MODELOS OSI Y TCP/IP

CAPA 1

NIVEL FISICO

CAPA 1 NIVEL FISICO

• Está formado por todos los componentes de hardware involucrados en la comunicación, así como también las señales electromagnéticas u ópticas que circulan a través de ellos, las cuales pueden ser medidas utilizando distintos instrumentos (tester, osciloscopio, etc.).

• Entre esos componentes podemos mencionar placas adaptadoras, cables y conectores, hubs, switches, routers, modems, líneas de fibra óptica, antenas, etc.

• Las señales electromagnéticas pueden ser ondas eléctricas de distinta forma (senoidal, digital), ondas de radio, microondas, ondas luminosas, etc. Estas señales se modulan en amplitud o frecuencia para representar unos y ceros. Estas señales se manejan como niveles eléctricos, cuando el voltaje tiene un valor n la señal es 1 y si está a 0 volt la señal es 0.

• Sin embargo, el medio físico es totalmente ajeno a los datos que se transmiten a través de él, y sólo conecta físicamente dos puntos entre los cuales circula la señal, garantizando únicamente que ésta llegue a su destino.

CAPA 1 NIVEL FISICO Las funciones y servicios realizadas por la capa de nivel físico son: • Envío bit a bit entre nodos (Se denomina nodo a cada una de los dispositivos de la red) • Proporcionar un interfaz estandarizado para los medios de transmisión físicos, incluyendo:

a. Especificaciones mecánicas de los conectores eléctricos y cables, por ejemplo longitud máxima del cable.

b. Especificación eléctrica de la línea de transmisión, nivel de señal e impedancia c. Interfaz radio, incluyendo el espectro electromagnético, asignación de frecuencia y

especificación de la potencia de señal, ancho de banda analógico, etc. d. Especificaciones para IR (radiación infrarroja) sobre fibra óptica o una conexión de

comunicación inálambrica mediante IR e. Modulación f. Codificación de línea g. Sincronización de bits en comunicación serie síncrona h. Delimitación de inicio y final, y control de flujo en comunicación serie asíncrona i. Multiplexación de Conmutación de circuitos j. Detección de portadora y CSMA/CD| detección de colisión utilizada por algunos

protocolos de acceso múltiple del nivel 2 k. Ecualizador, filtrado, secuencias de prueba, forma de onda y otros procesados de

señales de las señales física.

CAPA 1 NIVEL FISICO Una red es un conjunto de medios para proporcionar servicios de telecomunicación entre cierto número de ubicaciones. Una ubicación (fija o móvil) es conocida como punto de terminación de red o simplemente "ptr". Así pues, se podría ver una red como algo abstracto que ofrece un determinado servicio en puntos de terminación de red.

Dentro de esta especie de 'nube' existen normalmente recursos de transmisión y recursos de conmutación. Los recursos de transmisión más utilizados son los de tipo punto a punto dedicados y la conmutación se produce en nodos.

Asociado a una red hay un operador, nombre que recibe quien gestiona u opera la red; es el encargado de reparar, extraer medidas, mantener la red, y a veces sacar un beneficio económico por la explotación de los servicios.

CAPA 1 NIVEL FISICO Parámetros de servicio

Cadencia Efectiva (Cef)

También denominado Throughput o Caudal. Es la cantidad de bps (bits por segundo) que se pueden introducir a la red en el punto de terminación de red (ptr), es decir, el ritmo al cual la red acepta información.

La definición sólo habla de lo que ocurre en un extremo de la red, y no de la cantidad de bits que van de un extremo a otro de la red en un segundo. Por tanto, es importante no confundir que la cadencia sea 9.600 bps con que 9.600 bits atraviesen la red en un segundo.

Además, es necesario señalar que la capacidad nominal del enlace (C) y la cadencia no son lo mismo. `C` es toda la capacidad que brinda el enlace y como hay recursos compartidos en la red (enlaces y nodos), ocurre que Cef<C.

Cef no es un valor determinista, puesto que depende del estado de la red, y por tanto es muy difícil de predecir.

CAPA 1 NIVEL FISICO Parámetros de servicio

El Retardo de tránsito (T)

Es el tiempo que transcurre desde que la red recoge un bit en el punto de terminación de red origen hasta que se recibe en el ptr destino. Este tiempo T siempre será mayor que el tiempo de propagación de la señal. En principio Cef y T son dos magnitudes independientes; una conexión puede ser ancha y corta (Cef alto y T bajo), o larga y estrecha (Cef bajo y T alto). Suele ocurrir que si T es alto fuerza a que Cef sea pequeño.

