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Electrónica y Señales
Ing. Edwin R Lacayo Cruz
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Unidad Electrónica y Señales
Contenido
1. Electricidad
2. Milímetro digital
3. Señales y ruido en sistema de
comunicación
4. Codificación de las señales de
networking
Descripción general
La función de la capa física es transmitir
datos al definir las especificaciones
eléctricas entre el origen y el destino. Una
vez que llega a un edificio, la electricidad
se transporta a las estaciones de trabajo,
servidores y dispositivos de red a través
de cables ocultos en las paredes, pisos y
techos. Los datos, que pueden estar
formados por elementos tales como texto,
figuras, audio o vídeo, viajan a través de
los cables y se representan mediante la
presencia de pulsos eléctricos en cables
conductores de cobre o pulsos luminosos
en fibras ópticas.
En este capítulo, aprenderá la teoría
básica de la electricidad. Esto le
suministrará una base de conocimientos
que le servirá para comprender el proceso
de networking en la capa física del
modelo OSI. También aprenderá cómo se
transmiten los datos a través de los
medios físicos como, por ejemplo, cables
y conectores. Por último, aprenderá
cuáles son los distintos factores que
afectan la transmisión de datos como, por
ejemplo, el ruido de línea del suministro
de corriente alterna (CA).
1. Nociones de electricidad
1.1. Átomo de helio
Toda la materia del universo está
constituida por átomos. "La Tabla
periódica de elementos" , enumera
todos los tipos conocidos de átomos y sus
propiedades. Los nombres de las partes
del átomo son:
Núcleo:La parte central del átomo,
formada por protones y neutrones
Protones: Partículas con carga
positiva que, junto con los
neutrones, forman el núcleo
Neutrones: Partículas que no
tienen ninguna carga (neutros) y
que, junto con los protones,
forman el núcleo
Electrones: Partículas con carga
negativa y que giran alrededor del
núcleo
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Ing. Edwin R Lacayo Cruz
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Para ayudarlo a comprender las
propiedades eléctricas de los
elementos/materiales, busque "helio" en
la tabla periódica. El número atómico del
helio es 2, lo que significa que tiene 2
protones y 2 electrones. Su peso atómico
es 4. Si se le resta el número atómico (2)
al peso atómico (4), se advierte que el
helio también tiene 2 neutrones
Ejemplo: Número atómico del helio = 2
2 protones
+ 2 electrones
4 = peso atómico
- 2 = número atómico
2 = neutrones
El físico danés Niels Bohr, desarrolló un
modelo simplificado para ilustrar los
átomos. El gráfico muestra el modelo
correspondiente al átomo de helio
Observe la escala de las partes. Si los
protones y los neutrones de este átomo
tuvieran el tamaño de una pelota de
fútbol, en el medio de una cancha de
fútbol, la única cosa más pequeña que la
pelota serían los electrones. Los
electrones serían del tamaño de una
cereza, y estarían girando cerca de los
asientos ubicados en la parte más externa
del estadio. La única cosa de mayor
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tamaño sería el espacio dentro del átomo,
que tendría el tamaño de la cancha de
fútbol.
1.2 Creación de átomos estables
Una de las leyes de la naturaleza,
denominada Ley de la fuerza eléctrica de
Coulomb, especifica que las
cargasopuestas reaccionan entre sí con
una fuerza que hace que se atraigan. Las
cargas de igual polaridad reaccionan
entre sí con una fuerza que hace que se
repelan. La fuerza es un movimiento de
empuje o arrastre. En el caso de cargas
opuestas y de igual polaridad, la fuerza
aumenta a medida que las cargas se
aproximan.
Examine el modelo de Bohr del átomo de
helio. Si la ley de Coulomb es verdadera,
y si el modelo de Bohr describe los
átomos de helio como estables, entonces
deben intervenir otras leyes de la
naturaleza. ¿Cómo es posible que ambas
sean verdaderas?
1. Ley de Coulomb: Las fuerzas
opuestas se atraen.
2. Modelo de Bohr: Los protones
tienen cargas positivas y los
electrones tienen cargas negativas.
Pregunta 1: ¿Por qué los electrones no
caen hacia los protones?
1. Ley de Coulomb: Las cargas de
igual polaridad se repelen.
2. Modelo de Bohr: Los protones
tienen cargas positivas. Hay más
de 1 protón en el núcleo.
Pregunta 2: ¿Por qué los protones no se
alejan unos de otros?
Las respuestas a estas preguntas es que
hay otras leyes de la naturaleza que se
deben tener en cuenta. A continuación se
suministran las respuestas a las preguntas
anteriores.
Respuesta 1: Los electrones se
mantienen en órbita, aunque son atraídos
por los protones, debido a que tienen la
suficiente velocidad como para
mantenerse en órbita, al igual que la luna
en torno a la Tierra, y para impedir que el
núcleo los arrastre hacia él.
Respuesta 2: Los protones no se apartan
unos de otros porque existe una fuerza
nuclear que está relacionada con los
neutrones. La fuerza nuclear es una fuerza
increíblemente poderosa que actúa como
si fuera un pegamento que mantiene
unidos a los protones.
Los protones y los neutrones están unidos
por una fuerza muy poderosa; sin
embargo, los electrones están unidos a su
órbita alrededor del núcleo mediante una
fuerza más débil. Los electrones de
algunos átomos se pueden liberar del
átomo y ponerse en movimiento. Esto es
lo que se denomina electricidad: un "flujo
libre de electrones".
1.3 Electricidad estática
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Se denomina electricidad estática a los
electrones libres que permanecen en un
lugar, sin moverse y con una carga
negativa. Si estos electrones estáticos
tienen la oportunidad de saltar hacia un
conductor, esto puede provocar una
descarga electrostática (ESD). La
descarga electrostática, aunque por lo
general no daña a las personas, puede
provocar graves problemas en los equipos
electrónicos sensibles, a menos que se
trate de una forma adecuada.
Si camina sobre una alfombra, en una
habitación fresca y seca, es posible que
salir una pequeña chispa desde la punta
de sus dedos cuando toque algún objeto.
Esto hará que usted sienta una pequeña
descarga eléctrica. Usted sabe por propia
experiencia que una descarga
electrostática puede resultar incómoda,
pero es bastante inofensiva. Sin embargo,
si un computador sufre una ESD, el
resultado puede ser desastroso. Una
descarga electrostática puede dañar los
chips y/o los datos del computador de
forma aleatoria.
1.4 Corriente eléctrica, aisladora,
conductora y semiconductora
Se puede hacer referencia a los átomos, o
a los grupos de átomos denominados
moléculas, como materiales. Los
materiales pueden clasificarse en tres
grupos, según la facilidad con la que la
electricidad, o los electrones libres, fluyan
a través de ellos.
Aisladores eléctricos
Los aisladores eléctricos, o aisladores,
son materiales que permiten que los
electrones fluyan a través de ellos con
gran dificultad o no lo permiten en
absoluto. Entre los ejemplos aisladores
eléctricos se incluyen el plástico, el
vidrio, el aire, la madera seca, el papel, el
caucho y el gas helio. Estos materiales
poseen estructuras químicas sumamente
estables, en las que los electrones orbitan
muy unidos dentro de los átomos.
