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Unidad IV

CAPA FISICA

Definicion

La capa física se encarga de la transmisión de bits a lo largo de un canal de comunicación. Su diseño debe asegurar que cuando un extremo envía un bit con valor 1, éste se reciba exactamente como un bit con ese valor en el otro extremo, y no como un bit de valor 0. La capa física es un conjunto de reglas respecto al hardware que se emplea para transmitir datos, entre los aspectos que se cubren en este nivel están los voltajes utilizados, la sincronización de la transmisión y las reglas para establecer el saludo inicial de la conexión de comunicación. La capa física establece si los bits se enviarán en semidúplex (muy similar a la forma en que se envían los datos en una banda civil) o dúplex integral (el cual requiere emisión y recepción simultáneos de datos). También comprende a los conectores e interfases aceptables para los medios: En esta capa, el modelo OSI se ocupa de los bits (ceros y unos) y de las consideraciones eléctricas. En realidad los bits no tienen significado alguno en este nivel. La asignación de significado es responsabilidad de la siguiente capa del modelo OSI. Se puede considerar que el diseño de la capa física cae dentro del dominio del ingeniero eléctrico.


BASES TEORICAS PARA LA COMUNICACION DE DATOS.

La información puede transmitirse por medio de cables, este proceso tiene lugar cuando se varían algunas de sus propiedades físicas como un voltaje o corriente; al representar el valor de este voltaje o corriente únicamente como una función del tiempo f(t), puede entonces modelarse el comportamiento de la señal y analizarse en forma matemática. Enseguida se muestran diferentes formas de comunicar información.


MEDIOS DE TRANSMISIÓN

El propósito de la capa física consiste en transportar el flujo original de bits de una maquina a otra. Normalmente, se utilizan varios medios físicos para realizar una transmisión.


MEDIO MAGNETICO

Una de las formas más comunes para el transporte de datos, de un ordenador a otro, consiste en escribir dicha información sobre una cinta magnética o en disco flexible, y transportar físicamente la cinta o los discos hasta la maquina destino, para que después ésta pueda leer la información. Este método , aunque no tan sofisticado como aquellos en los que se utilizan satélites de comunicación geosíncronos, es bastante efectivo en costo, en especial en los casos en los que se necesitan anchos de banda grandes o en donde el costo por bit transportado representa un factor clave.


PAR TRENZADO

Es el cable de par trenzado exactamente eso, dos hilos de cobre aislados y trenzados entre si, en general de 1 mm de espesor y en la mayoría de los casos cubiertos de una malla protectora. El trenzado reduce las interferencias eléctricas (cableado telefónico). Cada cable esta expuesto a la misma cantidad de ruido proveniente del exterior. El ruido se incorpora a la señal útil que se esta transmitiendo, al estar en "par trenzado" se reduce sin eliminarse por completo.

Se utilizan preferentemente para la transmisión de frecuencias. El par trenzado es el medio de transmisión más antiguo, común y barato usado como medio de interconexión. La aplicación mas común del par trenzado es el sistema telefónico, casi todos los teléfonos están conectados a la oficina de la compañía telefónica a través de un cable par trenzado. La distancia que se puede recorrer con estos cables es de varios kilómetros, sin necesidad de amplificar las señales, pero es necesario incluir repetidores para distancias más largas.

Los pares trenzados se pueden utilizar tanto para transmisión analógica como digital, y su ancho de banda depende del calibre del alambre y de la distancia que recorre; en muchos casos pueden obtenerse transmisiones de varios megabits/s, en distancias de pocos kilómetros. Debido a su adecuado comportamiento y bajo costo, los pares trenzados se utilizan ampliamente y es probable que su presencia permanezca por muchos años.

Es muy conveniente en redes de área local para un numero limitado de usuarios y velocidades de transmisión del orden del megabyte por segundo. Su costo es bajo y proporciona gran facilidad de instalación.

Los alambres tienen un número de calibre (American Wire Gauge) AWG, basado en su diámetro. Por ejemplo el alambre de calibre 26 tiene un diámetro de 0.01594 pulgadas. Los cables de par trenzado más comunes para redes son el calibre 22 y el 24.


CABLE COAXIAL BANDA BASE

Esta constituido por dos conductores uno interno o central por el que se trasladan las señales y otro exterior que lo rodea totalmente.

Muy utilizado en los sistemas de transmisión por señales de televisión por cable. También es muy usado en redes de área local.

El cable coaxial ( identificado con el termino "coax" ), es otro medio típico de transmisión. Hay dos tipos de cable coaxial que se utilizan con frecuencia, uno de ellos es el cable de 50 ohms, que se utiliza en la transmisión digital y el otro es el cable de 75 ohms, que se emplea en la transmisión analógica.

El cable coaxial consta de un alambre de cobre duro en su parte central, es decir, que constituye el núcleo, el cual se encuentra rodeado de un material aislante. Este material aislante esta rodeado por un conductor cilíndrico que frecuentemente se presenta con una malla de tejido trenzado. El conductor externo esta cubierto por una capa de plástico protector.

