Unidad 5. tecnología de redes

MAESTRIA EN TECNOLOGIAS DE INFORMACIÓNTECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN EN LAS ORGANIZACIONES

MTI. ROSA IMELDA GARCÍA CHI

UNIDAD 5. TECNOLOGÍA DE REDES

MTI. ROSY CHI

Temas de la Unidad 5

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Introducción

El desarrollo de la computación y su integración con las telecomunicaciones en la telemática han propiciado el surgimiento de nuevas formas de comunicación, que son aceptadas cada vez por más personas, dicha comunicación hoy día como redes, entendiéndose por esta la interconexión de dos o más computadoras con el fin de intercambiar informaciónEn base a ello, el objetivo de la presente guía es ofrecer un marco teórico sobre la fundamentación de las redes, a fin de que el alumno pueda conocer que es una red, como se compone, cual es su estructura, las diferentes topologías que existen así como la interconexión y medios de comunicación que se pueden utilizar a la hora de diseñar y crear un red.De igual manera, al finalizar la guía el alumno encontrara una series de preguntas relacionado sobre el tema de las redes.

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Tecnología de Redes

¿Qué son Redes?

Colección interconectada de computadores autónomos.

conjunto de equipos (computadoras y/o dispositivos) conectados por medio de cables, señales, ondas o cualquier otro método de transporte de datos, que comparten información (archivos), recursos (CD-ROM, impresoras, etc.) y servicios (acceso a internet, e-mail, chat, juegos), etc.

Sistema de Comunicaciones que conecta a varias unidades y que les permite intercambiar información.

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Compartir recursos: hacer que todos los programas, datos y

equipo estén disponibles para cualquiera de la red

que así lo solicite, sin importar la localización física del recurso y del

usuario

proporcionar una alta fiabilidad, al contar con fuentes alternativas de

suministro

Ahorro Económico. Los ordenadores pequeños

tienen una mejor relación costo /

rendimiento, comparada con la ofrecida por las

máquinas grandes

proporcionar un poderoso medio de comunicación entre

personas que se encuentran muy alejadas

entre s


Objetivos de las Redes

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Características de las Redes

Servicios de archivos

Compartir recursos

SFT(Sistema de tolerancia a fallas)

Sistema de Control de Transacciones

Seguridad.-

Acceso Remoto

Conectividad entre Redes

Comunicaciones entre usuarios.

Servidores de impresoras

Colas de impresión

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• En una red punto a punto cualquiera de sus estaciones puede funcionar como servidor, puesto que puede ofrecer sus recursos a las restantes estaciones de trabajo. Así mismo pueden ser receptores, que pueden acceder a los recursos de otras estaciones sin compartir la suyas propias.

Sistemas punto a punto.-

• Un sistema operativo de red local ejecutándose en modo dedicado utilizará todos los recursos de su procesador, memoria y disco fijo a su uso por parte de la red. El Netware de Novell se puede usar en modo dedicado.

Sistemas con servidor dedicado.-

• Ofrece las mismas posibilidades que un sistema dedicado, añadiendo la posibilidad de utilizar el servidor como estación de trabajo.

Sistemas con servidor no dedicado.-


Estructura de las Redes

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• Es una computadora utilizada para gestionar el sistema de archivos de la red, da servicio a las impresoras, controla las comunicaciones y realiza otras funciones.

Servidor.-

• Se pueden conectar a través de la placa de conexión de red y el cableado correspondiente

Estaciones de Trabajo.-

• Permiten conectar el cableado entre servidores y estaciones de trabajo.

Tarjetas de Conexión de Red

(Interface Cards).-

• Una vez que tenemos las estaciones de trabajo, el servidor y las placas de red, requerimos interconectar todo el conjunto

Cableado:


Componentes Básicos de una Red

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• Redes de área local (LAN)

• Redes de área extensa (WAN)

• Redes Metropolitana


Redes según la cobertura del servicio

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Topología estrella• Se utiliza un dispositivo como punto de

conexión de todos los cables que parten de las estaciones de trabajo.

• El dispositivo central puede ser el servidor de archivos en sí o un dispositivo especial de conexión. Ej: Starlan de AT&T.

