.
FIBRA ÓPTICA: Conduce señales de naturaleza luminosa. Es una fibra de vidrio o plástico extremadamente fina y flexible. Está formada por 3 secciones concéntricas: un núcleo que permite circular la luz, un revestimiento con propiedades ópticas distintas al núcleo y la cubierta de protección contra factores ambientales. Poco peso y pequeño tamaño.
- Aplicaciones: Permiten transmitir datos con velocidades de hasta 2 Gbps. Al transmitir señales luminosas es inmune a señales eléctricas exteriores y como no radia energía electromagnética es más difícil pinchar una línea.
Se utiliza en telefonía para el enlace entre centrales y para la interconexión de redes de área local (redes tipo campus).
Utiliza frecuencias entre 1014 y 1015 Hz. Para transmisión se requiere una fuente de luz, el medio que es la fibra y un receptor de luz. La fuente de luz suele ser un diodo LED o un rayo láser, mientras que el receptor suele ser un fotodiodo.
La fuente de luz vierte los rayos en la fibra con una cierta inclinación, esta luz se va reflejando en la fibra y transmitiendo. La luz que se refleja en la fibra con menor grado de inclinación que el crítico se absorbe.
Distinguiremos 4 tipos de señales que sirven para transmisiones inalámbricas:
· Microondas terrestres.
· Microondas vía satélite.
· Ondas de radio.
· Infrarrojos.
Todos los medios de este tipo se caracterizan porque usan antenas. En la transmisión, la antena radia energía electromagnética en el medio y para la recepción, las antenas captan la energía electromagnética presente en su entorno.
Existen dos configuraciones para la transmisión inalámbrica:
Direccional: Se concentra la energía en un haz y para su correcta propagación la antena del emisor y la del receptor deben estar alineadas.
Omnidireccional: El diagrama de radiación de la antena es disperso.
A mayores frecuencias es más fácil concentrar toda la energía en un haz, en una dirección.
- Microondas, 2 Ghz - 40 Ghz, se pueden conseguír haces altamente direccionables.
- Ondas de radio, 30 Mhz - 1 Ghz, normalmente transmisión omnidireccional.
- Infrarrojos, 3000 Ghz - 20000 Ghz, son direccionables pero se reflejan.
MICROONDAS TERRESTRES: Usan antenas parabólicas que se deben colocar a alturas considerables. La distancia máxima entre los enlaces es: d = 7’43 Ö(Kh) h = altura de la antena, K = 4/3, d está en kilómetros y h en metros.
- Aplicaciones: Se usan en telefonía para enlaces entre centrales, para enlaces entre repetidores de TV y cada vez se usan más para interconexión de redes de área local.
Tanto las microondas como las ondas de radio tienen un problema, es que su uso está legislado por el gobierno. Las microondas terrestres son sensibles a las condiciones meteorológicas cambiantes (tormentas, lluvia). Las características de transmisión varían según la frecuencia utilizada.
MICROONDAS VÍA SATÉLITE: Utilizan para la retransmisión de la señal un satélite que está en órbita terrestre. El satélite recibe señales por su canal ascendente y las transmite por su canal descendente a otras estaciones. Estos dos canales operan en frecuencias diferentes para evitar las interferencias entre ellos.
Los satélites se usan tanto para enlaces punto a punto como para la difusión de señales.
La mayoría de satélites que se usan, están en una órbita geoestacionaria (siempre sobre el mismo punto de la tierra) a 35.784 km sobre la superficie terrestre. Además, la distancia entre dos satélites en el mismo plano es de al menos 4 grados.
- Aplicaciones: Difusión de televisión, telefonía enlaces a largas distancias, constitución de redes privadas.
El rango de frecuencias óptimo va desde 1 a 10 Ghz, de este rango se utiliza la banda que va de 4 a 6 Ghz. Para el enlace ascendente de 5’9 - 6’4 Ghz y para el descendente 3’7 - 4’2 Ghz, debido a la saturación de esta banda se empieza a usar la banda 10 / 12 Ghz.
Debido a la distancia entre la antena terrestre y el satélite, la velocidad de propagación de la señal sufre un retardo.
ONDAS DE RADIO: Se caracterizan por ser omnidireccionales. Su utilización está regulada. Los rangos de frecuencia a los que trabajan van desde 3 Khz a 1 Ghz.
Aplicaciones: Radio, televisión.
Son sensibles a interferencias por condiciones climáticas adversas. Otra característica de transmisión que se emplea en algunos casos es la reflexión ionosférica.
INFRARROJOS: Se basan en la transmisión y recepción de luz infrarroja, sirven para enlaces muy direccionables. Se emplean para transmisión dentro de la misma habitación ya que no pueden atravesar las paredes, aunque se reflejan.
Su principal ventaja para transmitir datos es que su uso no está controlado.
La modulación sirve para adecuar las señales al medio físico sobre el que se transmiten.
Razones para modular datos analógicos:
- Cuando el medio físico por el que se van a transmitir es digital.
- Para hacer más efectiva la transmisión.
- Para poder compartir canales. (Se modula cada señal a una frecuencia y así se puede
transmitir los datos de diferentes comunicaciones por un mismo canal).
La modulación se define como el proceso de combinar una señal de entrada que aporta la información a transmitir (moduladora), con otra señal denominada moduladora, para producir una señal u onda llamada modulada.
MODULADOR: La señal moduladora controla algún parámetro de la señal portadora. Los parámetros de la onda pueden ser: amplitud, frecuencia y fase. Todo esto es aplicable tanto a señales analógicas como digitales.
Una señal que no se modula, se transmite en banda base.
Modems
Los modems sirven para adecuar las señales de transmisión al medio físico por el que van a transitar. Cualquier equipo que modula la señal para su transmisión y la demodule para su interpretación será un modem.
Los modos de explotación de un circuito son tres:
SIMPLEX: Constituye un canal unidireccional en el cual el flujo de información solo circula en un sentido. (Transmisión de TV).
SEMI-DUPLEX (HALF-DUPLEX): La información circula en los dos sentidos pero nunca simultáneamente.
DUPLEX: permite el tránsito de información en ambos sentidos simultáneamente. Es equivalente a dos simplex.
Como el cableado es lo más costoso, se tienden cables que permitan muchas comunicaciones.
Un canal se comparte entre varios usuarios de varias maneras:
· Asignar a cada usuario un rango de frecuencias distintas.
· Asignar un periodo de tiempo a cada usuario.
Estas formas dan lugar a dos formas de multiplexación:
Multiplexación en frecuencia (FDM): Técnica de transmisión analógica de banda ancha en la cual se transmiten simultáneamente múltiples señales sobre un único conductor físico. Se modulan las señales con portadoras de distintas frecuencias.
Multiplexación por división en el tiempo (TDM): Es una tecnología de banda base en la cual se identifican los circuitos individuales por su posición en un flujo de tramas que tienen intervalos regulares de tiempo asignados. A cada usuario se le asigna un quantum de tiempo de manera que en cada instante solo se transmiten los datos de un usuario.
TDM en principio sería más adecuada para transmitir datos, aunque hoy en día se utiliza para transmitir voz.
Una variante de la multiplexación por división en el tiempo, es la multiplexación estadística, en la cual se asignan los quantums de tiempo en función del uso anterior de ese canal. Estos circuitos son más caros que los anteriores.