Arquitecturas de Red y Modulación de Señales

1. Introducción a la Interconexión de Redes

El teléfono, como herramienta para interconectar dos espacios, impulsó el interés por la comunicación entre dispositivos. Inicialmente, la conmutación se realizaba manualmente por operadoras. La conmutación de circuitos requiere tres fases:

• Establecimiento de llamada
• Comunicación
• Liberación de recursos

En los años 70, los primeros ordenadores comerciales, presentes solo en universidades, grandes empresas y organismos oficiales, permitían el acceso de varios usuarios a la vez. Los módems también interconectaban dos ordenadores, cobrando por bit transmitido. La red analógica presentaba problemas como:

• Atenuación de la señal en grandes distancias
• Uso de amplificadores
• Aumento del ruido

2. Arquitecturas de Red: OSI y TCP/IP

Los elementos que estructuran una arquitectura de red se denominan capas o niveles. El conjunto de capas y protocolos definidos en una red de comunicación se denomina arquitectura de red. Dos modelos de redes ampliamente usados son OSI y TCP/IP. Ambos modelos tienen una arquitectura de red organizada por capas/niveles.

Una entidad es un elemento activo de una capa, y en una capa puede existir varias entidades. Dos entidades del mismo nivel que pertenecen a dos nodos que intercambian información se denominan entidades pares.

Un servicio es cada una de las funciones que una capa ofrece a su capa inmediatamente superior. Existen dos tipos de servicios: orientados a la conexión y no orientados a la conexión.

El modelo OSI tiene 7 capas (de abajo arriba):

1. Física
2. Enlace de datos
3. Red
4. Transporte
5. Sesión
6. Presentación
7. Aplicación

El modelo TCP/IP tiene 4 capas:

1. Acceso a la red
2. Internet
3. Transporte
4. Aplicación

Cuando una entidad en una capa solicita servicios, pasa unos datos a su capa inferior. Estos datos representan la Unidad de Datos de Servicio (SDU).

3. Señales Analógicas y Digitales

El término "señal" se refiere a un voltaje eléctrico, un patrón luminoso o una onda electromagnética modulada.

Señal Analógica

Características:

• Es ondulatoria
• 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
• Se puede transmitir a grandes distancias

Señal Digital

Características:

• Las curvas de voltaje vs tiempo muestran una variación discreta o pulsante
• Es típica de la tecnología
• Son más rápidas y fiables
• Necesitan de un medio de transmisión de calidad

4. Transformada de Fourier

Jean Baptiste Fourier demostró que una suma especial de ondas sinusoidales, de frecuencias relacionadas armónicamente (múltiplos de cierta frecuencia básica), se pueden sumar para crear cualquier patrón de onda. 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.

5. Modulación

Al transmitir una señal, es preferible modificarla para permitir una mayor velocidad de transmisión en medios de baja calidad. Se dice que una señal, llamada portadora, está modulada por otra, llamada moduladora (datos), cuando esta última controla algún parámetro de la primera. Se puede actuar sobre la amplitud, frecuencia o fase de la señal. Al dispositivo que realiza esta conversión se le llama módem (Modulador-DEModulador).

Tipos de modulación:

• Modulación analógica con portadora analógica
• Modulación digital con portadora analógica
• Modulación analógica con portadora digital
• Modulación digital con portadora digital

6. Perturbaciones de la Señal

Atenuación

Cualquier señal, al propagarse por un medio de transmisión, pierde potencia, es decir, se atenúa con la distancia. En el caso del cable de cobre, la atenuación se debe fundamentalmente a:

• Resistencia del cable
• Emisión electromagnética al ambiente
• Desfase o dispersión
• Interferencia electromagnética
• Diafonía (Crosstalk)

Atenuación: Es la disminución de la amplitud de la señal y depende de la distancia recorrida.

Dispersión: Se da en medios de transmisión de señales ópticas. El fenómeno consiste en el comportamiento que sufre el haz de luz que transporta la información.

Par trenzado: Formado por dos conductores aislados con plástico, utilizado en la red telefónica.

Coaxial: Dos hilos conductores. Uno sólido en el centro, recubierto por un material dieléctrico y una hoja exterior de metal semiconductor, malla o una combinación de ambas. Conduce señales con más rangos de frecuencia que los trenzados.