Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

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Unidad Electrónica y Señales

Contenido

1. Electricidad

2. Milímetro digital

3. Señales y ruido en sistema de

comunicación

4. Codificación de las señales de

networking

Descripción general

La función de la capa física es transmitir

datos al definir las especificaciones

eléctricas entre el origen y el destino. Una

vez que llega a un edificio, la electricidad

se transporta a las estaciones de trabajo,

servidores y dispositivos de red a través

de cables ocultos en las paredes, pisos y

techos. Los datos, que pueden estar

formados por elementos tales como texto,

figuras, audio o vídeo, viajan a través de

los cables y se representan mediante la

presencia de pulsos eléctricos en cables

conductores de cobre o pulsos luminosos

en fibras ópticas.

En este capítulo, aprenderá la teoría

básica de la electricidad. Esto le

suministrará una base de conocimientos

que le servirá para comprender el proceso

de networking en la capa física del

modelo OSI. También aprenderá cómo se

transmiten los datos a través de los

medios físicos como, por ejemplo, cables

y conectores. Por último, aprenderá

cuáles son los distintos factores que

afectan la transmisión de datos como, por

ejemplo, el ruido de línea del suministro

de corriente alterna (CA).

1. Nociones de electricidad

1.1. Átomo de helio

Toda la materia del universo está

constituida por átomos. "La Tabla

periódica de elementos" , enumera

todos los tipos conocidos de átomos y sus

propiedades. Los nombres de las partes

del átomo son:

Núcleo:La parte central del átomo,

formada por protones y neutrones

Protones: Partículas con carga

positiva que, junto con los

neutrones, forman el núcleo

Neutrones: Partículas que no

tienen ninguna carga (neutros) y

que, junto con los protones,

forman el núcleo

Electrones: Partículas con carga

negativa y que giran alrededor del

núcleo

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Para ayudarlo a comprender las

propiedades eléctricas de los

elementos/materiales, busque "helio" en

la tabla periódica. El número atómico del

helio es 2, lo que significa que tiene 2

protones y 2 electrones. Su peso atómico

es 4. Si se le resta el número atómico (2)

al peso atómico (4), se advierte que el

helio también tiene 2 neutrones

Ejemplo: Número atómico del helio = 2

2 protones

+ 2 electrones

4 = peso atómico

- 2 = número atómico

2 = neutrones

El físico danés Niels Bohr, desarrolló un

modelo simplificado para ilustrar los

átomos. El gráfico muestra el modelo

correspondiente al átomo de helio

Observe la escala de las partes. Si los

protones y los neutrones de este átomo

tuvieran el tamaño de una pelota de

fútbol, en el medio de una cancha de

fútbol, la única cosa más pequeña que la

pelota serían los electrones. Los

electrones serían del tamaño de una

cereza, y estarían girando cerca de los

asientos ubicados en la parte más externa

del estadio. La única cosa de mayor

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tamaño sería el espacio dentro del átomo,

que tendría el tamaño de la cancha de

fútbol.

1.2 Creación de átomos estables

Una de las leyes de la naturaleza,

denominada Ley de la fuerza eléctrica de

Coulomb, especifica que las

cargasopuestas reaccionan entre sí con

una fuerza que hace que se atraigan. Las

cargas de igual polaridad reaccionan

entre sí con una fuerza que hace que se

repelan. La fuerza es un movimiento de

empuje o arrastre. En el caso de cargas

opuestas y de igual polaridad, la fuerza

aumenta a medida que las cargas se

aproximan.

Examine el modelo de Bohr del átomo de

helio. Si la ley de Coulomb es verdadera,

y si el modelo de Bohr describe los

átomos de helio como estables, entonces

deben intervenir otras leyes de la

naturaleza. ¿Cómo es posible que ambas

sean verdaderas?

1. Ley de Coulomb: Las fuerzas

opuestas se atraen.

2. Modelo de Bohr: Los protones

tienen cargas positivas y los

electrones tienen cargas negativas.

Pregunta 1: ¿Por qué los electrones no

caen hacia los protones?

1. Ley de Coulomb: Las cargas de

igual polaridad se repelen.

2. Modelo de Bohr: Los protones

tienen cargas positivas. Hay más

de 1 protón en el núcleo.

Pregunta 2: ¿Por qué los protones no se

alejan unos de otros?

Las respuestas a estas preguntas es que

hay otras leyes de la naturaleza que se

deben tener en cuenta. A continuación se

suministran las respuestas a las preguntas

anteriores.

Respuesta 1: Los electrones se

mantienen en órbita, aunque son atraídos

por los protones, debido a que tienen la

suficiente velocidad como para

mantenerse en órbita, al igual que la luna

en torno a la Tierra, y para impedir que el

núcleo los arrastre hacia él.

Respuesta 2: Los protones no se apartan

unos de otros porque existe una fuerza

nuclear que está relacionada con los

neutrones. La fuerza nuclear es una fuerza

increíblemente poderosa que actúa como

si fuera un pegamento que mantiene

unidos a los protones.

Los protones y los neutrones están unidos

por una fuerza muy poderosa; sin

embargo, los electrones están unidos a su

órbita alrededor del núcleo mediante una

fuerza más débil. Los electrones de

algunos átomos se pueden liberar del

átomo y ponerse en movimiento. Esto es

lo que se denomina electricidad: un "flujo

libre de electrones".

1.3 Electricidad estática

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Se denomina electricidad estática a los

electrones libres que permanecen en un

lugar, sin moverse y con una carga

negativa. Si estos electrones estáticos

tienen la oportunidad de saltar hacia un

conductor, esto puede provocar una

descarga electrostática (ESD). La

descarga electrostática, aunque por lo

general no daña a las personas, puede

provocar graves problemas en los equipos

electrónicos sensibles, a menos que se

trate de una forma adecuada.

Si camina sobre una alfombra, en una

habitación fresca y seca, es posible que

salir una pequeña chispa desde la punta

de sus dedos cuando toque algún objeto.

Esto hará que usted sienta una pequeña

descarga eléctrica. Usted sabe por propia

experiencia que una descarga

electrostática puede resultar incómoda,

pero es bastante inofensiva. Sin embargo,

si un computador sufre una ESD, el

resultado puede ser desastroso. Una

descarga electrostática puede dañar los

chips y/o los datos del computador de

forma aleatoria.

1.4 Corriente eléctrica, aisladora,

conductora y semiconductora

Se puede hacer referencia a los átomos, o

a los grupos de átomos denominados

moléculas, como materiales. Los

materiales pueden clasificarse en tres

grupos, según la facilidad con la que la

electricidad, o los electrones libres, fluyan

a través de ellos.

Aisladores eléctricos

Los aisladores eléctricos, o aisladores,

son materiales que permiten que los

electrones fluyan a través de ellos con

gran dificultad o no lo permiten en

absoluto. Entre los ejemplos aisladores

eléctricos se incluyen el plástico, el

vidrio, el aire, la madera seca, el papel, el

caucho y el gas helio. Estos materiales

poseen estructuras químicas sumamente

estables, en las que los electrones orbitan

muy unidos dentro de los átomos.

Conductores eléctricos

Los conductores eléctricos, o

conductores, son materiales que permiten

que los electrones fluyan a través de ellos

con gran facilidad. Pueden fluir con gran

facilidad debido a que los electrones

externos están unidos en forma muy

suelta al núcleo y se liberan fácilmente. A

temperatura ambiente, estos materiales

poseen una gran cantidad de electrones

libres que pueden suministrar conducción.