Conductores eléctricos
Los conductores eléctricos, o
conductores, son materiales que permiten
que los electrones fluyan a través de ellos
con gran facilidad. Pueden fluir con gran
facilidad debido a que los electrones
externos están unidos en forma muy
suelta al núcleo y se liberan fácilmente. A
temperatura ambiente, estos materiales
poseen una gran cantidad de electrones
libres que pueden suministrar conducción.
La aplicación de voltaje hace que los
electrones libres se desplacen, lo que hace
que la corriente circule.
La tabla periódica clasifica en categorías
a algunos grupos de átomos ordenándolos
en columnas. Los átomos de cada
columna pertenecen a una familia
química en particular. Aunque pueden
tener distintas cantidades de protones,
neutrones y electrones, sus electrones
externos tienen órbitas similares y se
comportan de forma similar, al interactuar
con otros átomos y moléculas. Los
mejores conductores son los metales
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como, por ejemplo, el cobre (Cu), la plata
(Ag) y el oro (Au). Todos estos metales
están ubicados en una misma columna de
la tabla periódica, y sus electrones se
liberan con facilidad, lo que los convierte
en excelentes materiales para transportar
corriente.
Entre los demás conductores se incluyen
la soldadura (una mezcla de plomo (Pb) y
estaño (Sn), y el agua que contiene iones.
Un ion es un átomo que tiene más
electrones, o menos electrones, que un
átomo neutro. El cuerpo humano está
formado por aproximadamente 70% de
agua que contiene iones, lo que significa
que el cuerpo humano también es un
conductor.
Semiconductores eléctricos
Los semiconductores son materiales en
los que la cantidad de electricidad que
conducen se pueden controlar de forma
precisa. Estos materiales se agrupan en
una misma columna de la tabla periódica.
Entre los ejemplos de estos materiales se
incluyen el carbono (C), el germanio (Ge)
y la aleación de arsenuro de galio(GaAs).
El semiconductor más importante, el que
permite fabricar los mejores circuitos
electrónicos microscópicos es el silicio
(Si).
El silicio es muy común y se puede
encontrar en la arena, el vidrio y varios
tipos de rocas. La región ubicada
alrededor de San José, California se
denomina Silicon Valley (Valle del
Silicio) porque la industria informática,
que depende de los microchips de silicio,
se inició en esta área.
Ya sea que los materiales se clasifiquen
como aisladores, conductores o
semiconductores, la base de todos los
dispositivos electrónicos es el
conocimiento de cómo controla cada uno
el flujo de electrones y la forma en que
trabajan de forma conjunta en diversas
combinaciones.
1.5 Términos de las mediciones
eléctricas
Estos son los términos que describen los
medios de networking.
Voltaje
El voltaje, a veces denominado fuerza
electromotriz, es una fuerza, o presión,
eléctrica que se produce cuando se
separan los electrones y los protones. La
fuerza que se crea realiza un empuje hacia
la carga opuesta y en dirección contraria
al de la carga del mismo signo. Este es el
proceso que se produce en una batería,
donde la acción química hace que los
electrones se liberen de la terminal
negativa de la batería y que se desplacen
hacia la terminal opuesta, o sea, la
terminal positiva. La separación de las
cargas da como resultado el voltaje El
voltaje también se puede crear por
fricción (electricidad estática), por
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magnetismo (generador eléctrico) o por
luz (célula solar).
El voltaje se representa a través de la letra
"V" y a veces a través de la letra "E", que
corresponde a fuerza electromotriz. La
unidad de medición del voltaje es el voltio
(v), y se define como la cantidad de
trabajo, por unidad de carga, que se
necesita para separar las cargas.
Corriente
La corriente eléctrica, o corriente, es el
flujo de cargas que se crea cuando los
electrones se desplazan. En los circuitos
eléctricos, la corriente se debe al flujo de
electrones libres. Cuando se aplica voltaje
(presión eléctrica), y existe una ruta para
la corriente, los electrones se desplazan a
lo largo de la ruta desde la terminal
negativa (que los repele) hacia la terminal
positiva (que los atrae).
La corriente se representa a través de la
letra "I". La unidad de medición de la
corriente es el amperio (amp), que se
define como la cantidad de cargas por
segundo que atraviesan un punto de la
ruta.
Resistencia
Los materiales a través de los cuales
circula la corriente presentan distintos
grados de oposición, o resistencia, al
movimiento de los electrones. Los
materiales que presentan muy poca, o
ninguna resistencia se denominan
conductores. Aquellos que no permiten
que la corriente circule, o que restringen
severamente la circulación, se denominan
aisladores El grado de resistencia
depende de la composición química de
los materiales.
La resistencia se representa por medio de
la letra "R". La unidad de medición de la
resistencia es el ohmio (W ). El símbolo
proviene de la letra mayúscula griega
"W", omega.
Corriente alterna (CA) Esta es una de las dos formas en que
circula la corriente. Las corrientes
alternas (CA) y los voltajes varían con el
tiempo, cambiando su polaridad o
dirección. La CA circula en una
dirección, luego invierte su dirección y
repite el proceso. El voltaje de CA es
positivo en una terminal y negativo en la
otra, luego invierte su polaridad, de modo
que la terminal positiva se transforma en
negativa, y la terminal negativa se
transforma en positiva. Este proceso se
repite de forma continua.
Corriente continua (CC)
Esta es la otra forma en que circula la
corriente. Las corrientes continuas (CC)
siempre circulan en la misma dirección, y
los voltajes de CC siempre tienen la
misma polaridad. Una terminal es
siempre positiva y la otra es siempre
negativa. Estas direcciones no se
modifican ni se invierten.
Impedancia
Impedancia es la oposición total a la
circulación de la corriente (debido a los
voltajes de CA y de CC). El término
resistencia se usa generalmente cuando se
hace referencia a los voltajes de CC.
Impedancia es el término general, y es la
medida de la forma en que se resiste o se
impideel flujo de electrones. La
impedancia se representa por medio de la
letra "Z". La unidad de medición, como
en el caso de la resistencia, es el ohmio
(W).
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Relación entre voltaje, corriente y
resistencia
Las corrientes sólo circulan en bucles
cerrados denominados circuitos Estos
circuitos deben estar compuestos por
materiales conductores y deben tener
fuentes de voltaje. El voltaje hace que la
corriente circule, mientras que la
resistencia y la impedancia se oponen a
ella. El conocimiento de estos hechos
permite controlar la circulación de la
corriente.
Tierra
El término conexión a tierra puede ser un
concepto difícil de entender totalmente ya
que se usa para distintos propósitos.
Conexión a tierra se puede referir
al lugar de la tierra que está en
contacto con su casa
(probablemente a través de las
tuberías de agua que están bajo
tierra), que eventualmente realizan
una conexión indirecta con los
tomacorrientes. Si usted utiliza un
aparato eléctrico que tiene un
enchufe macho con tres espigas, la
tercera espiga es la conexión a
tierra. Esta conexión a tierra les
proporciona a los electrones un
camino conductivo adicional para
que fluyan hacia la tierra, en lugar
de hacerlo a través de su cuerpo.