• El diagnóstico de problemas es fácil, debido a que las estaciones de trabajo se comunican a través del equipo central.

• La colisión entre datos es imposible, ya que cada estación tiene su propio cable, y resulta fácil ampliar el sistema.


Topología de Red

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Topología Bus• El servidor y todas las estaciones están

conectadas a un cable general central.• Las señales y los datos van y vienen por el

cable, asociados a una dirección destino.• Cada nodo verifica las direcciones de los

paquetes que circulan por la red para ver si alguna coincide con la suya propia.

• La topología bus usa una cantidad mínima de cable y el cable es muy fácil de instalar, ya que puede extenderse por un edificio en las mejores rutas posibles.


Topología de Red

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Topología Anillo• Las señales viajan en una única

dirección a lo largo del cable en forma de un bucle cerrado. En cada momento, cada nodo pasa las señales a otro nodo.

• Con la topología en anillo, las redes pueden extenderse a menudo a largas distancias, y el coste total del cableado será menor que en una configuración en estrella y casi igual a la bus.

• Una rotura del cable hará caer el sistema. Actualmente existen sistemas alternativos que evitan que esto ocurra.


Topología de Red

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Ethernet de par trenzado• Es un sistema económico y

fácil de instalar• Requiere de los siguientes

componentes de hardware:– Tarjeta de red con un

conector hembra RJ-45– Conector RJ-45– Cable Ethernet de par

trenzado– Concentrador


Esquema de Red más Usados

http://www.monografias.com/trabajos12/giga/giga.shtml

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Token Ring• Una de las ventajas de este

sistema es la redundancia. La principal desventaja es que resulta más caro y complejo que otros sistemas.

• Componentes de Hardware:– Tarjeta de red compatible con

el sistema Token ring– Cable (UTP) – Unidad de acceso

multiestación



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Esquemas cliente- Servidor

• El objetivo de cliente/servidor es ofrecer una alternativa de diversidad de plataformas de proceso, aplicaciones y configuraciones que van a implementar los usuarios.

Una arquitectura cliente/servidor implica cuatro elementos básicos:• Plataformas de proceso programables• Separación entre función/proceso de

aplicación• Comunicación entre procesos• Enfoque "solicitante/proveedor de

servicios"



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El objetivo de la Interconexión de Redes (internetworking) es dar un servicio de comunicación de datos que involucre diversas redes con diferentes tecnologías de forma transparente para el usuario.

Los dispositivos de interconexión de redes sirven para superar las limitaciones físicas de los elementos básicos de una red, extendiendo las topologías de esta.


Interconexión de Redes

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Concentradores (Hubs)El término concentrador o hub describe la manera en que las conexiones de cableado de cada nodo de una red se centralizan y conectan en un único dispositivo. Se suele aplicar a concentradores Ethernet, Token Ring, y FDDI(Fiber Distributed Data Interface) soportando módulos individuales que concentran múltiples tipos de funciones en un solo dispositivo


Dispositivo de Interconexión de Redes

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RepetidoresEl repetidor es un elemento que permite la conexión de dos tramos de red, teniendo como función principal regenerar eléctricamente la señal, para permitir alcanzar distancias mayores manteniendo el mismo nivel de la señal a lo largo de la red. De esta forma se puede extender, teóricamente, la longitud de la red hasta el infinito.

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Encaminadores (Routers)

Envían paquetes de datos de un protocolo común, desde una red a otra. Convierten los paquetes de información de la red de área local, en paquetes capaces de ser enviados mediante redes de área extensa. Durante el envío, el encaminador examina el paquete buscando la dirección de destino y consultando su propia tabla de direcciones, la cual mantiene actualizada intercambiando direcciones con los demás routers para establecer rutas de enlace a través de las redes que los interconectan.


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El cable par trenzadoEs de los más antiguos en el mercado y en algunos tipos de aplicaciones es el más común. Consiste en dos alambres de cobre o a veces de aluminio, aislados con un grosor de 1 mm aproximadamente. Los alambres se trenzan con el propósito de reducir la interferencia eléctrica de pares similares cercanos. Los pares trenzados se agrupan bajo una cubierta común de PVC (Policloruro de Vinilo) en cables multipares de pares trenzados (de 2, 4, 8, hasta 300 pares).