La aplicación de voltaje hace que los

electrones libres se desplacen, lo que hace

que la corriente circule.

La tabla periódica clasifica en categorías

a algunos grupos de átomos ordenándolos

en columnas. Los átomos de cada

columna pertenecen a una familia

química en particular. Aunque pueden

tener distintas cantidades de protones,

neutrones y electrones, sus electrones

externos tienen órbitas similares y se

comportan de forma similar, al interactuar

con otros átomos y moléculas. Los

mejores conductores son los metales

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como, por ejemplo, el cobre (Cu), la plata

(Ag) y el oro (Au). Todos estos metales

están ubicados en una misma columna de

la tabla periódica, y sus electrones se

liberan con facilidad, lo que los convierte

en excelentes materiales para transportar

corriente.

Entre los demás conductores se incluyen

la soldadura (una mezcla de plomo (Pb) y

estaño (Sn), y el agua que contiene iones.

Un ion es un átomo que tiene más

electrones, o menos electrones, que un

átomo neutro. El cuerpo humano está

formado por aproximadamente 70% de

agua que contiene iones, lo que significa

que el cuerpo humano también es un

conductor.

Semiconductores eléctricos

Los semiconductores son materiales en

los que la cantidad de electricidad que

conducen se pueden controlar de forma

precisa. Estos materiales se agrupan en

una misma columna de la tabla periódica.

Entre los ejemplos de estos materiales se

incluyen el carbono (C), el germanio (Ge)

y la aleación de arsenuro de galio(GaAs).

El semiconductor más importante, el que

permite fabricar los mejores circuitos

electrónicos microscópicos es el silicio

(Si).

El silicio es muy común y se puede

encontrar en la arena, el vidrio y varios

tipos de rocas. La región ubicada

alrededor de San José, California se

denomina Silicon Valley (Valle del

Silicio) porque la industria informática,

que depende de los microchips de silicio,

se inició en esta área.

Ya sea que los materiales se clasifiquen

como aisladores, conductores o

semiconductores, la base de todos los

dispositivos electrónicos es el

conocimiento de cómo controla cada uno

el flujo de electrones y la forma en que

trabajan de forma conjunta en diversas

combinaciones.

1.5 Términos de las mediciones

eléctricas

Estos son los términos que describen los

medios de networking.

Voltaje

El voltaje, a veces denominado fuerza

electromotriz, es una fuerza, o presión,

eléctrica que se produce cuando se

separan los electrones y los protones. La

fuerza que se crea realiza un empuje hacia

la carga opuesta y en dirección contraria

al de la carga del mismo signo. Este es el

proceso que se produce en una batería,

donde la acción química hace que los

electrones se liberen de la terminal

negativa de la batería y que se desplacen

hacia la terminal opuesta, o sea, la

terminal positiva. La separación de las

cargas da como resultado el voltaje El

voltaje también se puede crear por

fricción (electricidad estática), por

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magnetismo (generador eléctrico) o por

luz (célula solar).

El voltaje se representa a través de la letra

"V" y a veces a través de la letra "E", que

corresponde a fuerza electromotriz. La

unidad de medición del voltaje es el voltio

(v), y se define como la cantidad de

trabajo, por unidad de carga, que se

necesita para separar las cargas.

Corriente

La corriente eléctrica, o corriente, es el

flujo de cargas que se crea cuando los

electrones se desplazan. En los circuitos

eléctricos, la corriente se debe al flujo de

electrones libres. Cuando se aplica voltaje

(presión eléctrica), y existe una ruta para

la corriente, los electrones se desplazan a

lo largo de la ruta desde la terminal

negativa (que los repele) hacia la terminal

positiva (que los atrae).

La corriente se representa a través de la

letra "I". La unidad de medición de la

corriente es el amperio (amp), que se

define como la cantidad de cargas por

segundo que atraviesan un punto de la

ruta.

Resistencia

Los materiales a través de los cuales

circula la corriente presentan distintos

grados de oposición, o resistencia, al

movimiento de los electrones. Los

materiales que presentan muy poca, o

ninguna resistencia se denominan

conductores. Aquellos que no permiten

que la corriente circule, o que restringen

severamente la circulación, se denominan

aisladores El grado de resistencia

depende de la composición química de

los materiales.

La resistencia se representa por medio de

la letra "R". La unidad de medición de la

resistencia es el ohmio (W ). El símbolo

proviene de la letra mayúscula griega

"W", omega.

Corriente alterna (CA) Esta es una de las dos formas en que

circula la corriente. Las corrientes

alternas (CA) y los voltajes varían con el

tiempo, cambiando su polaridad o

dirección. La CA circula en una

dirección, luego invierte su dirección y

repite el proceso. El voltaje de CA es

positivo en una terminal y negativo en la

otra, luego invierte su polaridad, de modo

que la terminal positiva se transforma en

negativa, y la terminal negativa se

transforma en positiva. Este proceso se

repite de forma continua.

Corriente continua (CC)

Esta es la otra forma en que circula la

corriente. Las corrientes continuas (CC)

siempre circulan en la misma dirección, y

los voltajes de CC siempre tienen la

misma polaridad. Una terminal es

siempre positiva y la otra es siempre

negativa. Estas direcciones no se

modifican ni se invierten.

Impedancia

Impedancia es la oposición total a la

circulación de la corriente (debido a los

voltajes de CA y de CC). El término

resistencia se usa generalmente cuando se

hace referencia a los voltajes de CC.

Impedancia es el término general, y es la

medida de la forma en que se resiste o se

impideel flujo de electrones. La

impedancia se representa por medio de la

letra "Z". La unidad de medición, como

en el caso de la resistencia, es el ohmio

(W).

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Relación entre voltaje, corriente y

resistencia

Las corrientes sólo circulan en bucles

cerrados denominados circuitos Estos

circuitos deben estar compuestos por

materiales conductores y deben tener

fuentes de voltaje. El voltaje hace que la

corriente circule, mientras que la

resistencia y la impedancia se oponen a

ella. El conocimiento de estos hechos

permite controlar la circulación de la

corriente.

Tierra

El término conexión a tierra puede ser un

concepto difícil de entender totalmente ya

que se usa para distintos propósitos.

Conexión a tierra se puede referir

al lugar de la tierra que está en

contacto con su casa

(probablemente a través de las

tuberías de agua que están bajo

tierra), que eventualmente realizan

una conexión indirecta con los

tomacorrientes. Si usted utiliza un

aparato eléctrico que tiene un

enchufe macho con tres espigas, la

tercera espiga es la conexión a

tierra. Esta conexión a tierra les

proporciona a los electrones un

camino conductivo adicional para

que fluyan hacia la tierra, en lugar

de hacerlo a través de su cuerpo.

Conexión a tierra también puede

significar el punto de referencia, o

el nivel de 0 voltios, cuando se

realizan mediciones eléctricas. El

voltaje se crea mediante la

separación de las cargas, lo que

significa que las mediciones de

voltaje se deben realizar entre dos

puntos. El multímetro (que mide

el voltaje, la corriente y la

resistencia) posee dos cables con

ese fin. El cable negro se

denomina conexión a tierra o

conexión a tierra de referencia.