Conexión a tierra también puede
significar el punto de referencia, o
el nivel de 0 voltios, cuando se
realizan mediciones eléctricas. El
voltaje se crea mediante la
separación de las cargas, lo que
significa que las mediciones de
voltaje se deben realizar entre dos
puntos. El multímetro (que mide
el voltaje, la corriente y la
resistencia) posee dos cables con
ese fin. El cable negro se
denomina conexión a tierra o
conexión a tierra de referencia.
La terminal negativa de una
batería también se denomina 0
voltios o conexión a tierra de
referencia.
Nota: El multímetro es un equipo de
prueba que se utiliza para medir el
voltaje, la corriente, la resistencia y
posiblemente otras cantidades eléctricas y
para visualizar el valor de forma
numérica.
1.6 Analogía para voltaje, resistencia y
corriente
La analogía del sistema de suministro de
agua ayuda a explicar los conceptos de la
electricidad. Cuanta más alta está el agua,
y cuanto mayor es la presión, mayor será
el flujo de agua. La corriente de agua
depende del grado de apertura del grifo
(válvula). De igual manera, cuanto mayor
es el voltaje y cuanto mayor es la presión
eléctrica, más corriente se producirá. La
corriente eléctrica se encuentra entonces
con una resistencia que, al igual que el
grifo, reduce el flujo. Si se produce en un
circuito de CA, entonces la cantidad de
corriente dependerá de la cantidad de
impedancia (resistencia) presente. La
bomba de agua es como una batería.
Suministra presión para que el flujo
continúe en movimiento.
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1.7 Diagramación de los voltaje de AC
y DC
Un osciloscopio es un dispositivo
electrónico importante y sofisticado que
se utiliza para estudiar las señales
eléctricas. Dado que es posible controlar
la electricidad, se pueden crear patrones
eléctricos deliberados y precisos,
denominados señales. Un osciloscopio
expresa las ondas, los pulsos y los
patrones eléctricos en forma de gráfico.
Tiene un eje x que representa el tiempo y
un eje y que representa el voltaje.
Generalmente existen dos ejes y que
corresponden a los voltajes de modo que
se pueden observar y medir dos ondas al
mismo tiempo.
La electricidad llega al hogar, a la escuela
y a las oficinas a través de las líneas de
alimentación. Las líneas de alimentación
transportan electricidad en forma de
corriente alterna (CA). Otro tipo de
corriente, denominada corriente continua
(CC) se puede encontrar en las baterías de
linterna, en las baterías de los
automóviles y como alimentación para los
microchips de la motherboard de un
computador. Es importante comprender la
diferencia entre estos dos tipos de flujo de
corriente.
1.8 Construcción de un corriente
eléctrico serial simple
Los electrones sólo fluyen en circuitos
que son bucles completos o cerrados. El
diagrama del gráfico principal muestra un
circuito simple, típico de una linterna. El
proceso químico de la batería hace que las
cargas se separen, lo que suministra un
voltaje, o presión eléctrica, que permite
que los electrones fluyan a través de
diversos dispositivos. Las líneas
representan un conductor, por lo general,
un cable de cobre.
Se puede pensar en un switch o
interruptor como si fueran dos extremos
de un solo cable que se pueden abrir, o
romper, y luego cerrar (también
denominado fijo o cortocircuito) para
impedir o permitir que fluyan los
electrones. Por último, el bulbo
suministra resistencia al flujo de
electrones, lo que hace que liberen
energía, en forma de luz.. Los circuitos
que se utilizan en networking usan los
mismos conceptos que los de este circuito
simple, pero son mucho más complejos
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1.9 Propósito de la conexión a tierra del
equipo de networking
Para los sistemas eléctricos de CA y CC,
el flujo de electrones se produce siempre
desde una fuente cuya carga es negativa
hacia una fuente cuya carga es positiva.
Sin embargo, para que se produzca un
flujo controlado de electrones, es
necesario que haya un circuito completo.
Por lo general, una corriente eléctrica
sigue la ruta de menor resistencia. Debido
a que los metales como, por ejemplo, el
cobre, ofrecen poca resistencia, se utilizan
con frecuencia como conductores de la
corriente eléctrica. A la inversa, los
materiales como, por ejemplo, el vidrio,
el caucho y el plástico proporcionan
mayor resistencia. Por lo tanto, no son
buenos conductores de energía eléctrica.
De hecho, estos materiales se utilizan
frecuentemente como aisladores. Se usan
en conductores para evitar descargas,
incendios, y cortocircuitos.
Normalmente, la energía eléctrica se
envía a un transformador montado en un
poste. El transformador reduce las altas
tensiones que se usan en la transmisión a
los 120 V o 240 V que utilizan los
aparatos eléctricos comunes.
La figura muestra un objeto familiar, la
electricidad tal como se suministra a
través de los tomacorrientes en los
EE.UU. (otros países pueden tener
distintas configuraciones para los
tomacorrientes). Los dos conectores
superiores suministran energía eléctrica.
El conector redondo, que aparece en la
parte inferior, protege a las personas y a
los equipos de las descargas y los
cortocircuitos. Este conector se denomina
conexión a tierra de seguridad. En los
equipos eléctricos en los cuales se utiliza,
el conector a tierra de seguridad se
conecta con cualquier parte metálica
expuesta del equipo. Las motherboards y
los circuitos de los equipos de
computación están eléctricamente
conectados con el chasis. Este también los
conecta con el conector a tierra de
seguridad, que se utiliza para disipar la
electricidad estática.
El objeto de conectar la tierra de
seguridad con las partes metálicas
expuestas del equipamiento informático
es impedir que esas partes metálicas se
carguen con voltaje peligroso resultante
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de una falla del cableado dentro del
dispositivo.
Una conexión accidental entre el cable
electrificado y el chasis es un ejemplo de
una falla de cableado que se puede
producir en un dispositivo de red. Si
ocurriera una falla de este tipo, el
conductor a tierra de seguridad conectado
con el dispositivo serviría como una vía
de baja resistencia para la conexión a
tierra. El conductor a tierra de seguridad
ofrece una vía de resistencia menor que el
cuerpo humano.
Cuando está instalada correctamente, la
vía de baja resistencia provista por el
conductor a tierra de seguridad ofrece una
resistencia lo suficientemente baja, y una
capacidad suficiente de transmisión de
corriente, para impedir que se acumulen
voltajes peligrosamente altos.El circuito
se conecta directamente con la conexión
electrificada a la tierra.
Siempre que una corriente eléctrica
atraviesa esta vía hacia la tierra, hace que
se activen los dispositivos de protección
como, por ejemplo, los disyuntores y los
interruptores de circuito accionados por
corriente de pérdida a tierra (GFCI) Al
interrumpir el circuito, los disyuntores y
los GFCI detienen el flujo de electrones y
reducen el peligro de una descarga
eléctrica. Los disyuntores lo protegen a
usted y al cableado de su hogar, pero es
necesario tener mayor protección, a
menudo proporcionada por los supresores
de sobretensiones transitorias y los
sistemas de alimentación ininterrumpida
(UPS) para proteger a los equipamientos
de computación y de networking.
2. Conceptos básico sobre multímetro 2.1 Manejo y uso seguro del multimetro
En esta práctica de laboratorio, usted
aprenderá a usar un multímetro. El
multímetro puede ejecutar mediciones de
voltaje, resistencia y continuidad, que son
importantes en networking. Usted puede
aprender acerca del multímetro a partir de
dos fuentes distintas: el manual impreso
(papel) y la versión en línea del manual
(página Web del fabricante).