Medios de Comunicación

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El cable coaxial.• Se usa normalmente en la conexión de redes con topología de Bus como Ethernet

y ArcNet, se llama así porque su construcción es de forma coaxial. La construcción del cable debe de ser firme y uniforme, por que si no es así, no se tiene un funcionamiento adecuado.

• Este conexionado está estructurado por los siguientes componentes de adentro hacia fuera de la siguiente manera:– Un núcleo de cobre sólido, o de acero con capa de cobre, o bien de una serie

de fibras de alambre de cobre entrelazadas dependiendo del fabricante. – Una capa de aislante que recubre el núcleo o conductor, generalmente de

material de polivinilo, este aislante tiene la función de guardar una distancia uniforme del conductor con el exterior.

– Una capa de blindaje metálico, generalmente cobre o aleación de aluminio entretejido, cuya función es la de mantenerse lo mas apretado posible para eliminar las interferencias,

– Por último, tiene una capa final de recubrimiento, de color negro para mantener la calidad de las señales.



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Fibra Óptica:• A partir de 1970, cables que transportan luz en lugar de una corriente eléctrica.

Estos cables son mucho más ligeros, de menor diámetro y repetidores que los tradicionales cables metálicos. El emisor está formado por un láser que emite un potente rayo de luz, que varia en función de la señal eléctrica que le llega. El receptor está constituido por un fotodiodo, que transforma la luz incidente de nuevo en señales eléctricas.



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• En la actualidad existen numerosos ejemplos que permiten identificar la aplicación de redes, tal puede ser el caso de una compañía que posee una cantidad notable de computadoras en funcionamiento en cada localidad para llevar el control de los inventarios, cada una de estas computadoras puede estar trabajando aislada de las otras, pero en un momento dado la gerencia de dicha empresa decidió conectarlas en red para poder extraer y correlacionar información de toda la compañía, esto con la finalidad de poder compartir los recursos, hacer que todos los programas, el equipo y especialmente los datos estén disponibles para cualquier empleado de la empresa en cualquier momento por medio de la red, sin importar la localidad física de los recursos y de los usuarios.

• Otro ejemplo muy notable, es el que se tiene en los laboratorios de computación en donde todas las computadoras están conectadas entre sí, lo cual permite compartir recursos e información, que en muchos casos ésta información suele ser archivos o datos; así también como unidades de disco, directorios.


Ejemplos de Redes

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TRANSMISIÓN DE DATOS

25

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El éxito de la transmisión depende de:• La calidad de la señal que

se transmite• Características de medios

de transmisión

Transmisión de Datos

26

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La transmisión de datos ocurre entre un transmisor y un receptor a través de un medio de transmisión.

El medio de transmisión puede ser guiado o no guiado.

En ambos casos la comunicación es en forma de ondas electromagnéticas.

Terminología

27

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Las ondas son guiadas a lo largo de un camino físico:

Ejemplos:

• Par trenzado• Cable coaxial• Fibra óptica

Medios guiados

28

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Proveen un medio para la transmisión de ondas electromagnéticas pero sin guiarlas:

Ejemplos:

• Aire• Agua• Vacío

Medios no guiados

29

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Enlace Directo (direct link) Camino de transmisión entre 2 dispositivos en el

cual la señal se propaga directamente del transmisor al receptor sin dispositivos

intermedios.

Puede incluir sólo amplificadores y/o repetidores.

Terminología

30

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Un medio guiado de transmisión es:

Punto a punto, si provee un enlace directo entre 2

dispositivos y estos son los únicos dispositivos que

comparten el medio.

Multipunto, cuando más de dos dispositivos comparten

el medio.

Terminología

31

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Transmisor/Receptor

Amplificadoro Repetidor Medio

Transmisor/Receptor

0 o más

Punto a Punto

• Multipunto

Medio

Transmisor/Receptor

Transmisor/Receptor

…..

MedioAmplificadoro Repetidor

Transmisor/Receptor

Transmisor/Receptor

…..

Medio

0 o más

Configuración de transmisiones guiadas

32

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•simplex•half-duplex•full-duplex

La transmisión puede ser:

Terminología

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Se usa cuando los datos son transmitidos en una sola dirección.