La terminal negativa de una

batería también se denomina 0

voltios o conexión a tierra de

referencia.

Nota: El multímetro es un equipo de

prueba que se utiliza para medir el

voltaje, la corriente, la resistencia y

posiblemente otras cantidades eléctricas y

para visualizar el valor de forma

numérica.

1.6 Analogía para voltaje, resistencia y

corriente

La analogía del sistema de suministro de

agua ayuda a explicar los conceptos de la

electricidad. Cuanta más alta está el agua,

y cuanto mayor es la presión, mayor será

el flujo de agua. La corriente de agua

depende del grado de apertura del grifo

(válvula). De igual manera, cuanto mayor

es el voltaje y cuanto mayor es la presión

eléctrica, más corriente se producirá. La

corriente eléctrica se encuentra entonces

con una resistencia que, al igual que el

grifo, reduce el flujo. Si se produce en un

circuito de CA, entonces la cantidad de

corriente dependerá de la cantidad de

impedancia (resistencia) presente. La

bomba de agua es como una batería.

Suministra presión para que el flujo

continúe en movimiento.

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1.7 Diagramación de los voltaje de AC

y DC

Un osciloscopio es un dispositivo

electrónico importante y sofisticado que

se utiliza para estudiar las señales

eléctricas. Dado que es posible controlar

la electricidad, se pueden crear patrones

eléctricos deliberados y precisos,

denominados señales. Un osciloscopio

expresa las ondas, los pulsos y los

patrones eléctricos en forma de gráfico.

Tiene un eje x que representa el tiempo y

un eje y que representa el voltaje.

Generalmente existen dos ejes y que

corresponden a los voltajes de modo que

se pueden observar y medir dos ondas al

mismo tiempo.

La electricidad llega al hogar, a la escuela

y a las oficinas a través de las líneas de

alimentación. Las líneas de alimentación

transportan electricidad en forma de

corriente alterna (CA). Otro tipo de

corriente, denominada corriente continua

(CC) se puede encontrar en las baterías de

linterna, en las baterías de los

automóviles y como alimentación para los

microchips de la motherboard de un

computador. Es importante comprender la

diferencia entre estos dos tipos de flujo de

corriente.

1.8 Construcción de un corriente

eléctrico serial simple

Los electrones sólo fluyen en circuitos

que son bucles completos o cerrados. El

diagrama del gráfico principal muestra un

circuito simple, típico de una linterna. El

proceso químico de la batería hace que las

cargas se separen, lo que suministra un

voltaje, o presión eléctrica, que permite

que los electrones fluyan a través de

diversos dispositivos. Las líneas

representan un conductor, por lo general,

un cable de cobre.

Se puede pensar en un switch o

interruptor como si fueran dos extremos

de un solo cable que se pueden abrir, o

romper, y luego cerrar (también

denominado fijo o cortocircuito) para

impedir o permitir que fluyan los

electrones. Por último, el bulbo

suministra resistencia al flujo de

electrones, lo que hace que liberen

energía, en forma de luz.. Los circuitos

que se utilizan en networking usan los

mismos conceptos que los de este circuito

simple, pero son mucho más complejos

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1.9 Propósito de la conexión a tierra del

equipo de networking

Para los sistemas eléctricos de CA y CC,

el flujo de electrones se produce siempre

desde una fuente cuya carga es negativa

hacia una fuente cuya carga es positiva.

Sin embargo, para que se produzca un

flujo controlado de electrones, es

necesario que haya un circuito completo.

Por lo general, una corriente eléctrica

sigue la ruta de menor resistencia. Debido

a que los metales como, por ejemplo, el

cobre, ofrecen poca resistencia, se utilizan

con frecuencia como conductores de la

corriente eléctrica. A la inversa, los

materiales como, por ejemplo, el vidrio,

el caucho y el plástico proporcionan

mayor resistencia. Por lo tanto, no son

buenos conductores de energía eléctrica.

De hecho, estos materiales se utilizan

frecuentemente como aisladores. Se usan

en conductores para evitar descargas,

incendios, y cortocircuitos.

Normalmente, la energía eléctrica se

envía a un transformador montado en un

poste. El transformador reduce las altas

tensiones que se usan en la transmisión a

los 120 V o 240 V que utilizan los

aparatos eléctricos comunes.

La figura muestra un objeto familiar, la

electricidad tal como se suministra a

través de los tomacorrientes en los

EE.UU. (otros países pueden tener

distintas configuraciones para los

tomacorrientes). Los dos conectores

superiores suministran energía eléctrica.

El conector redondo, que aparece en la

parte inferior, protege a las personas y a

los equipos de las descargas y los

cortocircuitos. Este conector se denomina

conexión a tierra de seguridad. En los

equipos eléctricos en los cuales se utiliza,

el conector a tierra de seguridad se

conecta con cualquier parte metálica

expuesta del equipo. Las motherboards y

los circuitos de los equipos de

computación están eléctricamente

conectados con el chasis. Este también los

conecta con el conector a tierra de

seguridad, que se utiliza para disipar la

electricidad estática.

El objeto de conectar la tierra de

seguridad con las partes metálicas

expuestas del equipamiento informático

es impedir que esas partes metálicas se

carguen con voltaje peligroso resultante

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de una falla del cableado dentro del

dispositivo.

Una conexión accidental entre el cable

electrificado y el chasis es un ejemplo de

una falla de cableado que se puede

producir en un dispositivo de red. Si

ocurriera una falla de este tipo, el

conductor a tierra de seguridad conectado

con el dispositivo serviría como una vía

de baja resistencia para la conexión a

tierra. El conductor a tierra de seguridad

ofrece una vía de resistencia menor que el

cuerpo humano.

Cuando está instalada correctamente, la

vía de baja resistencia provista por el

conductor a tierra de seguridad ofrece una

resistencia lo suficientemente baja, y una

capacidad suficiente de transmisión de

corriente, para impedir que se acumulen

voltajes peligrosamente altos.El circuito

se conecta directamente con la conexión

electrificada a la tierra.

Siempre que una corriente eléctrica

atraviesa esta vía hacia la tierra, hace que

se activen los dispositivos de protección

como, por ejemplo, los disyuntores y los

interruptores de circuito accionados por

corriente de pérdida a tierra (GFCI) Al

interrumpir el circuito, los disyuntores y

los GFCI detienen el flujo de electrones y

reducen el peligro de una descarga

eléctrica. Los disyuntores lo protegen a

usted y al cableado de su hogar, pero es

necesario tener mayor protección, a

menudo proporcionada por los supresores

de sobretensiones transitorias y los

sistemas de alimentación ininterrumpida

(UPS) para proteger a los equipamientos

de computación y de networking.

2. Conceptos básico sobre multímetro 2.1 Manejo y uso seguro del multimetro

En esta práctica de laboratorio, usted

aprenderá a usar un multímetro. El

multímetro puede ejecutar mediciones de

voltaje, resistencia y continuidad, que son

importantes en networking. Usted puede

aprender acerca del multímetro a partir de

dos fuentes distintas: el manual impreso

(papel) y la versión en línea del manual

(página Web del fabricante).

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2.2 Uso de un multimetro para realizar

mediciones de la resistencia

En esta práctica de laboratorio, usará un

multímetro para medir la resistencia y la

continuidad de los objetos. La unidad de

medición para ambos es el ohmio (W ).