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2.2 Uso de un multimetro para realizar
mediciones de la resistencia
En esta práctica de laboratorio, usará un
multímetro para medir la resistencia y la
continuidad de los objetos. La unidad de
medición para ambos es el ohmio (W ).
Continuidad se refiere al nivel de
resistencia de una vía. Si una vía se
transforma intencionalmente en una vía
de baja resistencia, para ser usada por dos
dispositivos eléctricos conectados, la vía
tiene lo que se denomina continuidad. Si
una vía se transforma involuntariamente
en una vía de baja resistencia, entonces se
produce un cortocircuito.
Con cualquiera de estas mediciones, el
multímetro emite un sonido agudo cuando
detecta una vía de baja resistencia. Usted
realizará mediciones de lo siguiente:
cable CAT 5
cable CAT 5 terminado
cable coaxial terminado
cable telefónico
jacks CAT 5
switches
tomas de pared
2.3 Uso de un multímetro para realizar
voltaje
En esta práctica de laboratorio, usará el
multímetro para medir el voltaje. Hay dos
tipos de mediciones de voltaje. Para su
seguridad personal, y para proteger el
multímetro, es importante que entienda
cuál es la diferencia. Los dos tipos de
voltaje son de CC y de CA.
Voltaje de CC
El multímetro debe estar colocado en CC
cuando se miden voltajes de CC Esto
incluye lo siguiente:
Baterías
Salida de las fuentes de poder de
los computadores
Celdas solares
Generadores de CC
Voltaje de CA
El multímetro debe estar colocado en CA
cuando se miden voltajes de CA Si está
realizando una medición de un
tomacorriente de pared, debe suponer que
hay voltaje de línea. El voltaje de línea es
de 120 V de CA en los EE.UU. y de 220
V de CA en la mayoría de los demás
países. ¡El voltaje de línea puede
matarlo! Debe recordar que tiene que
tener mucho cuidado y colocar el
multímetro en la configuración
correcta.
2.4 Medición de circuitos seriales
simples
En esta práctica de laboratorio, creará un
circuito serial simple y realizará
mediciones sobre este circuito.
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2.5 Desarrollo de un sistema de
conmutación eléctrico simple
El diagrama muestra parte de los circuitos
que permiten que las NIC de Ethernet se
comuniquen entre sí. Esto debe darle una
idea de cómo debe resolver el reto que se
presenta en esta práctica de laboratorio:
diseñar, desarrollar y demostrar el
funcionamiento de un sistema de
comunicación eléctrico simple.
3. Concepto básico sobre señales y
ruido en sistemas de conmutación
3.1 Comparación de las señales
analógica y digital
El término "señal" se refiere a un voltaje
eléctrico, un patrón luminoso o una onda
electromagnética modulada que se desea
obtener. Todos ellos pueden transportar
datos de networking.
Uno de los tipos de señal es analógica.
Una señal analógica tiene las siguientes
características:
Es ondulante
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
El gráfico principal muestra una onda
sinusoidal pura. Las dos características
importantes de una onda sinusoidal son su
amplitud (A), su altura y profundidad, y el
período (T = longitud de tiempo)
necesario para completar 1 ciclo. Se
puede calcular la frecuencia (f) (nivel de
ondulación) de la onda con la fórmula f =
1/T.
Otro tipo de señal es la señal digital.
Una señal digital tiene las siguientes
características:
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Las curvas de voltaje vs tiempo
muestran una variación discreta o
pulsante
Es típica de la tecnología, más que
de la naturaleza
El gráfico muestra una señal digital de
networking. Las señales digitales tienen
una amplitud fija, aunque el ancho de sus
pulsos, T y frecuencia se pueden
modificar. Las señales digitales de las
fuentes modernas se pueden aproximar a
través de una onda rectangular, que tenga
transiciones aparentemente instantáneas
desde estados de voltaje muy bajos hasta
estados de voltaje muy altos, sin
ondulaciones. Aunque esta es una
aproximación, es bastante razonable, y se
utilizará en todos los diagramas futuros.
3.2 Uso de las señales digitales para
crear señales analógicas
Jean Baptiste Fourier es el responsable de
uno de los descubrimientos más
importantes en el campo de las
matemáticas. Probó que una suma
especial de ondas sinusoidales, de
frecuencias relacionadas armónicamente,
que son múltiplos de cierta frecuencia
básica, se pueden sumar para crear
cualquier patrón de onda. Esta es la forma
en que funcionan los dispositivos de
reconocimiento de voz y de detección de
los latidos cardíacos. 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. El gráfico muestra cómo se
puede crear la onda rectangular (señal
digital) usando ondas sinusoidales
(señales analógicas). Es importante tener
esto en cuenta al examinar lo que sucede
con un pulso digital mientras viaja a
través de los medios de networking.
3.3 Representación de un bit en un
medio físico
Las redes de datos cada vez dependen
más de los sistemas digitales (binarios, de
dos estados). El bloque básico de
información es el dígito binario 1,
denominado bit o pulso. Un bit, en un
medio eléctrico, es la señal eléctrica que
corresponde al 0 binario o al 1 binario.
Esto puede ser tan sencillo como 0 voltios
para el 0 binario y +5 voltios para el 1
binario, o una codificación más compleja.
La conexión a tierra de referencia de la
señal es un concepto importante que se
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relaciona con todos los medios de
networking que usan voltaje para
transportar mensajes.
Para poder funcionar correctamente, una
conexión a tierra de referencia de la
señal debe estar colocada cerca de los
circuitos digitales del computador. Los
ingenieros lo han logrado al diseñar
planos de conexión a tierra en las placas
de circuito. Los gabinetes de los
computadores se usan como punto de
conexión común para los planos de
conexión a tierra de las placas de circuito
para establecer la conexión a tierra de
referencia de la señal. La conexión a
tierra de referencia de la señal establece la
línea de 0 voltios en los gráficos de señal.
En el caso de las señales ópticas, el 0
binario se codifica como una intensidad
baja, o sin luz (oscuridad). El 1 binario se
codifica como una intensidad luminosa
alta (brillo) o como otros modelos más
complejos.
En el caso de las señales inalámbricas, el
0 binario podría ser una ráfaga breve de
ondas; el 1 binario podría ser una ráfaga
de ondas de mayor duración, u otro
modelo más complejo.
Usted examinará seis situaciones que
pueden ocurrir con 1 bit :
Propagación
Atenuación
Reflexión
Ruido
Problema de temporización
Colisiones
3.4 Propagación de señales en la red
Propagación significa desplazamiento.
Cuando una tarjeta NIC emite voltaje o
pulsos luminosos en un medio físico, ese
pulso rectangular, formado por ondas, se
desplaza, o se propaga, a través del
medio. Propagación significa que un
bloque de energía, que representa 1 bit, se
desplaza desde un lugar hacia otro. La
velocidad a la cual se propaga depende
del material que se usa en el medio, de la
geometría (estructura) del medio y de la
frecuencia de los pulsos. El tiempo que
tarda el bit en desplazarse desde un
extremo a otro del medio y nuevamente
en regresar se denomina tiempo de ida y
vuelta, (RTT). Suponiendo que no se
producen más demoras, el tiempo que
tarda el bit en desplazarse a través del
medio hacia el extremo más lejano es
RTT/2.