Ejemplo: radio.

Simplex

34

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Se usa cuando los datos transmitidos fluyen en ambas direcciones, pero solamente en un sentido a la vez.

Half-Duplex

35

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Es usado cuando los datos a intercambiar fluyen en ambas direcciones simultáneamente.

Full-duplex

Teléfono

36

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Una señal puede ser expresada como una función:• s(t), en función del tiempo• s(f), en función de la frecuencia

Frecuencia, Espectro y Ancho de Banda

37

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Una señal s(t) es continua si:• La señal varia durante el tiempo pero

tiene una representación para todo t.

Una señal es discreta si:• está compuesta de un número finito

de valores

Con respecto al tiempo

38

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Con respecto al tiempo

Señal Continua

Señal Discreta

39

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• Un señal s(t) es periódica si y sólo si:

s (t + T) = s(t) -∞ < t < +∞donde T es el periodo de la señal.

Conceptos básicos de señales

40

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Las 3 características más importantes de una señal periódica son:• 1. Amplitud• 2. Frecuencia• 3. Fase


41

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• Es el valor instantáneo de una señal en cualquier momento.

• En transmisión de datos, la amplitud está medida en volts.

Amplitud.


42

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Frecuencia. Es el inverso del perido (1/T)

Representa el número de

repeticiones de un periodo por

segundo.

Expresado en ciclos por segundo, o hertz

(Hz).


43

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t

T1/f1

A

A

T1/f1

t

Señales periódicas

T : periodoA : Amplitudf : frecuencia

1

44

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• Es una medida de la posición relativa en el tiempo del periodo de una señal.

Fase.


45

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Ejemplo de una diferencia de fase

t

La diferencia de fase es de π/2 radianes

π /2

2π

46

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• Una señal senoidal puede ser expresada como: s(t) = A sin (2 πf1t + θ)

A es la amplitud máximaf1 es la frecuencia

θ es la faseRecordemos que: 2π radianes = 360º = 1 periodo


A

T1/f1

t

s(t) = A sin (2πf1t) ó

s(t) = A cos (2πf1t - π/2)

47

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• Por ejemplo, para la señal: s(t) = sin (2πf1t) + 1/3 sin (2π(3f1)t)

los componentes de esta señal son ondas senoidales de frecuencias f1 y 3f1 respectivamente.

Con respecto a la frecuencia

48

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s(t) = sin (2πf1t) + 1/3 sin (2π(3f1)t)

1/3 sin (2π(3f1)t)

sin (2πf1t)

0.5 1.0 1.5 2.0T

0.5 1.5 2.0T

0.5 1.0 1.5 2.0T

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

49

MTI. ROSY CHI

La segunda frecuencia es múltiplo de la primera.

Cuando todas las frecuencias en los componentes de una señal son múltiplos de una frecuencia, a esta última se le conoce como frecuencia fundamental.

Observaciones

50

MTI. ROSY CHI

El periodo de la señal total es igual al periodo de la frecuencia fundamental.

Como el periodo del componente

sin (2πf1t) es T = 1/ f1, entonces el periodo de s(t) es también T.

Observaciones

51

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El análisis de Fourier, permite demostrar que cualquier señal está formada por componentes de

diferentes frecuencias, en donde cada componente es

una senoidal.

Observaciones

52

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El espectro de una señal es el rango de frecuencias que ésta contiene.

Para el ejemplo anterior, el espectro va de f1 a 3f1.

El ancho de banda absoluto de una señal está dado por el tamaño del espectro. En el ejemplo, el ancho de banda es de 2f1.

Terminología

53

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Los componentes de frecuencia en una señal cuadrada están dados por:

s(t) = A x ∑k=1 1/k sin (2πkf1t)

para k impar.

Entonces, el número de componentes de frecuencia es infinito; por lo tanto, el ancho de banda también es infinito.

Señal cuadrada

∞

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MTI. ROSY CHI

Sin embargo, la amplitud del k-ésimo componente de frecuencia kf1, es 1/k.

Por lo tanto, la mayor parte de la energía en este tipo de onda está en los primeros componentes de frecuencia.