La construcción del cable coaxial produce una buena combinación de un gran ancho de banda y una excelente inmunidad al ruido. El ancho de banda que se puede obtener depende de la longitud del cable; para cables de 1 Km., por ejemplo, es factible obtener velocidades de datos de hasta 10 Mbps, y en cables de longitudes menores, es posible obtener velocidades superiores, hasta de 80 Mbps. Se pueden utilizar cables con mayor longitud, pero se obtienen velocidades más bajas. Los cables coaxiales se emplean ampliamente en redes de área local y para transmisiones de larga distancia del sistema telefónico.

Existen dos formas de conectar computadoras a un cable coaxial; la primera consiste en cortar con mucho cuidado el cable en dos partes e insertar una unión en T , que es un conector que reconecta el cable pero, al mismo tiempo, provee una tercera conexión hacia el computador. La segunda forma de conexión se obtiene utilizando un conector tipo vampiro, que es un orificio, con un diámetro y profundidad muy precisas, que se perfora en el cable y que termina en el núcleo del mismo. En este orificio se atornilla un conector especial que lleva a cabo la misma función de la unión en T, pero sin la necesidad de cortar el cable en dos.

Existe mucha discusión sobre las ventajas y desventajas de esta dos técnicas de conexión. El hecho de incluir una unión T implica realizar un corte en el cable, lo cual significa desconectar la red por algunos minutos. Para una red de gran producción, en la que constantemente se conectan nuevos usuarios, el hecho de parar el funcionamiento de la red, aun por unos cuantos minutos, puede ser un acto indeseable. Además, cuanto más conectores haya en el cable, existe una mayor probabilidad de que alguno de ellos tenga una mala conexión y ocasione problemas de cuando en cuando. Los conectores tipo vampiro no presentan este tipo de problemas, pero deben ser instalados con mucho cuidado. Si el orificio se hace demasiado profundo, puede llegar a romper el núcleo y producir dos partes sin conexión alguna. Si la profundidad del orificio no es lo suficiente, se pueden obtener errores intermitentes en la conexión. Los cables que se utilizan con la conexión tipo vampiro son más gruesos y de mayor costo que los utilizados con la unión en T.

Aunque algunas veces se utilizan señales binarias, en cables coaxiales, de forma directa (por ejemplo, 1 voltio par un bit de valor 1 y 0 voltio para un bit de valor 0), este método no ofrece al receptor un medio para determinar el momento en el que cada bit empieza y termina; por esta razón se prefiere utilizar una técnica denominada codificación Manchester, o una técnica relacionada llamada codificación diferencial Manchester. Con la codificación Manchester cada periodo de bit se divide en dos intervalos iguales. Un bit binario con valor 1 se envía con un voltaje alto durante el primer intervalo y bajo durante el segundo. Un bit binario de valor 0 es precisamente lo contrario: es decir, primero se obtiene un voltaje bajo y después uno alto. Con este esquema se asegura que todos los periodos de bits tengan una transición en la parte media, propiciando así un excelente sincronismo entre el receptor y transmisor. Una desventaja de la codificación Manchester es que requiere el doble de ancho de banda del necesario para una codificación binaria directa, dado que los pulsos tienen la mitad de ancho.

La codificación diferencial Manchester es una variación de la codificación Manchester básica, pues en ella, un bit con valor 1 se indica por la ausencia de transición al inicio del intervalo, y un bit con valor cero se indica por la presencia de una transición al inicio del intervalo. En ambos casos , existe una transición en la parte media. El esquema diferencial exige un equipo más sofisticado, pero ofrece una mayor inmunidad al ruido.


CABLE COAXIAL DE BANDA ANCHA

Los cables coaxiales de banda ancha emplean la transmisión analógica y tienen la capacidad de portar varias señales diferentes, transmitidas en frecuencias diferentes de manera simultanea. Es el cableado que se utiliza comúnmente para el envío de la señal de televisión por cable. Aunque el término "banda ancha" proviene del medio telefónico, en el cual se refiere a frecuencias superiores a los 4 kHz, el significado de este término en el medio de redes de computadoras se asocia a las redes de cables utilizadas para la transmisión analógica. Para transmitir señales digitales en una red analógica, cada interfase debe tener un dispositivo electrónico (Modem) que convierta en señal analógica el flujo de bits de envío, y otro para convertir la señal analógica que llega en flujo de bits. Dependiendo del tipo y precio de estos dispositivos electrónicos, puede mantener un ancho de banda para mantener velocidades de transmisión de datos de hasta 150 Mbps.

Normalmente los sistemas de banda ancha se dividen en varios canales, por ejemplo los canales de 6 MHz utilizados para la difusión de señales de televisión. Cada uno de los canales pude emplearse para señales analógicas de video, para audio de alta calidad o para un flujo digital de, por ejemplo, a 3 Mbps, en forma independiente de los otros canales. En el mismo cable se pueden combinar las señales de televisión y datos.

