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TEMA V: MODELOS Y DISPOSITIVOS DE COMUNICACIÓN

Fundamentos de telecomunicaciones

Ingeniería en Sistemas Computacionales

Ing. Juan Jaime Padilla González Nancy Elizabeth Arvizu Estrada 24 de noviembre del 2017

Contenido INTRODUCCIÓN AL MODELO DE REFERENCIAS OSI ........................................................ 2 PROTOCOLOS Y ESTANDARES ................................................................................................ 4 CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LOS DISPOSITIVOS............................................ 5 ESTANDARES DE INTERFACES ................................................................................................ 8 MECANISMOS DE DETECCIÓN Y CORRECIÓN DE ERRORES ......................................... 9

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INTRODUCCIÓN AL MODELO DE REFERENCIAS OSI La comunicación entre sistemas es un proceso complejo que abarca diferentes etapas, desde la codificación eléctrica de los datos hasta la coordinación lógica de todo el intercambio de información, además de muchas otras gestiones como el control de errores, la gestión de topologías de red complejas, etc. Históricamente, todos estos aspectos eran llevados a cabo por cada fabricante, por lo que, a medida que las redes se fueron haciendo más complejas, sucedían dos cosas:  

La complejidad de implementación aumentaba al pretender abarcar todo el problema de la comunicación como un todo global Las soluciones de los diferentes fabricantes eran incompatibles entre sí

Para hacer frente a esta problemática, la organización ISO propuso en los años 1970 el modelo OSI (Open Systems Interconnection), un modelo de referencia común, que estableciese una serie de reglas comunes que facilitasen la compartimentación de las tareas y estandarizasen las implementaciones, proporcionando conectividad entre sistemas independientemente de su tecnología subyacente. Así, el modelo OSI es una descripción abstracta de referencia para describir la comunicación entre sistemas. Para ello, divide las tareas de conexión en 7 niveles o capas, ordenados según el nivel de abstracción:

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Una capa es una colección de funciones conceptualmente similares que provee de servicios a la capa inmediatamente superior, mientras que a su vez utiliza los servicios de capas inferiores. La capa superior es la más cercana al usuario, mientras que la inferior es la más próxima al medio físico. Los servicios de cada capa son implementados por los diferentes protocolos. El modelo OSI cumple tres propiedades:   

La funcionalidad (protocolos) se agrupa en capas jerárquicas Cada capa se comunica únicamente con las inmediatamente superior e inferior Existe una simetría entre las capas de los diferentes sistemas

Si bien el modelo OSI nunca ha llegado a implementarse por completo, se ha establecido como referencia para comparar otros modelos como SNA o TCP/IP. La especificación OSI tiene dos componentes:  

El modelo de referencia: El modelo en sí, donde se establece el sistema de niveles, primitivas y protocolos, así como las funciones de cada nivel. Un conjunto de protocolos de referencia que implementan las funciones de cada capa. No obstante, el modelo no obliga a utilizar estos protocolos, y permite el uso de cualquier otro que respete las normas del modelo.

La unidad de información en OSI es la PDU (Protocol Data Unit), que representaría el paquete de datos a enviar durante una comunicación. Cada nivel tendría su propio formato de PDU en función de sus necesidades, y así el formato de PDU de una capa será el de la capa inmediatamente superior, con la información extra que pueda ser necesaria a ese nivel. En el extremo receptor, el proceso será inverso, y así se irá eliminando información según sube la PDU entre los niveles, hasta llegar al nivel superior. La comunicación entre capas se hace mediante un interfaz de operaciones llamadas primitivas. Cada capa dispone de sus primitivas, y el conjunto de primitivas que implementa una capa se conoce como SAP (Service Access Point).

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PROTOCOLOS Y ESTANDARES Un protocolo de comunicaciones es el conjunto de reglas normalizadas para la representación, señalización, autenticación y detección de errores necesario para enviar información a través de un canal de comunicación. Un ejemplo de un protocolo de comunicaciones simple adaptado a la comunicación por voz es el caso de un locutor de radio hablando a sus radioyentes. Los protocolos de comunicación para la comunicación digital por redes de computadoras tienen características destinadas a asegurar un intercambio de datos fiable a través de un canal de comunicación imperfecto. Los protocolos de comunicación siguen ciertas reglas para que el sistema funcione apropiadamente   

Sintaxis: se especifica como son y cómo se construyen. Semántica: que significa cada comando o respuesta del protocolo respecto a sus parámetros/datos. Procedimientos de uso de esos mensajes: es lo que hay que programa realmente (los errores, como tratarlos).