Continuidad se refiere al nivel de

resistencia de una vía. Si una vía se

transforma intencionalmente en una vía

de baja resistencia, para ser usada por dos

dispositivos eléctricos conectados, la vía

tiene lo que se denomina continuidad. Si

una vía se transforma involuntariamente

en una vía de baja resistencia, entonces se

produce un cortocircuito.

Con cualquiera de estas mediciones, el

multímetro emite un sonido agudo cuando

detecta una vía de baja resistencia. Usted

realizará mediciones de lo siguiente:

cable CAT 5

cable CAT 5 terminado

cable coaxial terminado

cable telefónico

jacks CAT 5

switches

tomas de pared

2.3 Uso de un multímetro para realizar

voltaje

En esta práctica de laboratorio, usará el

multímetro para medir el voltaje. Hay dos

tipos de mediciones de voltaje. Para su

seguridad personal, y para proteger el

multímetro, es importante que entienda

cuál es la diferencia. Los dos tipos de

voltaje son de CC y de CA.

Voltaje de CC

El multímetro debe estar colocado en CC

cuando se miden voltajes de CC Esto

incluye lo siguiente:

Baterías

Salida de las fuentes de poder de

los computadores

Celdas solares

Generadores de CC

Voltaje de CA

El multímetro debe estar colocado en CA

cuando se miden voltajes de CA Si está

realizando una medición de un

tomacorriente de pared, debe suponer que

hay voltaje de línea. El voltaje de línea es

de 120 V de CA en los EE.UU. y de 220

V de CA en la mayoría de los demás

países. ¡El voltaje de línea puede

matarlo! Debe recordar que tiene que

tener mucho cuidado y colocar el

multímetro en la configuración

correcta.

2.4 Medición de circuitos seriales

simples

En esta práctica de laboratorio, creará un

circuito serial simple y realizará

mediciones sobre este circuito.

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2.5 Desarrollo de un sistema de

conmutación eléctrico simple

El diagrama muestra parte de los circuitos

que permiten que las NIC de Ethernet se

comuniquen entre sí. Esto debe darle una

idea de cómo debe resolver el reto que se

presenta en esta práctica de laboratorio:

diseñar, desarrollar y demostrar el

funcionamiento de un sistema de

comunicación eléctrico simple.

3. Concepto básico sobre señales y

ruido en sistemas de conmutación

3.1 Comparación de las señales

analógica y digital

El término "señal" se refiere a un voltaje

eléctrico, un patrón luminoso o una onda

electromagnética modulada que se desea

obtener. Todos ellos pueden transportar

datos de networking.

Uno de los tipos de señal es analógica.

Una señal analógica tiene las siguientes

características:

Es ondulante

Tiene un voltaje que varía

continuamente en función del

tiempo

Es típica de los elementos de la

naturaleza

Se ha utilizado ampliamente en las

telecomunicaciones durante más

de 100 años

El gráfico principal muestra una onda

sinusoidal pura. Las dos características

importantes de una onda sinusoidal son su

amplitud (A), su altura y profundidad, y el

período (T = longitud de tiempo)

necesario para completar 1 ciclo. Se

puede calcular la frecuencia (f) (nivel de

ondulación) de la onda con la fórmula f =

1/T.

Otro tipo de señal es la señal digital.

Una señal digital tiene las siguientes

características:

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Las curvas de voltaje vs tiempo

muestran una variación discreta o

pulsante

Es típica de la tecnología, más que

de la naturaleza

El gráfico muestra una señal digital de

networking. Las señales digitales tienen

una amplitud fija, aunque el ancho de sus

pulsos, T y frecuencia se pueden

modificar. Las señales digitales de las

fuentes modernas se pueden aproximar a

través de una onda rectangular, que tenga

transiciones aparentemente instantáneas

desde estados de voltaje muy bajos hasta

estados de voltaje muy altos, sin

ondulaciones. Aunque esta es una

aproximación, es bastante razonable, y se

utilizará en todos los diagramas futuros.

3.2 Uso de las señales digitales para

crear señales analógicas

Jean Baptiste Fourier es el responsable de

uno de los descubrimientos más

importantes en el campo de las

matemáticas. Probó que una suma

especial de ondas sinusoidales, de

frecuencias relacionadas armónicamente,

que son múltiplos de cierta frecuencia

básica, se pueden sumar para crear

cualquier patrón de onda. Esta es la forma

en que funcionan los dispositivos de

reconocimiento de voz y de detección de

los latidos cardíacos. Las ondas

complejas se pueden crear a partir de

ondas simples.

Una onda rectangular, o un pulso

rectangular, se puede generar usando la

combinación correcta de ondas

sinusoidales. El gráfico muestra cómo se

puede crear la onda rectangular (señal

digital) usando ondas sinusoidales

(señales analógicas). Es importante tener

esto en cuenta al examinar lo que sucede

con un pulso digital mientras viaja a

través de los medios de networking.

3.3 Representación de un bit en un

medio físico

Las redes de datos cada vez dependen

más de los sistemas digitales (binarios, de

dos estados). El bloque básico de

información es el dígito binario 1,

denominado bit o pulso. Un bit, en un

medio eléctrico, es la señal eléctrica que

corresponde al 0 binario o al 1 binario.

Esto puede ser tan sencillo como 0 voltios

para el 0 binario y +5 voltios para el 1

binario, o una codificación más compleja.

La conexión a tierra de referencia de la

señal es un concepto importante que se

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relaciona con todos los medios de

networking que usan voltaje para

transportar mensajes.

Para poder funcionar correctamente, una

conexión a tierra de referencia de la

señal debe estar colocada cerca de los

circuitos digitales del computador. Los

ingenieros lo han logrado al diseñar

planos de conexión a tierra en las placas

de circuito. Los gabinetes de los

computadores se usan como punto de

conexión común para los planos de

conexión a tierra de las placas de circuito

para establecer la conexión a tierra de

referencia de la señal. La conexión a

tierra de referencia de la señal establece la

línea de 0 voltios en los gráficos de señal.

En el caso de las señales ópticas, el 0

binario se codifica como una intensidad

baja, o sin luz (oscuridad). El 1 binario se

codifica como una intensidad luminosa

alta (brillo) o como otros modelos más

complejos.

En el caso de las señales inalámbricas, el

0 binario podría ser una ráfaga breve de

ondas; el 1 binario podría ser una ráfaga

de ondas de mayor duración, u otro

modelo más complejo.

Usted examinará seis situaciones que

pueden ocurrir con 1 bit :

Propagación

Atenuación

Reflexión

Ruido

Problema de temporización

Colisiones

3.4 Propagación de señales en la red

Propagación significa desplazamiento.

Cuando una tarjeta NIC emite voltaje o

pulsos luminosos en un medio físico, ese

pulso rectangular, formado por ondas, se

desplaza, o se propaga, a través del

medio. Propagación significa que un

bloque de energía, que representa 1 bit, se

desplaza desde un lugar hacia otro. La

velocidad a la cual se propaga depende

del material que se usa en el medio, de la

geometría (estructura) del medio y de la

frecuencia de los pulsos. El tiempo que

tarda el bit en desplazarse desde un

extremo a otro del medio y nuevamente

en regresar se denomina tiempo de ida y

vuelta, (RTT). Suponiendo que no se

producen más demoras, el tiempo que

tarda el bit en desplazarse a través del

medio hacia el extremo más lejano es

RTT/2.