Una diferencia clave entre los sistemas de banda base y de banda ancha es que en estos últimos se necesitan amplificadores que refuercen la señal en forma periódica. Estos amplificadores sólo pueden transmitir las señales en una dirección. Para solucionar este problema se han desarrollado dos tipos de sistemas de banda ancha: el de cable dual y el de cable sencillo.

Los sistemas de cable dual tienen dos cables idénticos de tal forma que todos los computadores transmiten por el cable 1 y reciben por el cable 2. El otro esquema asigna diferentes bandas de frecuencia para las comunicaciones que salen y llegan sobre un cable sencillo.

Se ha discutido mucho acerca de la elección entre los sistemas de banda base y los sistemas de banda ancha. La instalación del sistema de banda base es muy simple y económica y utiliza interfases baratas. Ofrece un solo canal digital con una velocidad de transmisión de datos de aproximadamente 10 Mbps, sobre una distancia de 1 Km. Para la mayoría de las aplicaciones de comunicación de datos, los sistemas de banda base resultan muy adecuados.

Por otra parte, los de banda ancha necesitan ingenieros muy experimentados en radio frecuencia para planear la distribución adecuada del cable y amplificadores. Así como para la instalación del sistema. También se requiere de la presencia de personal capacitado para mantener el sistema y para que periódicamente sintonicen los amplificadores. Las interfases del sistema de banda ancha son, por lo general, más costosas que lasa del sistema de banda base.

El sistema de banda ancha, sin embargo, ofrece varios canales, y puede transmitir datos, voz y señales de televisión, en el mismo cable, por varias decenas de kilómetros si así fuera necesario. Para la mayoría de las aplicaciones, el ancho de banda adicional de los sistemas de banda ancha no llega a justificar su complejidad y elevado costo, de tal manera que los sistemas de banda base son los de mayor uso.

Ejemplo: cable coaxial de 75 ohms que se usa en cablevisión.


FIBRAS OPTICAS

Los desarrollos recientes en el campo de la tecnología óptica han hecho posible la transmisión de la información mediante pulsos de luz. Un pulso de luz puede utilizarse para indicar un bit de valor 1; la ausencia de un pulso indicara la existencia de un bit de valor 0. la luz visible tiene una frecuencia de alrededor de 10**8 mhz, por lo que el ancho de banda de un sistema de transmisión óptica presenta un potencial enorme.

Un sistema de transmisión óptica tiene tres componentes: el medio de transmisión, la fuente de luz y el detector. El medio de transmisor es una fibra ultra delgada de vidrio o silicio fundido. La fuente de luz puede ser un LED ( Diodo Emisor de Luz ), o un diodo láser; cualquiera de los dos emite pulsos de luz cuando se le aplica una corriente eléctrica. El detector es un fotodiodo que genera un pulso eléctrico en el momento en el que recibe un rayo de luz. Al colocar un led o un diodo láser en el extremo de una fibra óptica, y un fotodiodo en el otro, se tiene una transmisión de datos unidireccional que acepta una señal eléctrica, la convierte y la transmite por medio de pulsos de luz y, después, reconvierte la salida en una señal eléctrica, en el extremo receptor.


VENTAJAS DE LAS FIBRAS OPTICAS:

Mayor velocidad de transmisión de datos.
Total inmunidad al ruido y a las interferencias electromagnéticas, lo que constituye Un medio especialmente útil en ambientes de alto ruido.
Envía datos a varios kilómetros de distancia sin perder su fuerza.
Cada fibra esta hecha de vidrio puro, estirado en fibras muy finas.
Se logran velocidades de transmisión desde 100 Mbps hasta 1 Giga bit por segundo (Gbps).

La fibra monomodal tiene una gran anchura de banda y requiere de un láser en lugar de un emisor de luz como fuente de señalización lo cual lo hace mas cara; la fibra multimodal tiene una anchura de banda menor, pero es mas fácil de manejarse; la fibra de multimodal de índice graduado es la mas cara pero ofrece la velocidad de transmisión más alta a distancia más grande.

Las fibras ópticas multimodales para cableado de redes vienen en grupo de 2 a 24 fibras, sin embargo lo común es de 2 a 4 fibras.

Cada fibra es unidireccional ya que la luz se transmite en una sola dirección.


TOPOLOGIA RED:

ESTRELLA
ANILLO
BUS
MALLA


TRANSMISION POR TRAYECTORIA OPTICA

Aunque muchos sistemas de comunicación de datos utilizan cables de cobre o fibras para realizar la transmisión, algunos simplemente emplean el aire como un medio para hacerlo. La transmisión de datos por medio de rayos infrarrojos, láser, microondas o radio, no necesita ningún medio físico, cada una de estas se adapta a la perfección a ciertas aplicaciones.