Al producto Cef*T se le llama Memoria de la red , y expresa el número de bits en tránsito, pues es la cantidad de información que ha salido del origen, pero no ha llegado a destino, luego está en la red.

Para saber si un bit ha llegado bien y no hay que retransmitirlo, es necesario esperar un tiempo 2*T (o bien T1+T2 si los trayectos son asimétricos), llamado Round Trip Delay (Retardo de ida y vuelta); luego en el origen se han de almacenar al menos Cef*2T bits para el caso en que se haya de retransmitir, y esto implica un uso de memoria muy grande si T y Cef son muy altos.

CAPA 1 NIVEL FISICO Parámetros de servicio

La tasa de fallos

Se caracteriza por medio de la Probabilidad de Error en bit (Pe), esto es, la probabilidad de que un bit no llegue correctamente a su destino. Los fallos pueden ser debidos a pérdidas, corrupción, duplicación y desórdenes en bits o paquetes. Muchos de éstos son debidos a que el software de comunicaciones no puede responder ante todas las situaciones posibles, pues suele trabajar sobre complejos sistemas distribuidos.

El uso de códigos reduce la tasa de fallos, pero no puede hacer nada si el sistema está indisponible, por ejemplo, si se caen los enlaces que conectan un nodo con el resto, dicho nodo está incomunicado.

CAPA 1 NIVEL FISICO Parámetros de servicio

La Disponibilidad del Servicio

Es determinada por el tanto por ciento del tiempo en que el servicio está funcionando (disponible). 100% es el límite ideal al que se debe intentar llegar.

La Cobertura

Corresponde al área de alcance del servicio que proporciona la red. Es, en otras palabras, una enumeración de los puntos de terminación de red, dónde es posible usar la red.

Un ejemplo de esto son los listines telefónicos que citan los puntos de terminación de red de la red telefónica básica, y por tanto implícitamente la cobertura de la red.

CAPA 1 NIVEL FISICO Protocolo y normas:

ETHERNET: Norma (IEEE 802.3) que determina la forma en que los puestos de la red envían y reciben datos sobre un medio físico compartido que se comporta como un bus lógico, independientemente de su configuración física. Originalmente fue diseñada para enviar datos a 10 Mbps, aunque posteriormente se ha ampliado para trabajar a 100 Mbps, 1 Gbps o 10 Gbps y se a futuro existirán en versiones de 40 Gbps y 100 Gbps. La norma tiene una descripción abreviada.

Por ejemplo: 10Base2, 100Base-T.

CAPA 1 NIVEL FISICO Protocolo y normas: 10Base2, 100BaseT

1. 10 O 100 Es un número que indica la cantidad de Megabits por segundo que se transmiten.

2. La palabra Base que significa que se transmite en banda base, es decir, la señal de datos (un impulso eléctrico o voltaje en el hilo de cobre o un destello de luz o impulso óptico en la fibra óptica) se transmite sin ninguna señal adicional, es decir, no se monta sobre una señal portadora. La banda ancha no se usa en Ethernet; en este caso la señal de datos se coloca sobre una señal portadora (esto se llama modulación de la portadora) y después se transmite.

3. Números (como 2) que hacen referencia a la máxima longitud de cable (200 metros en el ejemplo).

4. Una o más letras que indican el tipo de medio empleado en la transmisión (T= cable de par trenzado sin apantallar, Twisted pair”, F=cable de fibra óptica).

La norma, desde 1985, va experimentando ampliaciones conforme aumentan las velocidades sin perder la compatibilidad con la norma original, es decir, un paquete o trama Ethernet que llega a una antigua NIC a 10 Mbps., se puede colocar sin problemas en una fibra óptica a 10 Gbps. y terminar en una NIC a 100 Mbps. porque el cambio de velocidad no afecta a la tecnología Ethernet subyacente.

CAPA 1 NIVEL FISICO Protocolo y normas:

EIA RS-232, que define la utilización de los puertos serie de los ordenadores.

10BaseT : 10MBPs, banda base, UTP Cat. 5, 100 metros longitud max

10BaseFL: 10 MBPs, banda base, Fibra optica, 2 Km. longitud max.

10BaseTX: 100 Mbps, banda base, UTP Cat. 5, 100 metros

100BaseFX: 100Mbps,Banda base, fibra multimodo, 400 metros

CAPA 1 NIVEL FISICO CABLES Y CONECTORES

Los cables son el componente básico de todo sistema de cableado. Existen

diferentes tipos de cables. La elección de uno respecto a otro depende del ancho de

banda necesario, las distancias existentes y el coste del medio.