Los protocolos pueden ser: Directo. Los datos e información de control pasan directamente entre las entidades sin intervención de un agente activo. Indirecto. Las dos entidades no se pueden comunicar directamente sino a través de una red conmutada o de una interconexión de redes. Monolítico. El protocolo no está estructurado en capas. El paquete debe incluir toda la lógica del protocolo. Estructurado. El protocolo posee una estructura jerárquica, en capas. Entidades de nivel inferior ofrecen servicio a entidades de nivel superior. A todo el conjunto de hardware y software, se le denomina arquitectura. Simétrico. La comunicación se realiza entre unidades paritarias. Asimétrico. Las entidades que se conectan no son paritarias. Por ejemplo un proceso “cliente” y otro “servidor”, o para simplificar al máximo la lógica de una de las dos entidades, de forma que una asuma la operación (Por ejemplo en HDCL).

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Estándares. El protocolo es extensivo a todas las fuentes y receptores de información No estándares. Protocolo particular. Se utiliza para situaciones de comunicación muy específicas.

CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LOS DISPOSITIVOS Las características positivas de los medios de comunicación residen en que posibilitan que amplios contenidos de información lleguen a extendidos lugares del planeta en forma inmediata. Los medios de comunicación, de igual manera, hacen posible que muchas relaciones personales se mantengan unidas o, por lo menos, no desaparezcan por completo. Las características negativas recaen en la manipulación de la información y el uso de la misma para intereses propios de un grupo específico. En muchos casos, tiende a formar estereotipos, seguidos por muchas personas gracias al alcance que adquiere el mensaje en su difusión (como sucede al generalizar personas o grupos). EQUIPOS DE RED Servidores (server) es una computadora dedicada a servir, brindar o proporcionar información como respuesta a solicitudes externas. Estas solicitudes son destinadas a recursos que suelen ser compartidos por los usuarios en una red de computadoras. * Estaciones de trabajo (nodo o cliente) Nodo es la conexión de red, cliente es la pc o máquina que se use y estación de trabajo es la combinación de eso más los elementos externos como el usuario. * Recursos y periféricos compartidos. Entre los recursos compartidos se incluyen los dispositivos de almacenamiento ligados al servidor, las unidades de discos ópticos, las impresoras, los trazadores y el resto de equipos que puedan ser utilizados por cualquiera en la red. Un servidor de impresión ofrece la misma conectividad a una impresora que una tarjeta adaptadora de red ofrece a una computadora. MEDIOS DE COMUNICACIÓN Los medios de comunicación son los instrumentos mediante los cuales se informa y se comunica de forma masiva; son la manera como las personas, los miembros de una sociedad o de una comunidad se enteran de lo que sucede a su alrededor a nivel económico, político, social, etc. Los medios de comunicación son la representación física de la comunicación en nuestro mundo; es decir, son el canal

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mediante el cual la información se obtiene, se procesa y, finalmente, se expresa, se comunica. Tenemos por ejemplo: * Modem * Tarjeta de red Hay diversos tipos de adaptadores en función del tipo de cableado o arquitectura que se utilice en la red pero actualmente el más común es del tipo Ethernet utilizando una interfaz o conector RJ-45. Hubs (conectadores y concentradores). Son elementos o equipos electrónicos de una red muy básicos que permiten la interconexión de varias computadoras o recursos para formar una red. La variedad de tipos y características de estos equipos es muy grande.

Repetidores. Prolongan la longitud de la red uniendo dos segmentos y amplificando la señal. Pero junto con ella amplifican también el ruido. La red sigue siendo una sola, con lo cual sigue siendo válidas las limitaciones en cuanto al número de estaciones que pueden compartir el medio.

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Puentes (bridges). Son los equipos que unen dos redes similares, su funcionalidad es muy parecida a la de los hubs (conectadores).

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En caminadores (routers). Son quipos de interconexión de redes cuyo funcionamiento es más lento que los puentes pero su capacidad es mayor.

Puertas de enlace (Gateway). Son equipos o dispositivos que permiten interconectar redes con protocolos y arquitecturas diferentes a todos los niveles de comunicación. Su propósito es traducir la información del protocolo utilizado en una red al protocolo usado en la red de destino.