Una aplicación común en donde el recorrido de un cable o fibra resulta en general indeseable, es el caso del tendido de una Lan por varios edificios localizados en una escuela u oficina de un centro empresarial, o bien, en un complejo industrial. En el interior de cada edificio, la Lan puede utilizar cobre o fibra, pero para las conexiones que se hagan entre los edificios necesitarían hacerse excavaciones en las calles para construir una zanja adecuada en la que se pueda depositar el cable. Esto genera, en el mejor de los casos, un gasto bastante significativo. Si el trazado de dicha zanja debe cruzar una calle publica, este trabajo puede llegar a ser, incluso, ilegal en muchos lugares.

Por otra parte, el hecho de poner un transmisor y receptor láser o infrarrojo en el techo de cada edificio resulta muy económico, fácil de llevar a cabo y casi siempre estará permitida su realización. Este tipo de diseño nos conduce a una jerarquía de redes, en donde la red dorsal, que vendría a ser la red de láser o infrarrojo, esta localizada entre los edificios.


COMUNICACION POR SATELITES

La comunicación por satélites tiene algunas propiedades que la hacen atractiva en algunas aplicaciones. Este tipo de comunicación puede imaginarse como si un enorme repetidor de microondas estuviese localizado en el cielo. Esta constituido por uno o más dispositivos receptor-transmisor, cada uno de los cuales escucha una parte del espectro, amplificando la señal de entrada y, después, la retransmite a otra frecuencia, para evitar los efectos de interferencia con las señales de entrada. El flujo dirigido hacia abajo puede ser muy amplio y cubrir una parte significativa de la superficie de la tierra, o bien, puede ser estrecho y cubrir una área de cientos de kilómetros de diámetro.

Según la ley de kepler, el periodo orbital de un satélite varía de acuerdo con el radio de la orbita elevado a la potencia de 3/2. cerca de la superficie de la tierra, el periodo es aproximadamente de 90 minutos. Los satélites de comunicación ubicados a esta altura no son muy convenientes porque se encuentran a la vista de las estaciones terrestres durante un intervalo de tiempo demasiado corto.

Sin embargo, a una altura aproximada de 36000 kilómetros por encima del ecuador, el periodo de satélite es de 24h, por lo cual giraría a la misma velocidad con que lo hace la tierra. Con la tecnología actual, no es deseable tener satélites espaciados a una distancia menor de 4 grados, en un plano ecuatorial de 360 grados. El haz proveniente de la tierra, considerando separaciones menores entre satélites, iluminaría no solo a los que se desean, sino también a aquellos que lo rodean. Con un esparcimiento de 4 grados, solo se pueden tener 360/4=90 satélites de comunicación geosíncronos, situados en el cielo, al mismo tiempo.


TRANSMISION ANALOGICA

Durante los últimos 100 años, las transmisiones analógicas han dominado todo el campo de las comunicaciones; en particular, el sistema telefónico esta basado completamente en señales analógicas. A pesar de la reciente popularidad que han empezado a tener las transmisiones digitales, todavía pasaran varias décadas antes de que las transmisiones analógicas desaparezcan por completo. Por lo tanto, todavía es importante aprender algunos aspectos sobre los sistemas analógicos y sus limitaciones.


SISTEMA TELEFONICO

Cuando dos ordenadores que pertenecen a la misma compañía u organización se necesitan conectar y considerando que se encuentran muy cerca una de la otra, muchas veces resulta más sencillo unirlas directamente con un cable. Sin embargo, cuando las distancias son largas, o bien hay muchos ordenadores, o tuviesen que pasar por vías publicas, u otros derechos de vía públicos, el costo involucrado en el tendido de dichas líneas resulta prácticamente prohibitivo. Además, casi en cualquier país del mundo, viene a ser ilegal el tendido de líneas de transmisión privadas a través de propiedades publicas. Por lo tanto, los diseñadores de redes deberán basar sus proyectos en los servicios de telecomunicaciones existentes.

Estos servicios, en especial las redes publicas telefónicas conmutadas, se diseñaron hace muchos años y, con un objetivo en mente por completo diferente al actual: transmitir la voz humana en una forma mas o menos reconocible. Su adaptabilidad para utilizarse en una comunicación de ordenador a ordenador es en general marginal, en el mejor de los casos; pero debido a que difícilmente hay otra alternativa, resulta conveniente dedicarles atención y conocer los obstáculos que pueden presentar, en un momento dado. Hay 300 millones de teléfonos en el mundo, y desde cada uno de ellos es posible hacer una llamada telefónica a cualquiera de los restantes. Potencialmente por lo tanto, él número de conexiones distintas que se pueden realizar es de 4.5 x 10 a la 16.la manera más directa de desarrollar una red telefónica seria sencillamente considerar el tendido de 300 millones de cables de cobre hacia todas las casas, llegando cada uno a un teléfono diferente.


