Conceptos Clave en Redes de Datos: OSI, Señales y Calidad de Transmisión

Modelo OSI (Open System Interconnection)

El Modelo OSI (Open System Interconnection) es una arquitectura por niveles donde cada nivel define un segmento del proceso necesario para mover la información a través de una red. Su diseño permite la comunicación entre todos los tipos de computadoras.

Capas y sus Funciones

1. Capa Física

   Gestiona las señales y la transmisión binaria (ej. Device Driver, NIC).

   • Características físicas de las interfaces y el medio.
   • Representación de los bits.
   • Tasa de datos.
   • Sincronización de los bits.
   • Configuración de la línea.
   • Topología física.
   • Modo de transmisión.

2. Capa de Enlace de Datos

   Se encarga del direccionamiento físico (MAC y LLC).

   • Entramado.
   • Direccionamiento Físico.
   • Control de Flujo.
   • Control de Errores.
   • Control de Acceso.

3. Capa de Red

   Determina la ruta y el direccionamiento IP (IP, ICMP, ARP, IGMP).

   • Direccionamiento Lógico.
   • Encaminamiento.

4. Capa de Transporte

   Establece la conexión extremo a extremo y la fiabilidad de los datos (TCP, UDP).

   • Direccionamiento en Punto de Servicio.
   • Segmentación y reensamblado.
   • Control de Conexión.
   • Control de Flujo.
   • Control de Errores.

5. Capa de Sesión

   Gestiona la comunicación entre los dispositivos de la red (HTTP, Telnet, FTP, SMTP).

   • Control de Diálogo.
   • Sincronización.

6. Capa de Presentación

   Define la representación de los datos.

   • Traducción.
   • Cifrado.
   • Compresión.

7. Capa de Aplicación

   Proporciona servicios de red a las aplicaciones (Terminal Virtual, Cliente de Correo, Navegador de Internet).

   • Terminal Virtual.
   • Cliente de Correo.
   • Navegador de Internet.

Encapsulación

La porción de datos de un paquete en el nivel N-1 transporta el paquete completo (datos, cabecera y cola) del nivel N.

Señales y Transmisión de Datos

Señales Compuestas

Son la combinación de ondas simples con distintas frecuencias, amplitudes y fases. Si la señal compuesta es periódica, su descomposición da una serie de señales con frecuencias discretas. Si la señal es aperiódica, la descomposición da una combinación de ondas seno con frecuencias continuas.

Ancho de Banda

El ancho de banda de una señal compuesta es la diferencia entre la frecuencia más alta y la más baja contenida en una señal.

Señal Digital como Señal Analógica Compuesta

Basándose en el Teorema de Fourier, una señal digital es una señal analógica compuesta, con frecuencias entre cero e infinito. Si la señal digital es periódica, la señal descompuesta tiene una representación en el dominio de frecuencia con un ancho de banda infinito y frecuencias discretas. Si la señal es aperiódica, la señal descompuesta tiene una representación en el dominio de frecuencia con un ancho de banda infinito y frecuencias continuas.

Transmisión de Señales Digitales

1. Transmisión en Banda Base

   Implica enviar una señal digital sobre un canal sin cambiarla a una señal analógica. Esta transmisión necesita la existencia de un canal paso bajo, es decir, un canal con un ancho de banda que comience en cero.

   • Canal paso bajo con gran ancho de banda: Aunque la señal de salida no es una réplica exacta de la señal de origen, los datos se pueden deducir de la señal recibida.
   • Canal paso bajo con ancho de banda limitado: El nivel de aproximación depende del ancho de banda disponible.

2. Transmisión en Banda Ancha (usando Modulación)

   Implica cambiar la señal digital modulándola a una señal analógica para su transmisión, ya que no se puede enviar directamente la señal digital al canal. Esta transmisión necesita la existencia de un canal paso banda, un canal con un ancho de banda que no comience en cero.

Deterioro de la Transmisión

Cuando una señal viaja a través de un medio, puede sufrir los siguientes deterioros:

• Atenuación

  La señal pierde energía para vencer la resistencia del medio. Para compensar esta pérdida se usan amplificadores de señal. Los Decibelios (dB) miden las potencias relativas de dos señales o de una señal en dos puntos.

• Distorsión

  La señal cambia su forma de onda. Ocurre en una señal compuesta formada por distintas frecuencias, debido a desfases en los armónicos en el receptor.

• Ruido

  Se refiere a señales no deseadas que se añaden a la señal original.

  • Térmico: Debido al movimiento aleatorio de electrones en un cable, que crea una señal extra no enviada originalmente por el transmisor.
  • Inducido: Debido a fuentes externas como motores o electrodomésticos, que actúan como antenas emisoras, y el medio de transmisión como antenas receptoras.
  • Cruces (Crosstalk): Similar al ruido inducido, pero debido al efecto de un cable sobre otro.
  • Impulso: Es un pico de energía que proviene de líneas de potencia o iluminación.