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El hecho de que el bit tarda poco tiempo

en desplazarse a través del medio

normalmente no produce problemas en la

red. Sin embargo, con las velocidades de

transmisión de datos de las redes actuales,

que están en constante crecimiento, a

veces se debe tener en cuenta la cantidad

de tiempo que tarda la señal en

desplazarse. Existen dos situaciones

extremas que se deben tener en cuenta. O

el bit tarda un tiempo igual a cero en

desplazarse, lo que significa que se

desplaza de forma instantánea; o tarda

una cantidad infinita de tiempo en

desplazarse. Según Einstein, cuya teoría

de la relatividad dice que ninguna

información puede desplazarse más

rápido que la velocidad de la luz en el

vacío, el primer caso es incorrecto. Esto

significa que el bit tarda al menos una

pequeña cantidad de tiempo en

desplazarse. El segundo caso también es

incorrecto, ya que con el equipamiento

adecuado, se puede medir el tiempo de

desplazamiento del pulso. La falta de

conocimiento del tiempo de propagación

representa un problema, ya que uno puede

suponer que el bit llega a un destino

demasiado rápido o demasiado tarde. Si

el tiempo de propagación es demasiado

largo, se debe evaluar nuevamente cómo

manejará esta demora el resto de la red. Si

la demora de propagación es demasiado

corta, es posible que se deba reducir la

velocidad de los bits o que se deban

guardar temporalmente (esto se denomina

buffering), para que el resto del

equipamiento de networking pueda

alcanzar al bit.

3.5 Atenuación de red

Atenuación es la pérdida de la fuerza de la

señal como, por ejemplo, cuando los

cables superan una longitud máxima. Esto

significa que una señal de voltaje de 1 bit

pierde amplitud a medida que la energía

pasa desde la señal hacia el cable. La

selección cuidadosa de los materiales,

(por ej., utilizando cobre en lugar de

carbono, y la geometría (la forma y el

posicionamiento de los cables) puede

disminuir la atenuación eléctrica, aunque

no se puede evitar que se produzca alguna

pérdida cuando hay resistencia eléctrica.

La atenuación también se produce en las

señales ópticas, ya que la fibra óptica

absorbe y dispersa parte de la energía

luminosa a medida que el pulso luminoso,

un bit, se desplaza a través de la fibra.

Esto se puede reducir considerablemente

al determinar la longitud de onda, o el

color, de la luz seleccionada. Esto

también se puede reducir dependiendo de

si usa fibra de monomodo o fibra

multimodo, y según el tipo de vidrio que

se utilice para la fibra. Inclusive con la

aplicación de estas opciones, la pérdida

de señal es inevitable.

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 16

La atenuación también se produce con las

ondas de radio y las microondas, ya que

éstas son absorbidas y dispersadas por

moléculas específicas de la atmósfera. La

atenuación puede afectar a una red dado

que limita la longitud del cableado de la

red a través de la cual usted enviar un

mensaje. Si el cable es demasiado largo o

demasiado atenuante, un bit que se envía

desde el origen puede parecer un bit cero

para el momento en que llega al destino.

Este problema se puede solucionar a

través de los medios de networking

elegidos y seleccionando estructuras que

estén diseñadas para soportar bajas

cantidades de atenuación. Una de las

formas que existen para resolver el

problema es cambiar el medio. Otra de las

formas es utilizar un repetidor luego de

una distancia determinada. Existen

repetidores para bits eléctricos, ópticos e

inalámbricos.

3.6 Reflexión en la red

Para comprender la reflexión, imagínese

que tiene una soga para saltar extendida, y

que un amigo sostiene el otro extremo.

Ahora, imagínese que le envía a la otra

persona un "pulso" o un mensaje de 1 bit.

Si observa cuidadosamente, verá que una

pequeña onda (pulso) vuelve (se refleja)

hacia usted.

La reflexión se produce en las señales

eléctricas. Cuando los pulsos de voltaje, o

bits, tropiezan con una discontinuidad, se

pueden producir reflexiones de la

energía. Si no se controla

cuidadosamente, esta energía puede

interferir con bits posteriores. Recuerde,

aunque en este momento usted está

concentrado en sólo 1 bit a la vez, en las

redes reales usted deseará enviar millones

y miles de millones de bits por segundo,

lo que requiere tener en cuenta este pulso

de energía reflejado. Según el cableado y

las conexiones que utiliza la red, las

reflexiones pueden o no ser un problema.

La reflexión también se produce en el

caso de las señales ópticas. Las señales

ópticas reflejan si tropiezan con alguna

discontinuidad en el vidrio (medio), como

en el caso de un conector enchufado a un

dispositivo. Este efecto se puede apreciar

de noche, al mirar a través de una

ventana. Usted puede ver su reflejo en

una ventana aunque la ventana no es un

espejo. Parte de la luz que se refleja desde

su cuerpo se refleja en la ventana. Este

fenómeno también se produce en el caso

de las ondas de radio y las microondas, ya

que detectan distintas capas en la

atmósfera.

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 17

Esto puede provocar problemas en la red.

Para un óptimo desempeño de la red, es

importante que los medios de la red

tengan una impedancia específica para

que concuerden con los componentes

eléctricos de las tarjetas NIC. A menos

que los medios de red tengan la

impedancia correcta, la señal

experimentará cierta reflexión y se creará

interferencia. Luego se pueden producir

múltiples pulsos reflejados. Ya sea que el

sistema sea eléctrico, óptico o

inalámbrico, la falta de acople en la

impedancia puede provocar reflexiones.

Si se refleja suficiente energía, el sistema

binario de dos estados se puede confundir

debido a toda la energía adicional que se

genera a su alrededor. Esto se puede

solucionar asegurándose de que la

impendencia de todos los componentes de

networking esté cuidadosamnete acopla.

3.7 Ruido

El ruido son adiciones no deseadas a las

señales de voltaje, ópticas o

electromagnéticas. Ninguna señal

eléctrica se produce sin ruido; sin

embargo, lo importante es mantener la

relación señal/ruido (S/N) lo más alta

posible. En otras palabras, cada bit recibe

señales adicionales no deseadas desde

varias fuentes. Demasiado ruido puede

corromper un bit, haciendo que un 1

binario se transforme en un 0 binario, o

un 0 en un 1, destruyendo el mensaje. La

figura muestra cinco fuentes de ruido

que pueden afectar a un bit del cable.

NEXT-A y NEXT-B

Cuando el ruido eléctrico del cable tiene

origen en señales de otros hilos del cable,

esto se denomina diafonía. NEXT

significa paradiafonía. Cuando dos hilos

están colocados uno muy cerca del otro y

no están trenzados, la energía de un hilo

puede trasladarse al hilo adyacente y

viceversa. Esto puede provocar ruido en

ambos extremos de un cable terminado.

Existen en realidad muchas formas de

diafonía que se deben tener en cuenta al

desarrollar redes.

NEXT se puede manejar a través de la

tecnología de terminación, el

cumplimiento estricto de los

procedimientos de terminación estándar,

y el uso de cables de par trenzado de

buena calidad.