TRANSMISION DIGITAL

La transmisión digital es superior a la analógica, desde varios puntos de vista importantes. Los circuitos analógicos tienen amplificadores que tratan de compensar la atenuación de la línea, pero jamás lo harán en forma exacta, en especial si la atenuación es diferente para distintas frecuencias. Dado que el error es acumulativo, las llamadas de larga distancia que tienen que pasar por varios amplificadores, son las que probablemente sufren una distorsión mayor. Los regeneradores digitales por lo contrario, pueden reestablecer la débil señal de entrada a su valor original en forma exacta, porque los únicos valores posibles son 0 y 1; estos regeneradores sufren de errores acumulativos.


MODULACION POR IMPULSOS MODIFICADOS

Cuando un abonado telefónico, que esta unido a una oficina terminal digital hace una llamada, la señal que sale de su bucle de abonado es una señal analógica normal que, después, se digitaliza en la oficina terminal por medio de un codec ( codificador-decodificador ), produciendo un numero de 7 u 8 bits. Un codec, en cierto sentido, es el inverso de un modem: este ultimo transforma un flujo digital de bits en una señal analógica modulada; en tanto que el codec transforma una señal analógica continua en un flujo digital de bits. El codec efectúa 8000 muestras por segundo (125 us/muestra), porque el teorema de Nyquist indica que este numero de muestras es suficiente para capturar toda la información de un ancho de banda de 4khz. a esta técnica se le llama pcm (modulación por impulsos codificados mic).


SISTEMAS DE CODIFICACION

Una vez que la señal de voz se ha digitalizado, resulta atractivo el tratar de utilizar técnicas estadísticas para reducir el numero de bits necesarios por canal; Estas técnicas no solo son apropiadas para codificar voz, sino también para digitalizar cualquier señal analógica. Todos los métodos de compactación están basados en el principio de que la señal sufre cambios relativamente lentos, comparada con la frecuencia de muestreo, así que mucha de la información al usar 7 u 8 bits es redundante.

Un método, que se conoce como modulación diferencial por impulsos codificados, consiste en dar salida, no a la amplitud digitalizada, sino a la diferencia del valor actual y el previo.


INTERFASE DIGITAL X.21

Desde 1969 el ccitt comprendió que los proveedores de servicios portadores proporcionarían de manera eventual líneas digitales (aunque no necesariamente a las velocidades de t1) a los locales del cliente. En 1976 el ccitt recomendó, para estimular la compatibilidad en su uso, una interfase de señalización digital llamada x.21. esta recomendación especifica la manera en que el ordenador del cliente, el dte (equipo terminal de datos), establece y libera las llamadas, mediante el intercambio de señales con el equipo del proveedor de servicios portadores, el dce.


TRANSMISION Y CONMUTACION

En las siguientes secciones se verán algunos de los temas relacionados con la transmisión de información, especialmente en forma digital.


MULTIPLEXION POR DIVISION DE FRECUENCIAS Y DIVISION EN EL TIEMPO.

Las economías de escala juegan un papel muy importante en el sistema telefónico; por ejemplo, cuesta exactamente lo mismo el instalar y mantener un cable con un ancho de banda muy grande que un hilo con un ancho de banda pequeño, entre dos oficinas de conmutación ( es decir, el costo proviene del hecho de cavar la zanja y no por el conducto de cobre). Por tal razón, las compañías de teléfonos han desarrollado programas muy elaborados para multiplexar varias conversaciones en un solo canal físico.

Estos programas de multiplexión pueden dividirse en dos categorías mutación de paquetes fijan un limite superior en el tamaño del bloque; permitiendo que los paquetes sean almacenados en la memoria principal del "imp" en lugar de hacerlo en disco. Teniendo la seguridad de que ningún usuario pueda monopolizar una línea de LA CAPA FÍSICA.


Una persona con un terminal.

Por ejemplo, el directorio telefónico es solo una pequeña muestra de la aplicación del videotex. Otras aplicaciones posibles al quedar instalado el sistema de videotex básico se podrían mencionar: las reservas en líneas aereas, hoteles teatros y restaurantes, así como la realización de operaciones bancarias y otras muchas aplicaciones.

El teletex: este es otro tipo de aplicaciones que puede ofrecerse mediante la isdn y que se espera que resulte muy popular, que esencialmente es una forma de correo electrónico para uso domestico y de negicios. Es mucho más económico enviar datos mediante el sistema telefónico que enviarlos mediante el sistema postal ( por resultar más económico enviar bits en forma electrónica desde New York hasta California que transportarlos en avión, camión u algún otro medio) por lo tanto tiene sentido desde el punto de vista económico transportar en cada teléfono en una estación de trabajo terminal teléfono, no solo para fines de uso en videotexto, sino también para redactar, editar, enviar, reducir, archivar e imprimir el correo electrónico con objeto de reducir la carga que actualmente recae sobre el sistema postal. El servicio teletex debe ser económico para que tenga una gran aceptación, así que esta diseñado para terminales sencillos dedicados a textos y gráficos básicos.

Facsimil: ( también llamado fax ) mediante el cual se registra y se digitaliza una imagen electrónicamente. El flujo de bits resultante se transmite al lugar destino para ser dibujado en una hoja de papel ( en realidad una máquina fotocopiadora), con la ventana de entrada y la bandeja de salida en ciudades diferentes. Como en el caso de teletex aquí es necesario archivar, editar, expedir y difundir imágenes de facsimil.