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El hecho de que el bit tarda poco tiempo
en desplazarse a través del medio
normalmente no produce problemas en la
red. Sin embargo, con las velocidades de
transmisión de datos de las redes actuales,
que están en constante crecimiento, a
veces se debe tener en cuenta la cantidad
de tiempo que tarda la señal en
desplazarse. Existen dos situaciones
extremas que se deben tener en cuenta. O
el bit tarda un tiempo igual a cero en
desplazarse, lo que significa que se
desplaza de forma instantánea; o tarda
una cantidad infinita de tiempo en
desplazarse. Según Einstein, cuya teoría
de la relatividad dice que ninguna
información puede desplazarse más
rápido que la velocidad de la luz en el
vacío, el primer caso es incorrecto. Esto
significa que el bit tarda al menos una
pequeña cantidad de tiempo en
desplazarse. El segundo caso también es
incorrecto, ya que con el equipamiento
adecuado, se puede medir el tiempo de
desplazamiento del pulso. La falta de
conocimiento del tiempo de propagación
representa un problema, ya que uno puede
suponer que el bit llega a un destino
demasiado rápido o demasiado tarde. Si
el tiempo de propagación es demasiado
largo, se debe evaluar nuevamente cómo
manejará esta demora el resto de la red. Si
la demora de propagación es demasiado
corta, es posible que se deba reducir la
velocidad de los bits o que se deban
guardar temporalmente (esto se denomina
buffering), para que el resto del
equipamiento de networking pueda
alcanzar al bit.
3.5 Atenuación de red
Atenuación es la pérdida de la fuerza de la
señal como, por ejemplo, cuando los
cables superan una longitud máxima. Esto
significa que una señal de voltaje de 1 bit
pierde amplitud a medida que la energía
pasa desde la señal hacia el cable. La
selección cuidadosa de los materiales,
(por ej., utilizando cobre en lugar de
carbono, y la geometría (la forma y el
posicionamiento de los cables) puede
disminuir la atenuación eléctrica, aunque
no se puede evitar que se produzca alguna
pérdida cuando hay resistencia eléctrica.
La atenuación también se produce en las
señales ópticas, ya que la fibra óptica
absorbe y dispersa parte de la energía
luminosa a medida que el pulso luminoso,
un bit, se desplaza a través de la fibra.
Esto se puede reducir considerablemente
al determinar la longitud de onda, o el
color, de la luz seleccionada. Esto
también se puede reducir dependiendo de
si usa fibra de monomodo o fibra
multimodo, y según el tipo de vidrio que
se utilice para la fibra. Inclusive con la
aplicación de estas opciones, la pérdida
de señal es inevitable.
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La atenuación también se produce con las
ondas de radio y las microondas, ya que
éstas son absorbidas y dispersadas por
moléculas específicas de la atmósfera. La
atenuación puede afectar a una red dado
que limita la longitud del cableado de la
red a través de la cual usted enviar un
mensaje. Si el cable es demasiado largo o
demasiado atenuante, un bit que se envía
desde el origen puede parecer un bit cero
para el momento en que llega al destino.
Este problema se puede solucionar a
través de los medios de networking
elegidos y seleccionando estructuras que
estén diseñadas para soportar bajas
cantidades de atenuación. Una de las
formas que existen para resolver el
problema es cambiar el medio. Otra de las
formas es utilizar un repetidor luego de
una distancia determinada. Existen
repetidores para bits eléctricos, ópticos e
inalámbricos.
3.6 Reflexión en la red
Para comprender la reflexión, imagínese
que tiene una soga para saltar extendida, y
que un amigo sostiene el otro extremo.
Ahora, imagínese que le envía a la otra
persona un "pulso" o un mensaje de 1 bit.
Si observa cuidadosamente, verá que una
pequeña onda (pulso) vuelve (se refleja)
hacia usted.
La reflexión se produce en las señales
eléctricas. Cuando los pulsos de voltaje, o
bits, tropiezan con una discontinuidad, se
pueden producir reflexiones de la
energía. Si no se controla
cuidadosamente, esta energía puede
interferir con bits posteriores. Recuerde,
aunque en este momento usted está
concentrado en sólo 1 bit a la vez, en las
redes reales usted deseará enviar millones
y miles de millones de bits por segundo,
lo que requiere tener en cuenta este pulso
de energía reflejado. Según el cableado y
las conexiones que utiliza la red, las
reflexiones pueden o no ser un problema.
La reflexión también se produce en el
caso de las señales ópticas. Las señales
ópticas reflejan si tropiezan con alguna
discontinuidad en el vidrio (medio), como
en el caso de un conector enchufado a un
dispositivo. Este efecto se puede apreciar
de noche, al mirar a través de una
ventana. Usted puede ver su reflejo en
una ventana aunque la ventana no es un
espejo. Parte de la luz que se refleja desde
su cuerpo se refleja en la ventana. Este
fenómeno también se produce en el caso
de las ondas de radio y las microondas, ya
que detectan distintas capas en la
atmósfera.
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Esto puede provocar problemas en la red.
Para un óptimo desempeño de la red, es
importante que los medios de la red
tengan una impedancia específica para
que concuerden con los componentes
eléctricos de las tarjetas NIC. A menos
que los medios de red tengan la
impedancia correcta, la señal
experimentará cierta reflexión y se creará
interferencia. Luego se pueden producir
múltiples pulsos reflejados. Ya sea que el
sistema sea eléctrico, óptico o
inalámbrico, la falta de acople en la
impedancia puede provocar reflexiones.
Si se refleja suficiente energía, el sistema
binario de dos estados se puede confundir
debido a toda la energía adicional que se
genera a su alrededor. Esto se puede
solucionar asegurándose de que la
impendencia de todos los componentes de
networking esté cuidadosamnete acopla.
3.7 Ruido
El ruido son adiciones no deseadas a las
señales de voltaje, ópticas o
electromagnéticas. Ninguna señal
eléctrica se produce sin ruido; sin
embargo, lo importante es mantener la
relación señal/ruido (S/N) lo más alta
posible. En otras palabras, cada bit recibe
señales adicionales no deseadas desde
varias fuentes. Demasiado ruido puede
corromper un bit, haciendo que un 1
binario se transforme en un 0 binario, o
un 0 en un 1, destruyendo el mensaje. La
figura muestra cinco fuentes de ruido
que pueden afectar a un bit del cable.
NEXT-A y NEXT-B
Cuando el ruido eléctrico del cable tiene
origen en señales de otros hilos del cable,
esto se denomina diafonía. NEXT
significa paradiafonía. Cuando dos hilos
están colocados uno muy cerca del otro y
no están trenzados, la energía de un hilo
puede trasladarse al hilo adyacente y
viceversa. Esto puede provocar ruido en
ambos extremos de un cable terminado.
Existen en realidad muchas formas de
diafonía que se deben tener en cuenta al
desarrollar redes.
NEXT se puede manejar a través de la
tecnología de terminación, el
cumplimiento estricto de los
procedimientos de terminación estándar,
y el uso de cables de par trenzado de
buena calidad.