Señal cuadrada

55

MTI. ROSY CHI

Supongamos que un sistema transmite señales con un ancho de banda de 4 MHz.

Queremos transmitir una secuencia de 1s y 0s usando los primeros 3 componentes de la señal cuadrada.

¿Qué tasa de transmisión de datos es posible alcanzar?

Relación entre el ancho de banda y la tasa de transmisión

56

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• Primeramente, ¿Cuál sería la representación de la señal a transmitir?

• ¿Cuál es la frecuencia fundamental f1 para un ancho de banda de 4Mhz

• f1 = 106 ciclos/segundo = 1 MHz?


57

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• T = 1/10 =10 = 1μsec.• Tasa de transmisión = 2b/T • Tx= 2 Mbps.• Entonces, con un ancho de banda de 4 Mhz,

es posible alcanzar una tasa de transmisión de 2 Mbps.


6 -6

58

MTI. ROSY CHI

Realizar el mismo análisis con un sistema capaz de transmitir con un ancho de banda de 8 MHz.

Primeramente, buscar el valor de f1 máximo.

En este caso, si duplicamos el ancho de banda, duplicamos la tasa de transmisión posible.


59

MTI. ROSY CHI

Usando los 2 primeros componentes de

frecuencia de la señal cuadrada, calcular la tasa de transmisión y

el ancho de banda resultantes, con f1 = 2

MHz.


60

MTI. ROSY CHI


Componentes de la señal cuadrada Frecuencia Ancho de Banda

Tasa detransmisión

3 1 MHz 4 MHz 2 Mbps



61

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Una señal digital tiene un ancho de banda infinito.

Si intentamos transmitir esta señal sobre un medio, la naturaleza del mismo limitará el ancho de banda que puede ser transmitido.

Para cualquier medio, entre mayor es el ancho de banda que permite, mayor su costo.

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La información digital debe ser aproximada por una señal con un ancho de banda limitado.

Limitar el ancho de banda, genera distorsión de la información.

Si la tasa de transmisión de la señal digital es de W bps, entonces, una buena representación de la señal puede ser alcanzada con un ancho de banda de 2W Hz.

63

MTI. ROSY CHI

Entre mayor sea el ancho de banda de

un sistema de transmisión, mayor

será la tasa de transmisión

alcanzable por dicho sistema.

64

MTI. ROSY CHI

• Una señal, al ser propagada por un medio, sufre de pérdida o atenuación de su potencia.

Atenuación:

Es necesario el uso de

amplificadores.

Potencia de la señal

65

MTI. ROSY CHI

Para expresar pérdidas y ganancias se utilizan los decibeles.

El decibel es la medida de la diferencia de dos niveles de potencia.

Ndb = 10 log10 (P2 / P1)


66

MTI. ROSY CHI

Calcule la pérdida en decibeles de una señal cuya potencia inicial es de 10 mW. Esta potencia después de cierta distancia es de 5 mW.

Una pérdida de 1000 W a 500 W es también de -3dB.

Entonces, una pérdida de 3 dB reduce a la mitad la magnitud y una ganancia de 3 dB duplica la magnitud.


67

MTI. ROSY CHI

El decibel es usado también para

medir diferencias de voltaje.

(P = V2 / R.)Ndb = 20 log10 (V2 / V1)


68

MTI. ROSY CHI

El decibel hace referencia a magnitudes relativas o cambios en la magnitud y no a un nivel absoluto.

Es importante poder hacer referencia a valores absolutos de potencia y voltaje en decibeles y así facilitar los cálculos de pérdidas y ganancias.


69

MTI. ROSY CHI

El dBW (decibel-watt) es usado para referirse al nivel absoluto de potencia en decibeles, y se define como:

Power(dBW) = 10 log (Power(W)/ 1W)

El valor de 1 W es escogido como referencia y definido como 0 dBW.


70

MTI. ROSY CHI

• Por ejemplo:• Una potencia de 1000 W es equivalente a

__ dBW.• Una potencia de 1 mW es equivalente a __

dBW.


71

MTI. ROSY CHI

• El dBmV (decibel-milivolt) es usado para referirse al nivel absoluto de voltaje en decibeles, y se define como:

Power(dBmV) = 20 log (Voltage(mV)/ 1mV)

• El valor de 1 mV es escogido como referencia y definido como 0 dBmV.