ESTANDARES DE INTERFACES En telecomunicaciones y hardware, una interfaz es el puerto (circuito físico) a través del que se envían o reciben señales desde un sistema o subsistemas hacia otros. No existe una interfaz universal, sino que existen diferentes estándares (Interfaz USB, interfaz SCSI, etc.) que establecen especificaciones técnicas concretas (características comunes), con lo que la interconexión sólo es posible utilizando la misma interfaz en origen y destino. Así también, una interfaz puede ser definida como un intérprete de condiciones externas al sistema, a través de transductores y otros dispositivos, que permite una comunicación con actores externos, como personas u otros sistemas, a través de un protocolo común a ambos. Una interfaz es una Conexión física y funcional entre dos aparatos o sistemas independientes. La interfaz de E/S es requerida cuando los dispositivos son ejecutados por el procesador. La interfaz debe ser necesariamente lógica para interpretar la dirección de los dispositivos generados por el procesador. El Handshaking deberá ser implementado por la interfaz usando los comandos adecuados (BUSY, READY, WAIT…), y el procesador puede comunicarse con el dispositivo de E/S a través de la interfaz. Si se intercambian diferentes formatos de datos, la interfaz debe ser capaz de convertir datos en serie a paralelo y viceversa. Los dispositivos de E/S se comunican por interrupciones con el procesador, si una interrupción es recibida, el procesador la atenderá con la rutina de interrupción correspondiente a dicha interrupción. Un ordenador que usa E/S mapeados en memoria por lectura y escritura accede al hardware a través de la posición de memoria específica, usando el mismo lenguaje ensamblador que el procesador usa para el acceso a memoria. Implementación de interfaces a alto nivel Los sistemas operativos y lenguajes de programación de alto nivel facilitan el uso separado de más conceptos y primitivas abstractas de E/S. Por Ejemplo: la mayoría de sistemas operativos proporcionan aplicaciones con el concepto de fichero. Los lenguajes de programación C y C++, y los sistemas operativos de la familia UNIX, tradicionalmente abstraen ficheros y dispositivos como streams, los cuales pueden ser leídos o escritos, o ambas cosas. La librería estándar de C proporciona funciones para la manipulación de streams para E/S. Aplicaciones De La Interfaz (Controlador de periférico) Actualmente se usan multitud de interfaces o controladores para las conexiones entre el procesador y los distintos periféricos (cada uno de estos últimos suele tener su propio controlador). En ocasiones se puede interconectar los periféricos con la memoria principal directamente sin pasar por el procesador para lo cual se utilizan dispositivos más avanzados como los DMA que son procesadores dedicados a dichas transferencias.

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MECANISMOS DE DETECCIÓN Y CORRECIÓN DE ERRORES Las redes de computadores deben ser capaces de transmitir datos de un dispositivo a otro con cierto nivel de precisión. Para muchas aplicaciones, el sistema debe garantizar que los datos recibidos son iguales a los trasmitidos. Sin embargo, siempre que una señal electromagnética fluye de un punto a otro, está sujeta a interferencias impredecibles debido al calor, el magnetismo y diversas formas de electricidad. Esta interferencia puede cambiar la forma o la temporización de la señal. Si la señal transporta datos binarios codificados, tales cambios pueden alterar su significado. Las aplicaciones requieren entonces un mecanismo que permita detectar y corregir los posibles errores ocurridos durante la transmisión. Algunas aplicaciones tienen cierta tolerancia de errores (ej. transmisión de audio/video), mientras que para otras aplicaciones se espera un alto nivel de precisión (ej. transmisión de archivos). En este documento se discuten algunos conceptos relacionados con la detección y corrección de errores en la transmisión de datos, así como algunas técnicas que llevan a cabo estas tareas. Tipos de Errores Antes de estudiar los mecanismos que permiten la detección y/o corrección de errores, es importante entender cuáles son esos posibles errores. Error de Bit Este término significa que únicamente un bit de una unidad de datos determinada (byte, carácter, paquete, etc.) cambia de 0 a 1 o de 1 a 0[1] [2]. Para comprender el impacto de este cambio, podemos imaginar que cada grupo de 8 bits es un carácter ASCII con un 0 añadido a la izquierda. Un error de bit podría alterar completamente el caracterASCII enviado (ej. ‘A’: ASC II 65) y en el receptor se obtendría un carácter completamente diferente (ej. ‘I’: ASCII 73). Los errores en un único bit son el tipo de error menos probable en la transmisión de datos en serie. Imagine que un emisor envía datos a1Mbps. Esto nos dice que cada bit dura única mente 1/1000000seg. Paraqué ocurra un error de bit, el ruido debe tener una duración de sólo1μseg, lo que es muy raro. Sin embargo, puede ocurrir un error de bit si se están enviando los datos usando transmisión paralela. Por ejemplo, si se usan 8 cables para enviar los 8 bits de un byte al mismo tiempo, y uno de los cables es ruidoso, se puede corromper un bit de cada byte.

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Error de Ráfaga Significa que dos o más bits de la unidad de datos han sido alterados. Es importante notar que los errores de ráfaga no implican que se afecten bits consecutivos. La longitud de la ráfaga se mide desde el primer hasta el último bit incorrecto. Algunos bits intermedios pueden no estar afectados

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