Ruido térmico, El ruido térmico, debido
al movimiento aleatorio de electrones, no
se puede evitar pero por lo general es
relativamente insignificante en
comparación con las señales.
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Ruidos de la línea de alimentación de
CA/Conexión a tierra de referencia
Los ruidos de la línea de alimentación de
CA y de la conexión a tierra de referencia
son problemas cruciales en el networking.
El ruido de la línea de alimentación de
CA provoca problemas en el hogar, en las
escuelas y en las oficinas. La electricidad
se transporta a los aparatos y a las
máquinas a través de cables ocultos en las
paredes, los pisos y los techos. Como
consecuencia, dentro de estos edificios, el
ruido de la línea de alimentación de CA
se encuentra en todo el entorno. Si no es
tratado correctamente, el ruido de la línea
de alimentación puede representar un
gran problema para una red.
Lo ideal es que la conexión a tierra de
referencia de señal se encuentre
completamente aislada de la conexión a
tierra eléctrica. El aislamiento mantendría
la fuga de electricidad de CA y los picos
de voltaje fuera de la conexión a tierra de
referencia de señal. Pero el chasis de un
dispositivo informático sirve como la
conexión a tierra de referencia de señal y
como la conexión a tierra de la línea de
alimentación de CA. Dado que existe una
conexión entre la conexión a tierra de
referencia de señal y la conexión a tierra
eléctrica, los problemas con la conexión a
tierra eléctrica pueden producir
interferencia en el sistema de datos. Este
tipo de interferencia puede resultar difícil
de detectar y rastrear. Normalmente
parten del hecho de que los contratistas e
instaladores eléctricos no toman en
consideración la longitud de los cables
neutros y de conexión a tierra que llegan a
cada tomacorriente eléctrico.
Desafortunadamente, cuando estos cables
son largos, pueden actuar como una
antena para el ruido eléctrico. Es este
ruido el que interfiere con las señales
digitales (bits) que un computador debe
poder reconocer.
Usted verá que el ruido de la línea de
alimentación de CA que proviene de un
monitor de vídeo cercano o de una unidad
de disco duro puede ser suficiente para
provocar errores en un sistema
informático. Esto se hace interfiriendo
(cambiar la forma y el nivel de voltaje)
con las señales deseadas e impidiendo
que las compuertas lógicas de un
computador detecten los extremos
iniciales y finales de las ondas
rectangulares. Este problema se puede
complicar además cuando un computador
tiene una mala conexión a tierra.
EMI/RFI (Interferencia
electromagnética/interferencia de la
radiofrecuencia) Las fuentes externas de pulsos eléctricos
que pueden atacar la calidad de las
señales eléctricas del cable incluyen los
sistemas de iluminación, los motores
eléctricos y los sistemas de radio. Estos
tipos de interferencia se denominan
interferencia electromagnética (EMI) e
interferencia de la radiofrecuencia
(RFI).
Cada hilo dentro de un cable puede actuar
como una antena. Cuando esto sucede, el
hilo efectivamente absorbe las señales
eléctricas de los demás hilos y de las
fuentes eléctricas ubicadas fuera del
cable. Si el ruido eléctrico resultante
alcanza un nivel lo suficientemente alto,
puede tornarse difícil para las NIC
discriminar el ruido de la señal de
datos. Esto es un problema especialmente
porque la mayoría de las LAN utilizan
frecuencias en la región de frecuencia de
1-100 megahertz (MHz), que es donde las
señales de la radio FM, las señales de
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televisión y muchos otros aparatos tienen
también sus frecuencias operativas.
Para comprender de qué manera el ruido
eléctrico de cualquier origen causa un
impacto en las señales digitales,
imagínese que desea enviar datos,
representados por el número binario
1011001001101, a través de la red. Su
computador convierte el número binario
en una señal digital. La figura muestra
cómo es la señal digital que corresponde a
1011001001101.
La señal digital se desplaza a través de
los medios de networking hacia el
destino. El destino resulta estar cerca de
un tomacorriente eléctrico que es
alimentado por cables largos neutros y de
conexión a tierra. Estos cables actúan
como una antena para el ruido eléctrico.
La figura muestra cómo se ve el ruido
eléctrico.
Como el chasis del computador destino se
utiliza tanto para la conexión a tierra
como para la conexión a tierra de
referencia de señal, este ruido interfiere
con la señal digital que recibe el
computador. La figura muestra lo que
sucede con la señal cuando se combina
con este ruido eléctrico.
En lugar de leer la señal como
1011001001101, el computador lee la
señal como 1011000101101, lo que
provoca que los datos se tornen poco
confiables (dañados).
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A diferencia de los sistemas que utilizan
cable de cobre, los sistemas que utilizan
fibra óptica e inalámbrica experimentan
alguna de estas formas de ruido pero son
inmunes a otras. Por ejemplo, la fibra
óptica es inmune a NEXT y al ruido de la
línea de alimentación de CA/de la
conexión a tierra de referencia, y los
sistemas inalámbricos son
particularmente propensos a la
interferencia
electromagnética/interferencia de la
radiofrecuencia. Aquí, el enfoque se ha
centrado en el ruido de los sistemas de
cableado basados en cobre. El problema
de NEXT se puede solucionar a través de
la tecnología de terminación, del
cumplimiento estricto de los
procedimientos de terminación estándar y
del uso de cables de par trenzado de
buena calidad.
No hay nada que se pueda hacer con
respecto al ruido térmico, salvo
suministrar a las señales una amplitud lo
suficientemente grande como para que
esto no tenga importancia. Para evitar el
problema de la conexión a tierra de
referencia de señal/CA que se describe
anteriormente, es importante trabajar en
estrecha relación con el contratista
eléctrico y la compañía de electricidad.
Esto le permitirá obtener la mejor y más
corta conexión a tierra eléctrica. Una
forma de hacerlo es investigar los costos
de instalar un transformador único
dedicado a su área de instalación de LAN.
Si puede costear esta opción, puede
controlar la conexión de otros
dispositivos a su circuito de alimentación.
Restringiendo la forma y el lugar en que
se conectan los dispositivos tales como
motores o calentadores eléctricos con alto
consumo de corriente, usted puede
eliminar una gran parte del ruido eléctrico
generado por ellos.
Al trabajar con su contratista eléctrico,
debería solicitar la instalación para cada
área de oficina de paneles separados de
distribución de electricidad, también
conocidos como disyuntores. Dado que
los cables neutros y de conexión a tierra
de cada tomacorriente se juntan en el
disyuntor, al tomar esta medida
aumentarán las posibilidades de acortar la
longitud de la conexión a tierra de señal.
Si bien el instalar paneles individuales de
distribución de electricidad para cada
grupo de computadoras aumentará el
costo primario del cableado eléctrico, esto
reducirá la longitud de los cables de
conexión a tierra y limitará varios tipos de
ruido eléctrico que enmascaran las
señales.
Hay varias formas de limitar la EMI
(interferencia electromagnética) y la RFI
(interferencia de la radiofrecuencia). Una
forma consiste en aumentar el tamaño de
los cables conductores. Otra forma sería
mejorar el tipo de aislador empleado. Sin
embargo, estos métodos aumentan el
tamaño y el costo de los cables, sin
mejorar demasiado la calidad. Por lo tanto
es más común que los diseñadores de
redes especifiquen un cable de buena
calidad y que brinden especificaciones
para la longitud máxima recomendada
para los cables que conectan los nodos.