El facsimil no se limita al copiado de documentos en papel si no que generalmente es útil para transmisión de imágenes de cualquier tipo.

El facsimil es otro de los servicios que necesita un gran ancho de banda aun cuando existe cierto tipo de servicios potenciales que solo necesitan un ancho de banda reducido lo que normalmente se conocen como servidores de telemetría o alarma.

Evolución de la ISDN

La isdn no se implantara de la noche ala mañana. La inversión en el sistema telefónico actual es tan grande que la isdn ira ajustándose a un periodo varias décadas y por lo tanto tendrá que coexistir con el sistema analógico actual durante muchos años. Estas necesidades han tenido una influencia muy notable sobre la forma que finalmente tomara la isdn, así como la manera en que el sistema actual evolucione.

Originalmente, el sistema telefónico de voz analógica ( la red telefónica pública conmutada en el lenguaje de la telefonía), enviara su información de control en el mismo canal de 4khz utilizado para la voz. El mismo sistema utilizaba los tonos puros, a diferentes frecuencias, para la señalización. este esquema conocido como:

Señalización de banda significaba en teoría que los usuarios podían interferir con el sistema de señalización interno.

Algunos usuarios con conocimientos sofisticados podían manipular el sistema para evitar el pago. Durante mucho tiempo la única manera con la cual una operadora de teléfono publico podía reconocer que se habían depositado monedas, era escuchando las campanadas que se hacían al caer en la caja del teléfono. Fichas de metal, trozos de hielo del tamaño de piezas de 25 centavos y cintas grabadas utilizadas por muchos jóvenes fueron una molestia, pero otros fraudes en los recibos comerciales fueron muy serios.

Para eliminar estos y otros problemas causados por la señalización en banda, en 1976, la compañía at&t construyo e instalo una red de comunicación de paquetes, separada de la red publica principal de comunicación. Esta red denominada señalización ínter oficina por canal común (ccis) operaba a 2.4kbps y diseño para mover, fuera de la banda, el trafico de señalización. El manejo de estas conexiones analógicas se hacían en una red de conmutación de paquetes separada, a la que no tenían acceso los usuarios.

La ccis llego a tener un gran éxito y muy pronto se uso en muchas otras aplicaciones en la actualidad, las cuatro mayores utilizaciones son:

Establecimiento de la llamada, encaminamiento y terminación.
Acceso a la base de datos interna.
Apoyo y operaciones de redes.
Contabilidad y facturación.

Estos hechos significan que la isdn, desde su creación, se diseño para que fuera compatible con las limitaciones existentes en los bucles de abonados y de voz, la ccis y las redes de paquetes. El primer paso hacia el establecimiento de la isdn fue definir y normalizar la interfase del usuario a la isdn. El segundo paso consistió en iniciar lentamente la substitución de las oficinas terminales existentes por centrales de la isdn que soportan la interfase de la isdn. En ese momento aquellos usuarios conectados a una central dela isdn, pueden hacer uso de los servicios de la isdn para realizar llamadas a otros usuarios de la isdn, aun cuando estas llamadas utilicen los servicios de las redes existentes.


Arquitectura del sistema ISDN

La idea principal detrás de la isdn es la del bus digital de bits, que viene a ser un conducto conceptual entre el usuario y el proveedor de servicios portadores por el que fluyen los bits. Lo importante de aquí es que el flujo de bits fluye por el bus en ambas direcciones. El bus digital de bits soporta, generalmente varios canales independientes mediante la multiplexión por división en el tiempo de flujos de bits. El formato exacto del flujo de bits y su multiplexión es una parte de las especificaciones de la interfase cuidadosamente definida. Se han desarrollado dos normas principales para el bus de bits, una con un ancho de banda reducido para aplicaciones domesticas y otro con un ancho de banda mayor para negocios que soportan múltiples canales, idénticos al canal de uso domestico.

En la figura "a" puede observarse la configuración normal utilizada en hogares o negocios pequeños. El proveedor de servicios coloca un dispositivo terminal en la red nt1, en el local del cliente y lo conecta a la central isdn en la oficina del proveedor, localizado a varios Km. de distancia por medio de un par trenzado que previamente se utilizo para conectarlo al teléfono del cliente. La caja nt1 tiene un conector, sobre el que se puede insertar un bus pasivo.

Este cable puede soportar hasta 8 teléfonos isdn, así como terminales, alarmas y otros dispositivos de la misma manera en que se conectan a una Lan (red de àrea local). El limite de la red desde el punto de vista del usuario, es el conector que es situado en la caja nt1. En realidad la caja nt1 es mas que un tablero de conexión, ya que contiene la electrónica para la administración de redes, para la prueba en anillos de circuitos locales y remotos, y para el mantenimiento y vigilancia del rendimiento.