Cada tipo de cable tiene sus ventajas e inconvenientes; no existe un tipo ideal. Las

principales diferencias entre los distintos tipos de cables radican en la anchura de

banda permitida y consecuentemente en el rendimiento máximo de transmisión, su

grado de inmunidad frente a interferencias electromagnéticas y la relación entre la

amortiguación de la señal y la distancia recorrida. En la actualidad existen básicamente tres tipos de cables factibles de ser utilizados

para el cableado en el interior de edificios o entre edificios: Coaxial Par Trenzado Fibra Óptica

CAPA 1 NIVEL FISICO Ethernet: Es un estándar de redes de área local para computadores con acceso al medio por contienda CSMA/CD. ("Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Detección de Colisiones"), es una técnica usada en redes Ethernet para mejorar sus prestaciones. El nombre viene del concepto ether (Fluido sutil, invisible, imponderable y elástico). Ethernet define las características de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de tramas de datos del nivel de enlace de datos del modelo OSI. La Ethernet se tomó como base para la redacción del estándar internacional IEEE 802.3. Usualmente se toman Ethernet e IEEE 802.3 como sinónimos. Ambas se diferencian en uno de los campos de la trama de datos. Las tramas Ethernet e IEEE 802.3 pueden coexistir en la misma red. físico de

CABLES Y CONECTORES

COAXIAL: Este tipo de cable esta compuesto de un hilo conductor central de cobre rodeado por una malla de hilos de cobre. El espacio entre el hilo y la malla lo ocupa un conducto de plástico que separa los dos conductores y mantiene las propiedades eléctricas. Todo el cable está cubierto por un aislamiento de protección para reducir las emisiones eléctricas. El ejemplo más común de este tipo de cables es el coaxial de televisión. Originalmente fue el cable más utilizado en las redes locales debido a su alta capacidad y resistencia a las interferencias. Su mayor defecto es su grosor, el cual limita su utilización en pequeños conductos eléctricos y en ángulos muy agudos.

RG-58 RG-11 RG-11

CABLES Y CONECTORES COAXIAL

La velocidad de transmisión que podemos alcanzar con el cable coaxial llega solo hasta 10Mbps, vs. el par trenzado se consiguen 100Mbps.

Cada cable tiene su uso. Por ejemplo, los cables RG-8, RG-11 y RG-58 se usan para redes de datos con topología de Bus como Ethernet y ArcNet.

CABLES Y CONECTORES TIPOS DE CABLE COAXIAL THICK (grueso). Este cable se conoce normalmente como "cable amarillo", fue el cable coaxial utilizado en la mayoría de las redes. Su capacidad en términos de velocidad y distancia es grande, pero el coste del cableado es alto y su grosor no permite su utilización en canalizaciones con demasiados cables. Este cable es empleado en las redes de área local conformando con la norma 10 Base THIN (fino). Este cable se empezó a utilizar para reducir el coste de cableado de la redes. Su limitación está en la distancia máxima que puede alcanzar un tramo de red sin regeneración de la señal. Sin embargo el cable es mucho más barato y fino que el thick y, por lo tanto, solventa algunas de las desventajas del cable grueso. Este cable es empleado en las redes de área local conformando con la norma 10 Base 5. El cable coaxial en general solo se puede utilizar en conexiones Punto a Punto o dentro de los racks.

CABLES Y CONECTORES MODELOS DE CABLE COAXIAL Cable estándar Ethernet, de tipo especial conforme a las normas IEEE 802.3 10 BASE 5. Se denomina también cable coaxial "grueso", y tiene una impedancia de 50 Ohmios. El conector que utiliza es del tipo "N". Cable coaxial Ethernet delgado, denominado también RG 58, con una impedancia de 50 Ohmios. El conector utilizado es del tipo BNC. Cable coaxial del tipo RG 62, con una impedancia de 93 Ohmios. Es el cable estándar utilizado en la gama de equipos 3270 de IBM, y tambien en la red ARCNET. Usa un conector BNC. Cable coaxial del tipo RG 59, con una impedancia de 75 Ohmios. Este tipo de cable lo utiliza, en versión doble, la red WANGNET, y dispone de conectores DNC y TNC. Tambien están los llamados "TWINAXIAL" que en realidad son 2 hilos de cobre por un solo conducto.

CABLES Y CONECTORES

FIBRA OPTICA:

Este cable está constituido por uno o más hilos de fibra de vidrio, cada fibra de vidrio consta de:

Un núcleo central de fibra con un alto índice de refracción.

Una cubierta que rodea al núcleo, de material similar, con un índice de refracción ligeramente menor.

Una envoltura que aísla las fibras y evita que se produzcan interferencias entre fibras adyacentes, a la vez que proporciona protección al núcleo. Cada una de ellas está rodeada por un revestimiento y reforzada para proteger a la fibra.