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Dos de las técnicas que los diseñadores de
cables han usado con éxito para manejar
la EMI y la RFI, son el blindaje y la
cancelación. En el caso de un cable que
utiliza blindaje, una malla o un papel
metálico recubre cada par de hilos o
grupo de pares de hilos. Este blindaje
actúa como barrera contra las señales de
interferencia. Sin embargo, al igual que el
uso de conductores de mayor tamaño, el
uso de revestimientos de malla o papel
metálico aumenta el diámetro del cable y
en consecuencia también aumentan los
costos. Por lo tanto, la cancelación es la
técnica más comúnmente empleada para
proteger los cables de las interferencias
indeseables.
Cuando la corriente eléctrica fluye a
través de un cable, crea un pequeño
campo magnético circular a su alrededor.
La dirección de estas líneas de fuerza
magnética se determina por la dirección
en la cual fluye la corriente a lo largo del
cable. Si dos cables forman parte del
mismo circuito eléctrico, los electrones
fluyen desde la fuente de voltaje negativo
hacia el destino a lo largo de un cable.
Luego los electrones fluyen desde el
destino hacia la fuente de voltaje positivo
a lo largo del otro cable. Cuando dos
cables de un circuito eléctrico se colocan
uno cerca del otro, los campos
magnéticos de un cable son el opuesto
exacto del otro. Así, los dos campos
magnéticos se cancelan entre sí. También
cancelarán cualquier otro campo
magnético externo. El hecho de trenzar
los cables puede mejorar el efecto de
cancelación. Si se usa la cancelación en
combinación con cables trenzados, los
diseñadores de cables pueden brindar un
método efectivo para proporcionar un
autoblindaje para los pares de hilos dentro
de los medios de la red
3.8 Dispersión, flutuación de fase y
latencia.
Aunque la dispersión, la fluctuación de
fase y la latencia en realidad son tres
cosas distintas que le pueden ocurrir a un
bit, se agrupan debido a que las tres
afectan lo mismo: la temporización del
bit. Dado que usted está tratando de
comprender cuáles son los problemas que
se pueden producir mientras millones y
miles de millones de bits se desplazan por
un medio en un segundo, la
temporización es muy importante.
Dispersión es cuando la señal se ensancha
con el tiempo. Esto se produce debido a
los tipos de medios involucrados. Si es
muy grave, un bit puede comenzar a
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interferir con el bit siguiente y
confundirlo con los bits que se encuentran
antes y después de él. Como usted desea
enviar miles de millones de bits por
segundo, debe tener cuidado para que las
señales no se dispersen. La dispersión se
puede solucionar a través del diseño de
cables adecuado, limitando las longitudes
de los cables y detectando cuál es la
impedancia adecuada. En el caso de la
fibra óptica, la dispersión se puede
controlar usando luz láser con una
longitud de onda muy específica. En el
caso de comunicaciones inalámbricas, la
dispersión se puede reducir al mínimo a
través de las frecuencias que se usan para
realizar la transmisión.
Todos los sistemas digitales están
cronometrados, lo que significa que los
pulsos de reloj son lo que controlan todo.
Los pulsos de reloj hacen que una CPU
calcule, los datos se guarden en la
memoria y la NIC envíe bits. Si el reloj
del host origen no está sincronizado con
el host destino, lo que es muy probable,
se producirá una fluctuación de fase de
temporización. Esto significa que los bits
llegarán un poco antes o más tarde de lo
esperado. La fluctuación de fase se puede
solucionar mediante una serie de
complicadas sincronizaciones de reloj,
incluyendo sincronizaciones de hardware
y software, o de protocolo.
La latencia, también denominada demora,
tiene dos causas principales. En primer
lugar, la teoría de la relatividad de
Einstein establece que, "ningún elemento
puede trasladarse de forma más veloz que
la velocidad de la luz en el vacío (3,0 x
108 metros/segundo)." Las señales
inalámbricas de networking se trasladan a
una velocidad levemente inferior a la de
la velocidad de la luz en el vacío. Las
señales de networking en medios de cobre
se trasladan a una velocidad de 1,9x10^8
m/s a 2,4x10^8 m/s. Las señales de
networking en la fibra óptica se trasladan
a aproximadamente 2,0x10^8 m/s. De
modo que para trasladarse a una
determinada distancia, el bit tarda al
menos una pequeña cantidad de tiempo
para llegar hasta su destino. En segundo
lugar, si el bit atraviesa cualquier
dispositivo, los transistores y los
dispositivos electrónicos provocan una
mayor latencia. La solución para el
problema de la latencia es el uso
cuidadoso de los dispositivos de
internetworking, distintas estrategias de
codificación y diversos protocolos de
capa.
Las redes modernas normalmente
funcionan a velocidades desde 1 Mbps-
155 Mbps y superiores. Muy pronto
funcionarán a 1 Gbps o mil millones de
bits por segundo. Si los bits se diseminan
por dispersión, los 1 se pueden confundir
con los 0 y los 0 con los 1. Si hay grupos
de bits que se enrutan de forma distinta y
no se presta atención a la temporización,
la fluctuación de fase puede provocar
errores cuando el computador que los
recibe trata de volver a unir los paquetes
en un mensaje. Si hay grupos de bits que
se demoran, los dispositivos de
networking y los otros computadores
destino pueden verse perdidos al recibir
miles de millones de bits por segundo.
2.9 Colisión
Una colisión se produce cuando dos bits
de dos computadores distintos que
intentan comunicarse se encuentran
simultáneamente en un medio
compartido. En el caso de medios de
cobre, se suman los voltajes de los dos
dígitos binarios y provocan un tercer
nivel de voltaje. Esto no está permitido en
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el sistema binario, que sólo entiende dos
niveles de voltaje. Los bits se
"destruyen".
Algunas tecnologías como, por ejemplo,
Ethernet, se encargan de un determinado
nivel de colisiones, administrando los
turnos para transmitir en el medio
compartido cuando se produce una
comunicación entre hosts. En algunos
casos, las colisiones son parte normal del
funcionamiento de una red. Sin embargo,
un exceso de colisiones puede hacer que
la red sea más lenta o pueden detenerla
por completo. Por lo tanto, una gran parte
del diseño de una red se refiere a la forma
de reducir al mínimo y localizar las
colisiones.
Hay muchas formas de abordar las
colisiones. Una de estas formas es
detectarlas y simplemente tener un
conjunto de normas para abordar el
problema cuando se produce, como en el
caso de Ethernet. Otra de las formas de
abordar el problema es impedir las
colisiones permitiendo que sólo un
computador de un entorno de medios
compartidos pueda transmitir a la vez.
Esto requiere que el computador tenga un
patrón de bits especial denominado token
para transmitir, como en el caso de token-
ring y FDDI.