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MTI. ROSY CHI

Considere un enlace punto a punto que consiste de una línea de transmisión y un amplificador en medio.

Si la pérdida en la primera parte de la línea es de 13 dB, la ganancia del amplificador es de 30 dB, y la pérdida en la segunda parte de la línea es de 40 dB, calcule la pérdida (o ganancia) total en dB.

Ejemplo 1

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MTI. ROSY CHI

Ejemplo 1

1mW

-13 dB

30 dB

-40 dB

74

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Ejemplo 2

a) ¿Cuál es la pérdida o ganancia total del sistema?b)

R=50 ohms R=50 ohms

V1= 8 v V3= 16vV2= 4v

P1=? P2=?

NdB=?

P3=?

NdB=? NdB=? NdB=? NdB=?

P6= 0.4 w

V5= 30v

V4= ?

P4= 2 w P5=?

V6= ?

75

MTI. ROSY CHI

Analógico ⇔ ContinuoDigital ⇔ Discreto

Transmisión Analógica y Transmisión Digital

76

MTI. ROSY CHI

• Entidades que poseen un significado.Datos:

• Codificación eléctrica o electromagnética de datos.Señales:

• Es el acto de propagar la señal a lo largo de un medio.Señalización:

• Es la comunicación de datos a partir de la propagación y procesamiento de señales.Transmisión:

Definiciones

77

MTI. ROSY CHI

Datos analógicos: • Toman valores continuos en un intervalo dado.

Ejemplo: • voz y video.

Datos digitales: • Toman valores discretos.

Ejemplo: • código ASCII.

Datos

78

MTI. ROSY CHI

En un sistema de comunicaciones, los datos son propagados de un punto a otro a través de señales eléctricas.

Una señal analógica es una onda electromagnética propagada a través de diferentes medios, dependiendo de su espectro.

Señales

79

MTI. ROSY CHI

•es una secuencia de pulsos de voltaje transmitido a través de un medio guiado.

Una señal digital

Señales

80

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Señales analógicas Representan datos con ondaselectromagnéticas que varían constantemente

Datos analógicos

Datos digitales

Señales Digitales y Analógicas de Datos Analógicos y Digitales

Pulsos deVoltaje Binario

Módem SeñalAnalógica

(FrecuenciaPortadora)

TransmisiónAnalógica

TransmisiónDigital

Voz(Ondas de Sonido)

Teléfono SeñalAnalógica

TransmisiónAnalógica

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MTI. ROSY CHI

Señales digitales Representan datos con secuencia de pulsos de voltaje

Datos analógicos

Señales Digitales y Analógicas de Datos Analógicos y Digitales

Datos digitales

Datos Digitales

Transmisordigital

SeñalDigital

TransmisiónDigital

SeñalesAnalógicas (voz)

CODEC SeñalDigital

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Se transmiten señales analógicas sin importar su contenido.

Las señales analógicas transmitidas pueden representar:• Datos analógicos (e.g., voz).• Datos digitales (e.g., datos binarios que

pasan por un módem).

Transmisión Analógica

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MTI. ROSY CHI

Después de cierta distancia, la señal analógica pierde potencia (atenuación).

Es necesario el uso de amplificadores.

Desventaja: amplifican también el ruido.

Lo anterior no representa mayor problema en el caso de datos analógicos, y sí en el caso de datos digitales.

Transmisión Analógica

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MTI. ROSY CHI

En este tipo de transmisión el contenido de la señal es de vital importancia.

Al transmitir una señal digital, el problema de atenuación es resuelto con repetidores.

Un repetidor recupera el patrón de 1’s y 0’s y retransmite una nueva señal digital.

Transmisión Digital

85

MTI. ROSY CHI

La misma técnica es usada para transmitir digitalmente una señal analógica.

Se asume que codifica datos digitales.

El sistema de transmisión cuenta con repetidores en lugar de amplificadores.


86

MTI. ROSY CHI

El repetidor recupera los datos digitales de la señal analógica y

genera una nueva señal analógica; de esta manera el ruido no se acumula.