CABLES Y CONECTORES FIBRA OPTICA: La luz producida por diodos o por láser, viaja a través del núcleo debido a la reflexión que se produce en la cubierta, y es convertida en señal eléctrica en el extremo receptor. La fibra óptica es un medio excelente para la transmisión de información debido a sus excelentes características: gran ancho de banda, baja atenuación de la señal, integridad, inmunidad a interferencias electromagnéticas, alta seguridad y larga duración. Su mayor desventaja es su coste de producción superior al resto de los tipos de cable, debido a necesitarse el empleo de vidrio de alta calidad y la fragilidad de su manejo en producción. La terminación de los cables de fibra óptica requiere un tratamiento especial que ocasiona un aumento de los costes de instalación.

CABLES Y CONECTORES FIBRA OPTICA:

Uno de los parámetros más característicos de las fibras es su relación entre los índices de refracción del núcleo y de la cubierta que depende también del radio del núcleo y que se denomina frecuencia fundamental o normalizada; también se conoce como apertura numérica y es adimensional.

Según el valor de este parámetro se pueden clasificar los cables de fibra óptica en dos clases:

Monomodo. Cuando el valor de la apertura numérica es inferior a 2,405, un único modo electromagnético viaja a través de la línea y por tanto ésta se denomina monomodo.

Sólo se propagan los rayos paralelos al eje de la fibra óptica, consiguiendo el rendimiento máximo, en concreto un ancho de banda de hasta 50 GHz. Este tipo de fibras necesitan el empleo de emisores láser para la inyección de la luz, lo que proporciona un gran ancho de banda y una baja atenuación con la distancia, por lo que son utilizadas en redes metropolitanas y redes de área extensa.

Pero, resultan más caras de producir y el equipamiento es más sofisticado.

Puede operar con velocidades de hasta los 622 Mbps y tiene un alcance de transmisión de hasta 100 Km.

CABLES Y CONECTORES

FIBRA OPTICA: Multimodo. Cuando el valor de la apertura numérica es superior a 2,405, se transmiten varios modos electromagnéticos por la fibra, denominándose por este motivo fibra multimodo. Las fibras multimodo son las más utilizadas en las redes locales por su bajo costo. Los diámetros más frecuentes 62,5/125 y 100/140 micras. Las distancias de transmisión de este tipo de fibras están alrededor de los 2,4 kms y se utilizan a diferentes velocidades: 10 Mbps, 16 Mbps, 100 Mbps y 155 Mbps.

CABLES Y CONECTORES FIBRA OPTICA: TIPOS DE MULTIMODO Con salto de índice. La fibra óptica está compuesta por dos estructuras que tienen índices de refracción distintos. La señal de longitud de onda no visible por el ojo humano se propaga por reflexión. Asi se consigue un ancho de banda de hasta 100 MHz. Con índice gradual. El índice de refracción aumenta proporcionalmente a la distancia radial respecto al eje de la fibra óptica, Es la fibra más utilizada y proporciona un ancho de banda de hasta 1 GHz.

CABLES Y CONECTORES FIBRA OPTICA:

Las características generales de la fibra óptica son:

Ancho de banda: La fibra óptica proporciona un ancho de banda significativamente mayor que los cables de pares (UTP / STP) y el Coaxial.

Aunque en la actualidad se están utilizando velocidades de 1,7 Gbps en la redes públicas, la utilización de frecuencias más altas (luz visible) permitirá alcanzar los 39 Gbps.

El ancho de banda de la fibra óptica permite transmitir datos, voz, vídeo, etc.Distancia: La baja atenuación de la señal óptica permite realizar tendidos de fibra óptica sin necesidad de repetidores.

Integridad de datos: En condiciones normales, una transmisión de datos por fibra óptica tiene una frecuencia de errores o BER (Bit Error Rate) menor de 10 E-11.

Esta característica permite que los protocolos de comunicaciones de alto nivel, no necesiten implantar procedimientos de corrección de errores por lo que se acelera la velocidad de transferencia.

CABLES Y CONECTORES FIBRA OPTICA: Las características generales de la fibra óptica : Duración: La fibra óptica es resistente a la corrosión y a las altas temperaturas. Gracias a la protección de la envoltura es capaz de soportar esfuerzos elevados de tensión en la instalación. Seguridad: Debido a que la fibra óptica no produce radiación electromagnética, es resistente a la acciones intrusivas de escucha. Para acceder a la señal que circula en la fibra es necesario partirla, con lo cual no hay transmisión durante este proceso, y puede por tanto detectarse. La fibra también es inmune a los efectos electromagnéticos externos, por lo que se puede utilizar en ambientes industriales sin necesidad de protección especial.