NTL: también contiene una lógica para la decisión de contienda, tal que si existen varios dispositivos tratando de acceder al mismo tiempo al bus, se pueda determinar quien pueda ser el ganador. En términos del modelo osi, nt1 viene a ser fundamentalmente un dispositivo de la capa física cuya función esta relacionada con la forma del enchufe y los voltajes utilizados para representar bits.

Para negocios muy grandes el modelo que se presenta en la figura "a" resulta inadecuado porque es bastante común tener mas conversaciones telefónicas, realizándose en forma simultanea, que las que el bus pueda manejar.


La PBX digital

La moderna pbx, a la que también se le conoce como pabx ( central privada automática, cpa ) o cbx ( central privada, cpc ), es un sistema de tercera generación. La pbx de la primera generación fueron secciones de tableros operados por personas. Para hacer una llamada, un empleado tomaba el teléfono que le daba una señalización al operador y este preguntaba: "por favor, ¿qué numero desea?". El operador, entonces, lo conectaba a la extensión deseada, o bien, a una línea externa, insertando los dos extremos de un cable corto utilizado como puente, en la pbx para establecer un circuito físico entre la persona que llama y el destinatario.

La segunda generación de pbx trabaja de la misma manera, excepto que empleaba redes electromecánicos, encargados de hacer la conexión en lugar del operador manual.

El corazón de la pbx es un circuito conmutador en el que se insertan los módulos. Cada módulo en tarjeta sirve de interfase con alguna clase de dispositivo y produce una salida como flujo de bits de la isdn. Un modulo para isdn no tiene mucho trabajo que hacer, pero un modulo para teléfono analógico deberá digitalizar la señal en el formato requerido por la isdn. Los módulos de la troncal se conectan a la central isdn.


LA INTERFASE ISDN

Ahora, vamos a trasladar nuestra atención de los aspectos de diseño de una pbx a los correspondientes de la interfase de una isdn. Recordemos que el objetivo de la isdn consiste presentar al usuario un conducto digital de bits, en los puntos de referencia t o s. pero, antes de analizar detalladamente este tipo de interfase, es conveniente hacer notar que el termino "interfase" tiene un significado diferente en el campo de aplicaciones de la isdn que el que tiene en la osi.

Las capas de la isdn, están estructuradas en una forma semejante a la que se tiene el modelo osi, aunque la correspondencia no es muy exacta y muchos de los protocolos de la isdn no están relacionados con los del modelo osi correspondientes a la misma capa. La capa física de la isdn, al igual que la correspondiente del modelo OSI, trata de los aspectos mecánicos, eléctricos funcionales y de procedimiento de la interfase. Para comenzar, la isdn utiliza un nuevo tipo de conector que no tiene ninguna relación con los conectores tipo "d" de 25, 37 y 9 pastillas, que comúnmente se emplean en la rs-232-c y rs-449. el conector de la isdn tiene 8 contactos, dos de los cuales se utilizan para transmitir y para la tierra de la transmisión; Dos mas se utilizan para recibir y para la tierra de recepción; y los cuatro restantes se utilizan como un medio de alimentación de energía, de nt1 o nt2 al terminal, o viceversa. Con el uso de este esquema de transmisión balanceada, el cable de la isdn, de la misma manera que la rs-422-a, puede tener hasta 1 Km de longitud, con una excelente inmunidad al ruido.

Como se menciono anteriormente, el conducto de bits de la isdn soporta a varios canales entrelazados mediante el uso de un proceso de multiplexión por división en el tiempo. Así como se muestran en la siguiente lista, se han podido normalizar varios tipos de canales:

Canal analógico telefónico de 4khz.
Canal digital pcm, para voz o para información de datos con velocidades de 64kbps.
Canal de 8 a 16 kbps.
Canal digital para señalización fuera de banda de 16 o 64 kbps.
Canal digital para señalización interna de la isdn de 64 kbps.
Canal digital de 384, 1536 o 1920 kbps.


SEÑALIZACION ISDN - SS #7

La isdn utiliza el concepto de señalización fuera de banda, que inicio at&t. La secuencia de bits tipo "d", cuatro por trama es considerada por la isdn como un canal digital independiente, con sus propios formatos de trama, mensajes, etc. todo el proceso de señalización es decir, el envío de paquetes de control, se lleva a cabo en canal "d".

Los 64kbps de cada uno de los canales tipo "b", pueden verse como datos exclusivos del usuario. La isdn no especifica el contenido de los canales "b". En otros términos para los canales "b", la isdn solo especifica la capa física.

El canal "d" el cliente lo utiliza para comunicarse con el mismo sistema de la isdn. Para hacer una llamada, por ejemplo, un dispositivo isdn envía un paquete a nt1 con un cierto formato. Tanto el formato como el contenido de los paquetes que intercambian el cliente y el proveedor de servicios portadores en el canal "d" se especifican en el sistema denominado ss#7 ( sistema de señalización número 7 ) del ccitt, cuyo desarrollo se llevo a cabo a fines de la década de 1970.