87

MTI. ROSY CHI

Dos alternativas: 1. La señal ocupa el mismoespectro que los datos analógicos2. Los datos analógicos están codificados para ocupar una porción diferente del espectro.

Los datos digitales son codificados utilizando un módem para producir una señal analógica.

Los datos analógicos son codificados utilizando un codec para producir un flujo de bits digital.

Dos alternativas: 1. La señal consiste de dos niveles de voltaje para representar los dos valores binarios.2. Los datos digitales están codificados para producir una señal digital con propiedades deseadas.

Transmisión Digital y Analógica

Señal Analógica Señal DigitalD

atos

Ana

lógi

cos

Dat

os D

igita

les

a) Datos y Señales

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MTI. ROSY CHI

1 Atenuación

2 Distorsión por retraso3 Ruido

Problemas en la transmisión

90

MTI. ROSY CHI

La potencia de la señal se debilita con la distancia al viajar a través de cualquier

medio de transmisión.

Atenuación

91

MTI. ROSY CHI

Es un fenómeno particular propio de los medios guiados de transmisión.

El tiempo de propagación de una señal varía con la frecuencia.

La velocidad es mayor cerca de la frecuencia central y menor en las orillas

de la banda.

Distorsión por retraso

92

MTI. ROSY CHI

Por lo tanto algunos componentes de

frecuencia de una señal llegan al receptor en tiempos diferentes.

A este fenómeno se le conoce como interferencia entre símbolos el cual es una limitante mayor para

alcanzar máximas tasas de transmisión.

Distorsión por retraso

93

MTI. ROSY CHI

Es una señal no deseada que acompaña la

transmisión de una señal.

Es el factor principal que limita el

desempeño de un sistema de

comunicaciones.

Ruido

94

MTI. ROSY CHI

Ruido térmico

Ruido intermodula

r

Crosstalk

Ruido por impulsos

Se clasifica en 4 categorías:

95

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Está en función de la temperatura.

Es causado por una agitación térmica de los electrones en un conductor.

Está presente en todos los dispositivos electrónicos.

Ruido térmico

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• Está distribuido de manera uniforme a través del espectro de frecuencias.

• Es conocido como ruido blanco.• No puede ser eliminado; por lo tanto impone una cota

superior en el desempeño de un sistema de comunicaciones.

N=kTW (Ruido en Watts)k=Boltzmann´s constant=1.3803x10-23 J/°KT= Temperatura en KelvinW= Ancho de Banda

N=10logk+10logT+10logW (Ruido en Decibel-Watts)N= -228.6dBW+10logT+10logW

Ruido térmico

97

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• Calcular el ruido en decibeles/watts que se mide en la salida de una transmisión si se tiene una temperatura de 100 °k y un ancho de banda de 10 Mhz.

-138.6 dBw

Ruido térmico

98

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Ocurre cuando señales a diferentes frecuencias comparten el mismo medio de transmisión.

Este tipo de ruido produce señales a una frecuencia que puede ser la suma o la diferencia de las 2 frecuencias originales o múltiplos de esas frecuencias.

Ruido Intermodular

99

MTI. ROSY CHI

• Por ejemplo, la combinación de las señales con las frecuencias f1 y f2 pueden producir una señal con frecuencia f1 + f2. Esta señal puede interferir con la señal intencionada con frecuencia f1 + f2.

Ruido Intermodular

100

MTI. ROSY CHI

Ruido por Intermodulación

0.5 1.0 1.5 2.0T

0.5 1.5 2.0T

f1

f2

mix

f1+f2

La mezcla de f1 y f2 puede interferir con f1 + f2

101

MTI. ROSY CHI

Ejemplo: Cuando una tercera conversación no deseada entra durante una llamada telefónica.

Se debe al acoplamiento eléctrico de las señales.

Crosstalk

102

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No continuo, compuesto por pulsos irregulares de poca duración y de gran

amplitud.

Causada por factores electromagnéticos externos como relámpagos y por deficiencia

en el sistema de comunicaciones.

Es la principal fuente de error en la transmisión de señales digitales.

Ruido por impulsos

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Nos interesa saber de qué manera los problemas de transmisión

previamente mencionados afectan la tasa de transmisión de un sistema de comunicaciones.