3.10 Mensajes en términos de bit
Luego de que un bit llega a un medio, se
propaga y puede sufrir atenuación,
reflexión, ruido, dispersión o colisión. Sin
embargo, siempre se desea transmitir
mucho más que un bit. En realidad el
objetivo es transmitir miles de millones
de bits por segundo. Todos los efectos
descritos hasta el momento que pueden
ocurrir con un bit se aplican a las diversas
unidades de datos del protocolo (PDU)
del modelo OSI. Ocho bits equivalen a 1
byte. Múltiples bytes equivalen a una
trama. Las tramas contienen paquetes.
Los paquetes transportan el mensaje que
usted desea comunicar. Los profesionales
de networking a menudo hablan acerca de
tramas y paquetes atenuados, reflejados,
ruidosos, dispersos y con colisiones
4 Conceptos básicos sobre codificación
de las señales de networking
4.1 Ejemplo histórico de codificaciones
Siempre que usted desea enviar un
mensaje a larga distancia, hay dos
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problemas que debe solucionar: cómo
expresar el mensaje (codificación o
modulación); y cuál es el método que se
debe utilizar para transportar el mensaje
(portadora).
A través de la historia han existido
muchas maneras para resolver el
problema de la comunicación de larga
distancia: mensajeros a pie o a caballo,
telescopios ópticos, palomas mensajeras y
señales de humo. Cada método de envío
requería un tipo de codificación. Por
ejemplo, las señales de humo que
anunciaban que se había detectado un
buen lugar para cazar podían ser tres
bocanadas cortas de humo, los mensajes
transportados por las palomas mensajeras
que anunciaban que alguien había llegado
a destino sin problemas podían estar
representados por un dibujo de una cara
sonriente. En épocas más recientes, la
creación del código Morse revolucionó
las comunicaciones. Se usaron dos
símbolos, el punto y el guión, para
codificar el alfabeto. Por ejemplo, × × × -
- - × × × significa SOS, la señal universal
para pedir auxilio. Los teléfonos
modernos, el fax, la radio AM y FM, la
radio de onda corta y la televisión
codifican las señales electrónicamente,
usando normalmente la modulación de
distintas ondas de diferentes partes del
espectro electromagnético.
Codificación significa convertir los datos
binarios en una forma que se pueda
desplazar a través de un enlace de
comunicaciones físico; modulación
significa usar los datos binarios para
manipular una onda. Los computadores
usan tres tecnologías en particular, cada
una de las cuales tiene su contraparte en
la historia. Estas tecnologías son:
codificar mensajes como voltajes en
diversas formas de cable de cobre;
codificar mensajes como pulsos de luz
guiada a través de la fibra óptica y
codificar mensajes como ondas
electromagnéticas moduladas e irradiadas.
4.2 Modulación y codificación
Codificación significa convertir los 1 y
los 0 en algo real y físico, tal como:
Un pulso eléctrico en un cable
Un pulso luminoso en una fibra
óptica
Un pulso de ondas
electromagnéticas en el espacio.
Dos métodos para lograr esto son la
codificación NRZ y la codificación
Manchester.
NRZ, código sin retorno a cero, es la
codificación más sencilla. Se caracteriza
por una señal alta y una señal baja (a
menudo +5 o +3,3 V para 1 binario y 0 V
para 0 binario). En el caso de las fibras
ópticas, el 1 binario puede ser un LED o
una luz láser brillante, y el 0 binario
oscuro o sin luz. En el caso de las redes
inalámbricas, el 1 binario puede significar
que hay una onda portadora y el 0 binario
que no hay ninguna portadora.
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La codificación Manchester es más
compleja, pero es inmune al ruido y es
mejor para mantener la sincronización. En
el caso de la codificación Manchester, el
voltaje del cable de cobre, el brillo del
LED o de la luz láser en el caso de la
fibra óptica o la energía de una onda EM
en el caso de un sistema inalámbrico hace
que los bits se codifiquen como
transiciones. Observe que la codificación
Manchester da como resultado que los 0
se codifiquen como una transición de baja
a alta y que el 1 se codifique como una
transición de alta a baja. Dado que tanto
los 0 como los 1 dan como resultado una
transición en la señal, el reloj se puede
recuperar de forma eficaz en el receptor.
La modulación, que específicamente
significa tomar una onda y cambiarla, o
modularla, para que transporte
información, está relacionada
estrechamente con la codificación. Para
dar una idea de lo que es modulación,
examinaremos tres maneras de modificar,
de modular, una onda "portadora" para
codificar bits:
En AM (modulación de amplitud),
la amplitud o altura, de una onda
sinusoidal portadora se modifica
para transportar el mensaje.
En FM (modulación de
frecuencia), la frecuencia, u
ondulación, de la onda portadora
se modifica para transportar el
mensaje.
En PM (modulación de fase), la
fase, o los puntos de inicio o fin
de un ciclo determinado, de la
onda se modifica para transportar
el mensaje.
También existen otras formas de
modulación más complejas. La figura
muestra tres maneras a través de las
cuales se pueden codificar los datos
binarios en una onda portadora mediante
el proceso de modulación El 11 Binario
(Nota: ¡que se lee como uno uno, no
once!) se puede comunicar en una onda
ya sea por AM (onda encendida/onda
apagada), FM (la onda numerosas
oscilaciones para los unos, pocas para los
ceros), o PM (un tipo de cambio de fase
para los Os, otro tipo de cambio para los
1s).
Los mensajes se pueden codificar de
varias formas:
1. Como voltajes en el caso de
cobre; las codificaciones
Manchester y NRZI son populares
en el caso de las redes basadas en
cobre.
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2. Como luz guiada; las
codificaciones Manchester y
4B/5B son populares en el caso de
redes basadas en fibra óptica.
3. Como ondas EM irradiadas; una
amplia variedad de esquemas de
codificación (variaciones en AM,
FM y PM) se utilizan en el caso
de las redes inalámbricas.
Resumen
En este capítulo se explicó la teoría básica
de la electricidad y los factores que
afectan la transmisión de datos. Más
específicamente, usted aprendió que:
la electricidad se basa en la
capacidad de los electrones de
determinados tipos para separarse,
o fluir, desde los confines de estos
átomos
las cargas opuestas se atraen y las
cargas iguales se repelen. Dentro
de los circuitos eléctricos, la
electricidad fluye desde el polo
negativo hacia el positivo
los materiales se pueden clasificar
como aisladores, conductores o
semiconductores, según su
capacidad para permitir que los
electrones fluyan
los conceptos de voltaje, corriente,
resistencia e impedancia
suministran un medio para medir
la electricidad que se requiere para
poder diseñar y fabricar
dispositivos electrónicos
corriente alterna y corriente
directa son los dos tipos de
corriente. La CA se usa para
suministrar alimentación eléctrica
en los hogares, las escuelas y los
lugares de trabajo. La CC se
utiliza con los dispositivos
eléctricos que dependen de una
batería para poder funcionar
lasconexiones a tierra eléctricas
suministran una base a partir de la
cual se puede medir el voltaje.
También se utilizan como un
mecanismo de seguridad para
impedir que se reciban sacudidas
eléctricas peligrosas
todo el equipo electrónico está
compuesto por circuitos eléctricos
que regulan el flujo de electricidad
a través de los conmutadores
El próximo capítulo describe los distintos
tipos de medios de networking que se
utilizan en la capa física. Además,
describe de qué forma los dispositivos de
red, las especificaciones de los cables, las
topologías de red, las colisiones y los
dominios de colisión pueden ayudar a
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