Ruido térmico, El ruido térmico, debido

al movimiento aleatorio de electrones, no

se puede evitar pero por lo general es

relativamente insignificante en

comparación con las señales.

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 18

Ruidos de la línea de alimentación de

CA/Conexión a tierra de referencia

Los ruidos de la línea de alimentación de

CA y de la conexión a tierra de referencia

son problemas cruciales en el networking.

El ruido de la línea de alimentación de

CA provoca problemas en el hogar, en las

escuelas y en las oficinas. La electricidad

se transporta a los aparatos y a las

máquinas a través de cables ocultos en las

paredes, los pisos y los techos. Como

consecuencia, dentro de estos edificios, el

ruido de la línea de alimentación de CA

se encuentra en todo el entorno. Si no es

tratado correctamente, el ruido de la línea

de alimentación puede representar un

gran problema para una red.

Lo ideal es que la conexión a tierra de

referencia de señal se encuentre

completamente aislada de la conexión a

tierra eléctrica. El aislamiento mantendría

la fuga de electricidad de CA y los picos

de voltaje fuera de la conexión a tierra de

referencia de señal. Pero el chasis de un

dispositivo informático sirve como la

conexión a tierra de referencia de señal y

como la conexión a tierra de la línea de

alimentación de CA. Dado que existe una

conexión entre la conexión a tierra de

referencia de señal y la conexión a tierra

eléctrica, los problemas con la conexión a

tierra eléctrica pueden producir

interferencia en el sistema de datos. Este

tipo de interferencia puede resultar difícil

de detectar y rastrear. Normalmente

parten del hecho de que los contratistas e

instaladores eléctricos no toman en

consideración la longitud de los cables

neutros y de conexión a tierra que llegan a

cada tomacorriente eléctrico.

Desafortunadamente, cuando estos cables

son largos, pueden actuar como una

antena para el ruido eléctrico. Es este

ruido el que interfiere con las señales

digitales (bits) que un computador debe

poder reconocer.

Usted verá que el ruido de la línea de

alimentación de CA que proviene de un

monitor de vídeo cercano o de una unidad

de disco duro puede ser suficiente para

provocar errores en un sistema

informático. Esto se hace interfiriendo

(cambiar la forma y el nivel de voltaje)

con las señales deseadas e impidiendo

que las compuertas lógicas de un

computador detecten los extremos

iniciales y finales de las ondas

rectangulares. Este problema se puede

complicar además cuando un computador

tiene una mala conexión a tierra.

EMI/RFI (Interferencia

electromagnética/interferencia de la

radiofrecuencia) Las fuentes externas de pulsos eléctricos

que pueden atacar la calidad de las

señales eléctricas del cable incluyen los

sistemas de iluminación, los motores

eléctricos y los sistemas de radio. Estos

tipos de interferencia se denominan

interferencia electromagnética (EMI) e

interferencia de la radiofrecuencia

(RFI).

Cada hilo dentro de un cable puede actuar

como una antena. Cuando esto sucede, el

hilo efectivamente absorbe las señales

eléctricas de los demás hilos y de las

fuentes eléctricas ubicadas fuera del

cable. Si el ruido eléctrico resultante

alcanza un nivel lo suficientemente alto,

puede tornarse difícil para las NIC

discriminar el ruido de la señal de

datos. Esto es un problema especialmente

porque la mayoría de las LAN utilizan

frecuencias en la región de frecuencia de

1-100 megahertz (MHz), que es donde las

señales de la radio FM, las señales de

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 19

televisión y muchos otros aparatos tienen

también sus frecuencias operativas.

Para comprender de qué manera el ruido

eléctrico de cualquier origen causa un

impacto en las señales digitales,

imagínese que desea enviar datos,

representados por el número binario

1011001001101, a través de la red. Su

computador convierte el número binario

en una señal digital. La figura muestra

cómo es la señal digital que corresponde a

1011001001101.

La señal digital se desplaza a través de

los medios de networking hacia el

destino. El destino resulta estar cerca de

un tomacorriente eléctrico que es

alimentado por cables largos neutros y de

conexión a tierra. Estos cables actúan

como una antena para el ruido eléctrico.

La figura muestra cómo se ve el ruido

eléctrico.

Como el chasis del computador destino se

utiliza tanto para la conexión a tierra

como para la conexión a tierra de

referencia de señal, este ruido interfiere

con la señal digital que recibe el

computador. La figura muestra lo que

sucede con la señal cuando se combina

con este ruido eléctrico.

En lugar de leer la señal como

1011001001101, el computador lee la

señal como 1011000101101, lo que

provoca que los datos se tornen poco

confiables (dañados).

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 20

A diferencia de los sistemas que utilizan

cable de cobre, los sistemas que utilizan

fibra óptica e inalámbrica experimentan

alguna de estas formas de ruido pero son

inmunes a otras. Por ejemplo, la fibra

óptica es inmune a NEXT y al ruido de la

línea de alimentación de CA/de la

conexión a tierra de referencia, y los

sistemas inalámbricos son

particularmente propensos a la

interferencia

electromagnética/interferencia de la

radiofrecuencia. Aquí, el enfoque se ha

centrado en el ruido de los sistemas de

cableado basados en cobre. El problema

de NEXT se puede solucionar a través de

la tecnología de terminación, del

cumplimiento estricto de los

procedimientos de terminación estándar y

del uso de cables de par trenzado de

buena calidad.

No hay nada que se pueda hacer con

respecto al ruido térmico, salvo

suministrar a las señales una amplitud lo

suficientemente grande como para que

esto no tenga importancia. Para evitar el

problema de la conexión a tierra de

referencia de señal/CA que se describe

anteriormente, es importante trabajar en

estrecha relación con el contratista

eléctrico y la compañía de electricidad.

Esto le permitirá obtener la mejor y más

corta conexión a tierra eléctrica. Una

forma de hacerlo es investigar los costos

de instalar un transformador único

dedicado a su área de instalación de LAN.

Si puede costear esta opción, puede

controlar la conexión de otros

dispositivos a su circuito de alimentación.

Restringiendo la forma y el lugar en que

se conectan los dispositivos tales como

motores o calentadores eléctricos con alto

consumo de corriente, usted puede

eliminar una gran parte del ruido eléctrico

generado por ellos.

Al trabajar con su contratista eléctrico,

debería solicitar la instalación para cada

área de oficina de paneles separados de

distribución de electricidad, también

conocidos como disyuntores. Dado que

los cables neutros y de conexión a tierra

de cada tomacorriente se juntan en el

disyuntor, al tomar esta medida

aumentarán las posibilidades de acortar la

longitud de la conexión a tierra de señal.

Si bien el instalar paneles individuales de

distribución de electricidad para cada

grupo de computadoras aumentará el

costo primario del cableado eléctrico, esto

reducirá la longitud de los cables de

conexión a tierra y limitará varios tipos de

ruido eléctrico que enmascaran las

señales.

Hay varias formas de limitar la EMI

(interferencia electromagnética) y la RFI

(interferencia de la radiofrecuencia). Una

forma consiste en aumentar el tamaño de

los cables conductores. Otra forma sería

mejorar el tipo de aislador empleado. Sin

embargo, estos métodos aumentan el

tamaño y el costo de los cables, sin

mejorar demasiado la calidad. Por lo tanto

es más común que los diseñadores de

redes especifiquen un cable de buena

calidad y que brinden especificaciones

para la longitud máxima recomendada

para los cables que conectan los nodos.

