Módulo Ing.Telecomunicaciones
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____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 1 Fundamentos de Telecomunicaciones Capítulo 1: CONCEPTOS BÁSICOS 1 ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Conocer la historia y desarrollo de las comunicaciones Identificar las diferentes terminologías usadas en redes Distinguir los componentes en un proceso de comunicación Describir los diferentes tipo de redes existentes así como sus tecnologías ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 3 INTRODUCCIÓN El desarrollo en la industria de las telecomunicaciones ha sido de tal magnitud que actualmente es uno de las bases más importantes que soportan el desarrollo económico, cultural, y educativo. Avances tecnológicos como la fibra óptica y la digitalización de señales de voz y video han revolucionado la forma en que la información es procesada y enviada, creando superautopistas de información y redes computacionales mundiales que han eliminado las fronteras de tiempo y distancia para la transmisión de datos. Igualmente, debido a la convergencia de las comunicaciones y la computación ya no existen muchas diferencias en la comunicación de datos, voz, y video. Esto nos está llevando a una era de globalización de servicios donde nos es posible a través de un mismo dispositivo, como una computadora o asistente personal, obtener servicios de radio y televisión, hacer compras en línea, y tener comunicación instantánea con personas en distintas partes del mundo. 1. Historia de las Telecomunicaciones En la historia de la humanidad, desde el principio, la comunicación ha constituído el elemento vital para su desarrollo y evolución. Las dos ciencias que dan origen a la Teleinformática tienen su propia historia y evolución por separado hasta llegar a un punto en que sus caminos se unen para compartir técnicas y métodos de trabajo. Las telecomunicaciones comenzaron en 1830 conla utilización de telégrafo, que permitió diversos tipos de comunicaciones digitales utilizando códigos como el Morse inventado por Samuel Morse en 1820. Fue en 1839 cuando dos ingleses, W. F. Cooke y charles Wheatstone inventaron un modelo de telégrafo que utilizaba el principio del galvanómetro inventado por André Ampere, donde una aguja asociada a una bobina por la que puede circular corriente eléctrica en una dirección, en la otra o en ninguna, se encuentra en posición vertical o inclinada hacia uno de los lados derecho e izquierdo, impulsada por el campo magnético creado por el paso de la corriente. Este telégrafo de Cooke y Wheatstone poseía cinco agujas capaces de seleccionar por la inclinación de dos de ellas, una letra entre veinte, así como por el movimiento del telégrafo de cinco agujas en estado transmisor, y señalando la letra F. La primera comunicación que existió entre hombres fue a base de signos o gestos que expresaban intuitivamnete determinadas manifestaciones con sentido propio. Estos gestos iban acompañados de sonidos que complementaban los gestos.. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 4 Hasta hace muy poco tiempo, los sistemas informáticos eran islas que sólo podían comunicarse entre sí con gran dificultad. La historia de las redes de computadoras se remonta hacia 1957 cuando los Estados Unidos crearon la Advanced Research Projects Agency ARPA, organismo afiliado al Departamento de Defensa para impulsar el desarrollo tecnológico. Este organismo resultó fundamental en el desarrollo de las redes de computadoras y su producto más relevante: Internet. Anteriormente, al adquirir una computadora se adquiría un sistema de comunicaciones de red. Un ejemplo, los mainframes de IBM utilizaban System Network Architecture SNA. SNA es una arquitectura de red robusta y muy adecuada al entorno terminal-host de las computadoras mainframe. En los años setenta y ochenta, coexistían varias docenas de arquitecturas de red. Los equipos de las compañías de mainframes como IBM, Digital, Burroughs y Honeywell estaban aislados, ya que no podían comunicarse entre sí debido a que cada empresa aplicaba su propia arquitectura de red. En la época en que los fabricantes obtenían su beneficio en la venta de hardware, tendían a concebir los sistemas propios como un modo de