Definimos la capacidad del canal como la tasa a la cual pueden ser transferidos los datos, a través de

dicho canal.

Capacidad del canal

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Parámetros que afectan:•Tasa de transmisión (bps)•Ancho de Banda (Hz)•Ruido •Tasa de error

Capacidad del canal

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Considere un canal libre de errores.

La tasa de transmisión está limitada por el ancho de banda de la señal.

La formula de Nyquist:

• Dado un ancho de banda W, la máxima tasa de transmisión que puede ser alcanzada es 2W.

Esta limitante se debe a la distorsión por retraso.

Capacidad del canal

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Considere la transmisión vía módem de datos

digitales. Asuma un ancho de banda de 3100 Hz.

Entonces la capacidad C del canal es de

Si usamos una señal con 4 niveles de voltaje

entonces, cada nivel de la señal puede representar 2

bits.

•2W = 6200 bps.

Ejemplo:

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• Por lo tanto, con señalización multinivel, la fórmula de Nyquist queda:

C = 2W log2Mdonde M es el número de niveles de voltaje.

• Para M = 8, entonces C = 18,600 bps.

Ejemplo:

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Para un ancho de banda dado, la tasa de transmisión se puede incrementar aumentando el número de señales diferentes.

Sin embargo, esto ocasiona problemas en el receptor: tiene que distinguir entre las M posibles señales.

Los valores prácticos de M están limitados por los problemas de transmisión mencionados.

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Si la tasa de transmisión crece, más bits son

afectados por un patrón de ruido existente.

A un nivel de ruido dado, un incremento en la tasa de transmisión, ocasiona un incremento en la tasa de

error.

Relación entre la tasa de transmisión, ruido y tasa de error

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• La fórmula de Claude Shannon expresa:

(S/N)db = 10 log S NS=Potencia de la señalN=Potencia de Ruido• Representa la relación de la potencia de una señal

con respecto a la potencia de ruido presente en un punto particular de la transmisión.

Relación entre la tasa de transmisión, ruido y tasa de error

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Es medida en el receptor.

Expresa la cantidad en decibeles por la cual la señal deseada excede el nivel de ruido.

Una relación alta (S/N) significa una alta calidad de señal y un número bajo de repetidores intermedios requeridos.

Relación S/N

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La relación señal-ruido es importante en la transmisión de

datos digitales ya que representa una cota superior para la tasa

de transmisión alcanzada.

Relación S/N

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• El resultado de Shannon muestra la máxima capacidad del canal en bits por segundo y obedece la siguiente ecuación:

C = W log2 (1 + S )

NEn donde: C es la capacidad del canal en bps y W es el ancho de banda en Hz.

Capacidad del canal

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Considere un canal de voz para transmitir datos digitales vía módem.

Asuma un ancho de banda de 3100 Hz.

Un valor típico para una línea VG (voice grade) es de 30 dB o una relación de 1000:1.

Capacidad del canal

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• W = 3100 Hz• (S/N)db = 30 dB• C = 3100 log2 (1 + 1000)

= 30, 898 bps

Capacidad del canal

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• Si se tiene un canal cuyo espectro esta entre 3Mhz y 4Mhz y la relación (S/N)db de potencias entre señal y ruido es del 24dB encontrar la capacidad máxima del canal de acuerdo a la consideración de Shanon.

• S/N=251• C=8Mbps

Capacidad del canal (Shanon y Nyquist´s)

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• Considerando que la tasa anterior puede alcanzarse y de acuerdo a la fórumula de Nyquist´s, ¿cuantos niveles de señalización serían necesarios?

• M=16

Capacidad del canal (Shanon y Nyquist´s)

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Lo anterior representa el máximo teórico que puede ser alcanzado.

En la práctica, sólo es posible alcanzar tasas

inferiores.

Capacidad del Canal

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Esto, debido a que la fórmula de Shannon sólo asume ruido blanco; no incluye:• Ruido por impulsos• Atenuación• Distorsión por retraso

Capacidad del Canal

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La eficiencia está dada por la relación C/W (bits por hertz alcanzados).

Eficiencia de una transmisión digital

Unidad 5. tecnología de redes

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