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 21

Dos de las técnicas que los diseñadores de

cables han usado con éxito para manejar

la EMI y la RFI, son el blindaje y la

cancelación. En el caso de un cable que

utiliza blindaje, una malla o un papel

metálico recubre cada par de hilos o

grupo de pares de hilos. Este blindaje

actúa como barrera contra las señales de

interferencia. Sin embargo, al igual que el

uso de conductores de mayor tamaño, el

uso de revestimientos de malla o papel

metálico aumenta el diámetro del cable y

en consecuencia también aumentan los

costos. Por lo tanto, la cancelación es la

técnica más comúnmente empleada para

proteger los cables de las interferencias

indeseables.

Cuando la corriente eléctrica fluye a

través de un cable, crea un pequeño

campo magnético circular a su alrededor.

La dirección de estas líneas de fuerza

magnética se determina por la dirección

en la cual fluye la corriente a lo largo del

cable. Si dos cables forman parte del

mismo circuito eléctrico, los electrones

fluyen desde la fuente de voltaje negativo

hacia el destino a lo largo de un cable.

Luego los electrones fluyen desde el

destino hacia la fuente de voltaje positivo

a lo largo del otro cable. Cuando dos

cables de un circuito eléctrico se colocan

uno cerca del otro, los campos

magnéticos de un cable son el opuesto

exacto del otro. Así, los dos campos

magnéticos se cancelan entre sí. También

cancelarán cualquier otro campo

magnético externo. El hecho de trenzar

los cables puede mejorar el efecto de

cancelación. Si se usa la cancelación en

combinación con cables trenzados, los

diseñadores de cables pueden brindar un

método efectivo para proporcionar un

autoblindaje para los pares de hilos dentro

de los medios de la red

3.8 Dispersión, flutuación de fase y

latencia.

Aunque la dispersión, la fluctuación de

fase y la latencia en realidad son tres

cosas distintas que le pueden ocurrir a un

bit, se agrupan debido a que las tres

afectan lo mismo: la temporización del

bit. Dado que usted está tratando de

comprender cuáles son los problemas que

se pueden producir mientras millones y

miles de millones de bits se desplazan por

un medio en un segundo, la

temporización es muy importante.

Dispersión es cuando la señal se ensancha

con el tiempo. Esto se produce debido a

los tipos de medios involucrados. Si es

muy grave, un bit puede comenzar a

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 22

interferir con el bit siguiente y

confundirlo con los bits que se encuentran

antes y después de él. Como usted desea

enviar miles de millones de bits por

segundo, debe tener cuidado para que las

señales no se dispersen. La dispersión se

puede solucionar a través del diseño de

cables adecuado, limitando las longitudes

de los cables y detectando cuál es la

impedancia adecuada. En el caso de la

fibra óptica, la dispersión se puede

controlar usando luz láser con una

longitud de onda muy específica. En el

caso de comunicaciones inalámbricas, la

dispersión se puede reducir al mínimo a

través de las frecuencias que se usan para

realizar la transmisión.

Todos los sistemas digitales están

cronometrados, lo que significa que los

pulsos de reloj son lo que controlan todo.

Los pulsos de reloj hacen que una CPU

calcule, los datos se guarden en la

memoria y la NIC envíe bits. Si el reloj

del host origen no está sincronizado con

el host destino, lo que es muy probable,

se producirá una fluctuación de fase de

temporización. Esto significa que los bits

llegarán un poco antes o más tarde de lo

esperado. La fluctuación de fase se puede

solucionar mediante una serie de

complicadas sincronizaciones de reloj,

incluyendo sincronizaciones de hardware

y software, o de protocolo.

La latencia, también denominada demora,

tiene dos causas principales. En primer

lugar, la teoría de la relatividad de

Einstein establece que, "ningún elemento

puede trasladarse de forma más veloz que

la velocidad de la luz en el vacío (3,0 x

108 metros/segundo)." Las señales

inalámbricas de networking se trasladan a

una velocidad levemente inferior a la de

la velocidad de la luz en el vacío. Las

señales de networking en medios de cobre

se trasladan a una velocidad de 1,9x10^8

m/s a 2,4x10^8 m/s. Las señales de

networking en la fibra óptica se trasladan

a aproximadamente 2,0x10^8 m/s. De

modo que para trasladarse a una

determinada distancia, el bit tarda al

menos una pequeña cantidad de tiempo

para llegar hasta su destino. En segundo

lugar, si el bit atraviesa cualquier

dispositivo, los transistores y los

dispositivos electrónicos provocan una

mayor latencia. La solución para el

problema de la latencia es el uso

cuidadoso de los dispositivos de

internetworking, distintas estrategias de

codificación y diversos protocolos de

capa.

Las redes modernas normalmente

funcionan a velocidades desde 1 Mbps-

155 Mbps y superiores. Muy pronto

funcionarán a 1 Gbps o mil millones de

bits por segundo. Si los bits se diseminan

por dispersión, los 1 se pueden confundir

con los 0 y los 0 con los 1. Si hay grupos

de bits que se enrutan de forma distinta y

no se presta atención a la temporización,

la fluctuación de fase puede provocar

errores cuando el computador que los

recibe trata de volver a unir los paquetes

en un mensaje. Si hay grupos de bits que

se demoran, los dispositivos de

networking y los otros computadores

destino pueden verse perdidos al recibir

miles de millones de bits por segundo.

2.9 Colisión

Una colisión se produce cuando dos bits

de dos computadores distintos que

intentan comunicarse se encuentran

simultáneamente en un medio

compartido. En el caso de medios de

cobre, se suman los voltajes de los dos

dígitos binarios y provocan un tercer

nivel de voltaje. Esto no está permitido en

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 23

el sistema binario, que sólo entiende dos

niveles de voltaje. Los bits se

"destruyen".

Algunas tecnologías como, por ejemplo,

Ethernet, se encargan de un determinado

nivel de colisiones, administrando los

turnos para transmitir en el medio

compartido cuando se produce una

comunicación entre hosts. En algunos

casos, las colisiones son parte normal del

funcionamiento de una red. Sin embargo,

un exceso de colisiones puede hacer que

la red sea más lenta o pueden detenerla

por completo. Por lo tanto, una gran parte

del diseño de una red se refiere a la forma

de reducir al mínimo y localizar las

colisiones.

Hay muchas formas de abordar las

colisiones. Una de estas formas es

detectarlas y simplemente tener un

conjunto de normas para abordar el

problema cuando se produce, como en el

caso de Ethernet. Otra de las formas de

abordar el problema es impedir las

colisiones permitiendo que sólo un

computador de un entorno de medios

compartidos pueda transmitir a la vez.

Esto requiere que el computador tenga un

patrón de bits especial denominado token

para transmitir, como en el caso de token-

ring y FDDI.

3.10 Mensajes en términos de bit

Luego de que un bit llega a un medio, se

propaga y puede sufrir atenuación,

reflexión, ruido, dispersión o colisión. Sin

embargo, siempre se desea transmitir

mucho más que un bit. En realidad el

objetivo es transmitir miles de millones

de bits por segundo. Todos los efectos

descritos hasta el momento que pueden

ocurrir con un bit se aplican a las diversas

unidades de datos del protocolo (PDU)

del modelo OSI. Ocho bits equivalen a 1

byte. Múltiples bytes equivalen a una

trama. Las tramas contienen paquetes.