vincular a sus clientes a una marca específica de computadoras y equipamiento de red. A finales de los ochenta, cuando el uso de las LAN (Local Area Network- Red de Área Local) era habitual, los fabricantes siguieron utilizando sus propios protocolos: por ejemplo, Novell utilizaba su protocolo IPX/SPX, Apple disponía de AppleTalk y Microsoft e IBM se centraron en NetBEUI. La tarea de comunicar un tipo de LAN con otro de la competencia podía resultar dantesca. Para que un PC pudiera entenderse con un mainframe, era preciso utilizar tecnologías que lo convirtieran en un terminal tonto integrable en la esfera de influencia del mainframe. Con frecuencia, la simple tarea de trasladar datos de un entorno a otro requería utilizar un disco intermedio o una cinta que pudiera llerse desde el sistema de destino. Resultaba prácticamente imposible que dos sistemas distintos compartieran archivos y datos de manera transparente. Al final de la década de los ochenta, el aislamiento de los sistemas informáticos empezaba a ser inaceptable. Las empresas empezaron a darse cuenta de que las LAN, consideradas secundarias en sus inicios, se utilizaban cada vez más para resolver necesidades vitales en sus organizaciones y no sólo documentos de texto y hojas de cálculo. Las LAN se estaban convirtiendo en depósitos de datos críticos a los que debían acceder los programas del mainframe. Si hubiera dependido de ellos, probablemente los fabricantes de computadores seguirían sin ponerse de acuerdo sobre el diseño de una arquitectura común de red. Afortunadamente para la comunidad de usuarios, un movimiento marginal ha conseguido lo que las empresas comerciales no han podido lograr. Gracias a una serie de acontecimientos, ha emergido una arquitectura que permite interconectar distintas redes y distintos tipos de computadoras. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 5 Un grupo de usuarios había estado haciendo durante mucho tiempo lo que otros deseaban hacer. Durante más de veinte años Internet ha sido el contexto en el que se han interconectado miles de computadoras a lo largo del mundo. TCP/IP es el lenguaje de Internet. En sus orígenes, el ARPA tenía como principal objetivo, situar a los Estados Unidos como el líder mundial en tecnología que fuera aplicable al entorno militar. Posteriormente a la creación del ARPA, y mientras este organismo se iba abriendo hueco, Leonard Kleinrock, un investigador del MIT Massachussets Institute of Technology, escribía el primer libro sobre tecnologías basadas en la trasmisión por un mismo cable de más de una comunicación. Estas técnicas se denominan tecnologías de conmutación de paquetes y constituyen la base para la transmisión de información entre computadoras. Un año más tarde a la publicación de Kleinrock, dos científicos del MIT, Licklider y Clarck, lanzaban la primera publicación Online Man Computer Communication; Comunicaciones Hombre-Computadora en línea. Donde se proponía la necesidad de una cooperación social a todos los niveles mediante el uso de redes de computadoras. Aunque su publicación no tiene un carácter marcadamente científico, sí se puede hablar de un primer enfoque visionario de cómo debían ser las comunicaciones en el futuro. Dos años después, en 1964, Paul Baran de la RAND Corporation, realiza la primera propuesta seria de utilizar redes basadas en conmutación de paquetes a través de su publicación On Distributed Communications Networks. En 1969, un año clave para las redes de computadoras pues se construye la primera red de computadoras de la historia. Esta red denominada ARPANET, estaba compuesta por cuatro nodos situados en UCLA, Universidad de California en los Angeles, SRI Standford Research Institute, UCSB Universidad de California en Santa Bárbara, y la Universidad de Atah. La primera comunicación entre dos computadoras se produce entre UCLA y Standford el 20 de Octubre de 1969. En ese mismo año, la Universidad de Michigan crearía una red basada en conmutación de paquetes, con un protocolo llamado X.25, denominada Merit Network. La misión de esta red era la de servir de guía de comunicación a los profesores y alumnos de dicha universidad. A partir de 1987 se han sucedido numerosos acontecimientos que han convertido a las redes de computadoras en general, y a Internet en particular, en una nueva revolución cultural y social que ha afectado a prácticamente todas las facetas de la vida cotidiana. Su impacto es hoy indiscutible y en los albores del siglo XXI, la sociedad de la información se presenta como la alternativa real a muchas pautas de comportamiento desarrolladas sobre el siglo XX que han tenido que redefinir su forma de ver y entender las cosas. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 6 2. El proceso Telemático En el caso de las comunicaciones digitales, es lógico que una máquina tan compleja como el computador se pueda estudiar desde múltiples puntos de vista. Por ejemplo, hardware y software, velocidad y desempeño, flexibilidad y potencia, etc. Debemos considerar un aspecto màs que le enriquece extraordinariamente: el computador considerado como unidad y el computador en cuanto entidad de relación con otros computadores. Este último concepto sitúa a este tipo de máquinas en un nivel de potencialidad realmente excepcional. Cuando nos comunicamos estamos compartiendo información. Esta compartición puede ser local o remota. Entre los individuos, las comunicaciones locales se producen habitualmente cara a cara, mientras que las comunicaciones remotas tienen lugar a través de la distancia. El término telecomunicación incluye telefonía, telegrafía y televisión y significa comunicación en la distancia. El término datos se refiere a hechos, conceptos e instrucciones presentados en cualquier formato acordado entre las partes que crean y utilizan dichos datos. Éstos se representan con unidades de información binaria o bits en forma de ceros y unos. La transmisión de datos es el intercambio de datos en forma de ceros y unos entre dos dispositivos a través de alguna forma de medio de transmisión. La transmisión de datos se considera local si los dispositivos de comunicación están en el mismo edificio o área geográfica restringida y se considera remota si los dispositivos están separados por una distancia considerable. Para que la transmisión de datos sea posible, los dispositivos de comunicación deben ser parte de un sistema de comunicación formado por hardware y software. La efectividad del sistema de comunicación de datos depende de tres características fundamentales: Entrega: El sistema debe entregar los datos con exactitud. Los datos deben ser recibidos por el dispositivo o usuario adecuado y solamente por ese dispositivo o usuario. Exactitud: El sistema debe entregar los datos con exactitud. Los datos que se alteran en la transmisión son incorrectos y no se pueden utilizar. Puntualidad: El sistema debe entregar los datos con puntualidad. Los datos entregados tarde son inútiles. En el caso del vídeo, el audio o la voz, la entrega puntual significa entregar los datos a medida que se producen, en el mismo orden en que se producen sin un retraso significativo. Este tipo de entregas se llama transmisión en tiempo real. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 7 3. Elementos de un sistema de comunicaciones. Existen cinco elementos básicos y necesarios para la comunicación: Emisor o Transmisor: es la fuente de los datos a transmitir. Medio o canal: posibilita la transmisión. Receptor: es el destinatario de la información. Mensaje: Constituído por los datos a transmitir. Protocolo: es el conjunto de reglas previamente establecidas que definen los procedimientos para que dos o más procesos intercambien información. Además, se dice que estas reglas definen la sintaxis, la semántica y la sincronización del protocolo. Enlace: es el vínculo que existe entre dos nodos, a través del cual fluye la información. Figura 1.1: Componentes básicos dela comunicación 4. Uso de las redes, ventajas y ejemplos. Hoy en día las compañías tienen una cantidad considerable de computadoras. Las compañías pueden tener computadoras separadas para supervisar la producción, controlar inventarios y procesar la nómina. La conexión de estas máquinas permite extraer y correlacionar la información acerca de toda la compañía. Los usos más frecuentes de las redes son: Compartición de recursos cosotos, con el fin de que todos los programas, el equipo y los datos estén disponibles para todos los que se conecten a la red, independientemente de la ubicación física del recurso y del usuario. Aplicaciones domésticas: se puede tener acceso a información remota, comunicación persona a persona, entretenimiento interactivo, comercio electrónico. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 8 El uso masificado de las redes ha presentado problemas sociales, éticos y políticos. Reduce y elimina la duplicidad de trabajos Reemplaza o complementa computadores de forma eficiente y con un costo reducido. Permite establecer enlaces con mainframes. De esta forma un computador de mayor capacidad actúa como un servidor haciendo que los recusos disponibles estén accesibles para cada uno de los computadores personales. Permite mejorar la seguridad y control de la información que se utiliza permitiendo la entrada de determinados usuarios, accediendo únicamente a cierta información o impidiendo la modificación de diversos datos. Posibilita compartir gran cantidad de información a través de distintos programas, bases de datos, de manera que sea más fácil su uso y actualización. Permite usar el correo electrónico para enviar o recibir mensajes de diferentes usuarios de la misma red e incluso de redes diferentes. 5. Tipos de redes Una red es un conjunto de dispositivos (a menudo denominados nodos) conectados por enlaces de un medio físico. Un nodo puede ser una computadora, una impresora o cualquier dispositivo capaz de enviar y/o recibir datos generados por otros nodos de la red. Los enlaces conectados con los dispositivos se denominan a menudo canales de comunicación. Procesamiento distribuido Las redes usan procesamiento distribuido en el aspecto en que una tarea está dividida entre múltiples computadoras. En lugar de usar una única máquina grande responsable de todos los aspectos de un proceso, cada computadora individual (habitualmente una computadora personal o una estación de trabajo) maneja un subconjunto de ellos. 6. Redes de Área Local LAN. Una red LAN, Local Area Network, red de área local es una red de propiedad privada que conecta enlaces de una única oficina, edificio o campus. Dependiendo de las necesidades de la organización donde se instale y del tipo de tecnología utilizada, una LAN puede ser tan sencilla como dos PC y una impresora situados en la oficina de la casa de alguien o se puede extender por toda una empresa e incluir servicios de voz, sonido y periféricos de video. Su cobertura esta limitada a unos pocos kilómetros. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 9 Las LAN están diseñadas para permitir la compartición de recursos costosos entre computadores personales o estaciones de trabajo. Dentro de estos recursos pueden incluirse: hardware, software o datos. Las LAN se distinguen de otro tipo de redes por su medio de transmisión y su topología. En general una LAN usará un único medio de transmisión. 7. Redes de Área Metropolitana MAN. Estas redes han sido diseñadas para que se pueda extender a lo largo de una ciudad entera. Puede ser una red única como una red de televisión por cable, o puede ser una forma de conectar un cierto número de LAN en una red mayor, de forma que los recursos puedan ser compartidos de LAN a LAN y de dispositivo a dispositivo. Una empresa puede usar una MAN para conectar las LAN de todas sus oficinas dispersas por la ciudad. Una MAN puede ser propiedad totalmente por una empresa privada que será su operadora, o puede ser un servicio proporcionado por una empresa de servicio público, como una empresa de telefonía local. 8. Redes de Área Extensa WAN. Una WAN proporciona un medio de transmisión a larga distancia de datos, voz, imágenes e información de video sobre grandes áreas geográficas que pueden extenderse a un país, un continente o incluso el mundo entero. En contraste con las LAN que dependen de su propio hardware para transmisión, las WAN pueden utilizar dispositivos de comunicación públicos, alquilados o privados, habitualmente en combinaciones, y además pueden extenderse a lo largo de un número de kilómetros ilimitado. Una WAN que es propiedad de una única empresa, que la única que la usa, se denomina habitualmente red de empresa. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 10 9. Redes Inalámbricas Una red local se denomina inalámbrica cuando losmedios de unión entre las estaciones no son cables. Actualmente existen cuatro técnicas para su utilización en redes inalámbricas: infrarrojos, radio en UHF, microondas y láser. INFRARROJOS Los infrarrojos son ondas electromagnéticas que se propagan en línea recta y que pueden ser interrumpidas por cuerpos opacos. Las redes inalámbricos por infrarrojos operan usando un rayo de luz infrarroja para transportar los datos entre dispositivos. Estos sistemas necesitan generar señales muy fuertes, debido a que las señales de transmisión dispersas son susceptibles a la luz desde fuentes como ventanas. No se ven afectados por interferencias externas y puede alcanzar hasta 200 metros entre el emisor y el receptor. No es necesaria la obtención de una licencia administrativa para su uso. RADIO UHF Una red basada en equipos de radio en UHF necesita para su instalación la obtención de una licencia administrativa. No se ve interrumpida por cuerpos opacos gracias a su cualidad de difracción. MICROONDAS Las microondas son ondas electromagnéticas cuyas frecuencias se encuentran dentro del espectro de las super altas frecuencias, utilizándose para las redes inalámbricas la banda de los 18-19 Ghz. LÁSER Esta tecnología para redes inalámbricas es útil para conexiones punto a punto con visibilidad directa y se utiliza, fundamentalmente, para interconectar segmentos distantes de redes locales convencionales (ETHERNET y TOKEN RING), llegando a cubrir distancias de hasta 1.000 metros. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 11 10. Topologías. Se denomina topología a la forma geométrica en que están distribuídas las estaciones de trabajo y los cables que las conectan. La topología de la red está compuesta por el diseño físico del cable y el camino lógico que siguen los paquetes de una red. Las estaciones de trabajo de una red se comunican entre sí mediante una conexión física, y el objeto de la topología es buscar la forma más económica y eficaz de conectarlas para, al mismo tiempo, facilitar la fiabilidad del sistema, evitar los tiempos de espera en la transmisión de los datos, permitir un mejor control del a red y permitir de forma eficiente el aumento de las estaciones de trabajo. Hay tres principales topologías: bus, estrella y anillo. Puede haber variaciones sobre la base de esas topologías, incluyendo la estrella bus y la estrella anillo. La topología de bus es la más simple y más comúnmente usada. Tiene una configuración lineal, con todas las computadoras conectadas a un mismo cable. En una red bus, la señal es enviada a todas las computadoras de la red. Para prevenir que la señal rebote, de acá para allá a lo largo del cable, un terminador es colocado al final del cable. Solo una computadora puede enviar datos al mismo tiempo. Por lo tanto, a mayor número de computadoras en una red bus, la transmisión de datos será más lenta. En una topología de estrella cada computadora está directamente conectada a un componente central llamado hub. Si el componente central falla, la red entera fallará. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 12 En la topología de anillo (Token Ring) se conectan las computadoras en un circulo lógico. La señal o token, pasa alrededor del anillo a través de cada computadora en dirección de las manecillas del reloj. Una computadora toma el token libre y envía datos a la red. La computadora que recibe, copia los datos y agrega una marca de que han sido recibidos. Finalmente, los datos continúan a lo largo del anillo hasta que regresan a la computadora que los envió, la cual quita los datos del anillo y libera un nuevo token. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 13 Las topologías más frecuentes de las LAN son el bus, el anillo y la estrella. Tradicionalmente una LAN tiene tasas de transmisión entre los 4 Mbps y los 16Mbps, sin embargo, actualmente las velocidades se han incrementado y pueden alcanzar los 100 Mbps e incluso velocidades de gigabits. Interconexión de redes. La interconexión de redes ("internetworking") es un conjunto de redes interconectadas que a simple vista puede parecer solo una red más grande, sin embargo, si cada una de estas redes retiene su identidad y se necesitan mecanismos especiales para la conmutación a través de múltiples redes, entonces a la configuración se le conoce como Internet y cada una de las