El protocolo principal de la capa 2 es el lapd, que es similar al protocolo x.25 de la capa 2 denominado lapb.

El protocolo lapd esta involucrado en la relimitación de las tramas, con la asignación de números secuenciales a cada una de ellas, con el calculo y verificación de los códigos de redundancia y en general con la conversión del flujo de bits que proporciona la capa 1, potencialmente propensa al error, en flujo de tramas fiable y ordenado secuencialmente que puede ser utilizado por la capa 3.

La capa 3 del sistema ss#7 se divide en dos subcapas; la capa inferior esta relacionada con el encaminamiento de las llamadas y mensajes a traves de la red de centrales telefónicas.

La administración por la buena administración del sistema se debe a que el ss#7, el sistema nervioso central del sistema telefónico mundial, que exige no tener un periodo mayor de 10 minutos de tiempo fuera de servicio por año en cualquier ruta.

Si un nodo se llega a congestionar, debe notificar de inmediato para que se le pueda asignar una nueva ruta al trafico afectado.

El trabajo de la capa superior consiste en añadir mas bits para el direccionamiento y para proporcionar una interfase a la parte del usuario más semejante a la capa de red del modelo osi. Ha sido diseñada con el objeto de soportar dos servicios sin conexión y tres servicios orientados a conexión con diferentes grados de fiabilidad.

La capa superior llamada parte del usuario era un gigantesco revoltijo estructural que contenía todo lo que estaba relacionado en forma directa con el control de la red.

Aun se siguen efectuando trabajos de limpieza relacionados con la parte del usuario, habiéndose definido varios protocolos de alto nivel.


PERSPECTIVA DE LA ISDN

La isdn viene a representar un intento que, en forma masiva, pretende sustituir el sistema telefónico analógico por uno de tipo digital adecuado tanto para comunicaciones de voz, como para las que no tienen esas características.

La isdn es atractiva porque existe un acuerdo mundial sobre la norma de la Interfase para la velocidad básica y solo hay dos variantes mínimas para la velocidad principal.

Esta normalización producirá una demanda muy fuerte de usuarios para el equipo isdn, la cual conducirá hacia una producción masiva de chips con la tecnología vlsi para la isdn, resultando estos muy baratos gracias a la tecnología de escala. Desafortunadamente el proceso de normalización lleva años y la tecnología en esta área se esta desarrollando con rapidez, de tal forma que una vez que las normas se llegan a aceptar estas podrían ser obsoletas.

La demanda más grande para uso domestico será, sin lugar a dudas para la t.v. desafortunadamente a la velocidad básica de la isdn le falta el ancho de banda necesario, en dos ordenes de magnitud, así que la demanda de redes de t.v. por cable seguirá creciendo. Uno de los servicios domésticos clave, pronosticados para la isdn consiste en el acceso a bd remotas.

Para el trafico de datos de área extendida, la isdn tiene una competencia muy importante en las redes privadas de satélite.

La isdn se enfrenta a problemas de tipo político, técnico y económico. El objetivo del ccitt es el de tener una sola red portadora integrada, que ofrezca varios servicios adicionales a los ya conocidos de transporte de voz y datos.

Desde un punto de vista mas general en un ambiente puramente competitivo compuesto de fabricantes de equipo, compañía telefónica locales, usuarios y proveedores de servicios portadores de larga distancia sin reglamentar no todos los participantes podrían considerar de su interés tener una sola red integrada. esta actitud podría frenar la aceptación de la isdn a nivel mundial.


GESTION DE TERMINAL

SONDEO

Si este tiene información para enviar, la envía al controlador, y si no envía un mensaje de sondeo, dirigido a su vecino más próximo en la misma línea, si esta terminal no tiene nada que transmitir, entonces envía un mensaje de sondeo a su vecino.

El sondeo se propaga de terminal a terminal, hasta que se encuentra a alguien que si quiere enviar información o bien hasta que el sondeo vuelva al controlador.


Multiplexión contra concentración

Los controladores de terminal se pueden dividir en dos clases:

Multiplexor: es un dispositivo que acepta entradas procedentes de un conjunto de líneas con una secuencia estática y predeterminada; y genera salida de datos en una sola línea de salida con la misma secuencia.

La línea de salida deberá tener la misma capacidad de la suma de las capacidades de las líneas de entrada.

Concentradores: se utiliza cuando el trafico de información se encuentra en realidad muy por debajo de su potencialidad; Se estará desperdiciando la mayoría de las ranuras de tiempo de la línea de salida.

Por lo tanto resulta posible utilizar una línea de salida que tenga una capacidad menor que la correspondiente a la de la suma de líneas de entrada.

El planteamiento común consiste en que solo se envíen, transmitan los datos reales y no los datos de relleno.

Una solución a este problema consiste en enviar dos caracteres de salida por cada caracter de entrada, es decir, indicando el numero de terminal o el dato.




©Uriarte Ramírez José Rodolfo

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