Los paquetes transportan el mensaje que

usted desea comunicar. Los profesionales

de networking a menudo hablan acerca de

tramas y paquetes atenuados, reflejados,

ruidosos, dispersos y con colisiones

4 Conceptos básicos sobre codificación

de las señales de networking

4.1 Ejemplo histórico de codificaciones

Siempre que usted desea enviar un

mensaje a larga distancia, hay dos

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 24

problemas que debe solucionar: cómo

expresar el mensaje (codificación o

modulación); y cuál es el método que se

debe utilizar para transportar el mensaje

(portadora).

A través de la historia han existido

muchas maneras para resolver el

problema de la comunicación de larga

distancia: mensajeros a pie o a caballo,

telescopios ópticos, palomas mensajeras y

señales de humo. Cada método de envío

requería un tipo de codificación. Por

ejemplo, las señales de humo que

anunciaban que se había detectado un

buen lugar para cazar podían ser tres

bocanadas cortas de humo, los mensajes

transportados por las palomas mensajeras

que anunciaban que alguien había llegado

a destino sin problemas podían estar

representados por un dibujo de una cara

sonriente. En épocas más recientes, la

creación del código Morse revolucionó

las comunicaciones. Se usaron dos

símbolos, el punto y el guión, para

codificar el alfabeto. Por ejemplo, × × × -

- - × × × significa SOS, la señal universal

para pedir auxilio. Los teléfonos

modernos, el fax, la radio AM y FM, la

radio de onda corta y la televisión

codifican las señales electrónicamente,

usando normalmente la modulación de

distintas ondas de diferentes partes del

espectro electromagnético.

Codificación significa convertir los datos

binarios en una forma que se pueda

desplazar a través de un enlace de

comunicaciones físico; modulación

significa usar los datos binarios para

manipular una onda. Los computadores

usan tres tecnologías en particular, cada

una de las cuales tiene su contraparte en

la historia. Estas tecnologías son:

codificar mensajes como voltajes en

diversas formas de cable de cobre;

codificar mensajes como pulsos de luz

guiada a través de la fibra óptica y

codificar mensajes como ondas

electromagnéticas moduladas e irradiadas.

4.2 Modulación y codificación

Codificación significa convertir los 1 y

los 0 en algo real y físico, tal como:

Un pulso eléctrico en un cable

Un pulso luminoso en una fibra

óptica

Un pulso de ondas

electromagnéticas en el espacio.

Dos métodos para lograr esto son la

codificación NRZ y la codificación

Manchester.

NRZ, código sin retorno a cero, es la

codificación más sencilla. Se caracteriza

por una señal alta y una señal baja (a

menudo +5 o +3,3 V para 1 binario y 0 V

para 0 binario). En el caso de las fibras

ópticas, el 1 binario puede ser un LED o

una luz láser brillante, y el 0 binario

oscuro o sin luz. En el caso de las redes

inalámbricas, el 1 binario puede significar

que hay una onda portadora y el 0 binario

que no hay ninguna portadora.

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 25

La codificación Manchester es más

compleja, pero es inmune al ruido y es

mejor para mantener la sincronización. En

el caso de la codificación Manchester, el

voltaje del cable de cobre, el brillo del

LED o de la luz láser en el caso de la

fibra óptica o la energía de una onda EM

en el caso de un sistema inalámbrico hace

que los bits se codifiquen como

transiciones. Observe que la codificación

Manchester da como resultado que los 0

se codifiquen como una transición de baja

a alta y que el 1 se codifique como una

transición de alta a baja. Dado que tanto

los 0 como los 1 dan como resultado una

transición en la señal, el reloj se puede

recuperar de forma eficaz en el receptor.

La modulación, que específicamente

significa tomar una onda y cambiarla, o

modularla, para que transporte

información, está relacionada

estrechamente con la codificación. Para

dar una idea de lo que es modulación,

examinaremos tres maneras de modificar,

de modular, una onda "portadora" para

codificar bits:

En AM (modulación de amplitud),

la amplitud o altura, de una onda

sinusoidal portadora se modifica

para transportar el mensaje.

En FM (modulación de

frecuencia), la frecuencia, u

ondulación, de la onda portadora

se modifica para transportar el

mensaje.

En PM (modulación de fase), la

fase, o los puntos de inicio o fin

de un ciclo determinado, de la

onda se modifica para transportar

el mensaje.

También existen otras formas de

modulación más complejas. La figura

muestra tres maneras a través de las

cuales se pueden codificar los datos

binarios en una onda portadora mediante

el proceso de modulación El 11 Binario

(Nota: ¡que se lee como uno uno, no

once!) se puede comunicar en una onda

ya sea por AM (onda encendida/onda

apagada), FM (la onda numerosas

oscilaciones para los unos, pocas para los

ceros), o PM (un tipo de cambio de fase

para los Os, otro tipo de cambio para los

1s).

Los mensajes se pueden codificar de

varias formas:

1. Como voltajes en el caso de

cobre; las codificaciones

Manchester y NRZI son populares

en el caso de las redes basadas en

cobre.

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 26

2. Como luz guiada; las

codificaciones Manchester y

4B/5B son populares en el caso de

redes basadas en fibra óptica.

3. Como ondas EM irradiadas; una

amplia variedad de esquemas de

codificación (variaciones en AM,

FM y PM) se utilizan en el caso

de las redes inalámbricas.

Resumen

En este capítulo se explicó la teoría básica

de la electricidad y los factores que

afectan la transmisión de datos. Más

específicamente, usted aprendió que:

la electricidad se basa en la

capacidad de los electrones de

determinados tipos para separarse,

o fluir, desde los confines de estos

átomos

las cargas opuestas se atraen y las

cargas iguales se repelen. Dentro

de los circuitos eléctricos, la

electricidad fluye desde el polo

negativo hacia el positivo

los materiales se pueden clasificar

como aisladores, conductores o

semiconductores, según su

capacidad para permitir que los

electrones fluyan

los conceptos de voltaje, corriente,

resistencia e impedancia

suministran un medio para medir

la electricidad que se requiere para

poder diseñar y fabricar

dispositivos electrónicos

corriente alterna y corriente

directa son los dos tipos de

corriente. La CA se usa para

suministrar alimentación eléctrica

en los hogares, las escuelas y los

lugares de trabajo. La CC se

utiliza con los dispositivos

eléctricos que dependen de una

batería para poder funcionar

lasconexiones a tierra eléctricas

suministran una base a partir de la

cual se puede medir el voltaje.

También se utilizan como un

mecanismo de seguridad para

impedir que se reciban sacudidas

eléctricas peligrosas

todo el equipo electrónico está

compuesto por circuitos eléctricos

que regulan el flujo de electricidad

a través de los conmutadores

El próximo capítulo describe los distintos

tipos de medios de networking que se

utilizan en la capa física. Además,

describe de qué forma los dispositivos de

red, las especificaciones de los cables, las

topologías de red, las colisiones y los

dominios de colisión pueden ayudar a

Electrónica y Señales

Ing. Edwin R Lacayo Cruz

Página 27

determinar cuestiones como, por ejemplo,

qué cantidad de datos pueden viajar a

través de la red y a qué velocidad pueden

hacerlo.