redes constituyente como una subred. Estos son algunos de los términos interconexión de redes: que debemos conocer cuando hablamos de Red de comunicación: Sistema que facilita la transferencia de datos entre las estaciones conectadas a la red. Internet: Colección de redes de comunicación conectadas Subred: Red perteneciente a una Internet. Sistema final(ES): Dispositivo conectado a una subred que se utiliza para implementar aplicaciones de usuario final. Sistema intermedio(IS): Dispositivo utilizado para conectar dos subredes y permitir la comunicación entre sistemas finales. Puente: Es un sistema intermedio utilizado para conectar redes LAN que utilizan el mismo protocolo. Dispositivos de encaminamiento: Es un sistema intermedio utilizado para conectar dos redes que pueden o no ser similares. Para que una interconexión sea efectiva debe cumplir mínimo con ciertos requisitos: Proporcionar un enlace entre redes Proporcionar el enrutamiento y entrega de los datos Proporcionar un servicio que realice el seguimiento de las redes y los dispositivos de enrutamiento y mantenga ésta información ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 14 Proporcionar estos servicios pero sin necesitar la modificación de la arquitectura de cualquiera de las redes interconectadas. Además el sistema de interconexión debe adaptarse a las diferencias que hay entre cada una de las redes, y éste es una de los procesos más difíciles. Algunas de estas diferencias son: Esquemas de direccionamiento: las redes usan diferentes esquemas direccionamiento, por lo que se necesitará una conversión a un sistema de directorio. de Tamaño máximo de paquete: cada red tiene su propio tamaño máximo de paquete, por lo tanto es necesario romper un paquete en unidades más pequeñas (fragmentación o segmentación). Valores de los temporizadores: los procedimientos que determinan estos valores deben permitir una transmisión eficiente que evite retransmisiones innecesarias. Técnicas de enrutamiento: el sistema de interconexión debe coordinar las diferentes técnicas que tenga cada red. Recuperación de errores: pueden variar desde una conexión sin recuperación de errores hasta un servicio seguro de extremo a extremo. Mecanismos de acceso a la red: puede ser diferente para cada red. Servicios: las redes pueden prestar servicios orientados a conexión o no orientados a conexión. Control de acceso del usuario: cada red tiene su propio control y debe ser solicitado por el servicio de interconexión. Control de flujo: puede ser ventana corrediza, control de taza, o cualquier otro, en algunos caso ninguno. Calidad de servicio: una red puede solicitarla y otra simplemente no. ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos 15 EJERCICIOS_______ 1. Identifique los componentes de un sistema de comunicaciones 2. Investigue sobre el uso de las redes en los diferentes ambientes 3. Cuál es la función de los protocolos de comunicaciones? 4. De dos ejemplos de ventajas y desventajas del uso de los protocolos en las redes. 5. Realice un cuadro comparativo entre las redes LAN, MAN, WAN e Inalámbricas, identificando claramente las características y propiedades de cada una: ámbito geográfico, velocidad de transmisión, etc. 6. Enumere las características de los servicios que provee una LAN 7. Detalle esquemáticamente las distintas tecnologías con las que se puede construir una red WAN. 8. Realice un cuadro comparativo entre las diferentes topologías de red identificando claramente las características de cada una 9. Puede influir el número de usuarios en una red en el desempeño de la misma? Explique y amplie su respuesta ____________________________________________________________________ UNAD Ingeniería de Telecomunicaciones 10. 16 Unidad 1 Capítulo 1 Conceptos Básicos Las necesidades del comercio mundial motivaron la construcción de los canales de Suez y Canadá. Qué situaciones análogas pueden darse en las redes de comunicaciones? 11. Realice un cuadro comparativo sobre la evolución de las Telecomunicaciones 12. Realice un cuadro comparativo sobre la evolución de las Informática 13. Qué relación encuentra entre los numerales 9 y 10 anteriores? Gotitas de Sabiduría La felicidad no se le prometió al ser humano como regalo, Esencialmente es una conquista. (Sousa)