Información y Comunicaciones

Conocimientos previos

onda senoidalEn primer lugar vamos a estudiar los parámetros basicos de una señal senoidal, muy utilizada en las ingenierías.

En la señal  de la izquierda, tenemos:

  • A como la amplitud de la señal, o el valor máximo que puede alcanzar a lo largo del tiempo.
  • T es el periodo , que es el tiempo que tarda una onda en desarrollarse.
  • La señal puede que no empiece desde cero, en cuyo caso se dice que está desfasada. A ese ángulo se le denomina desfase
  • Otro de los parámetros usados es la frecuencia de la señal, que es el número de ondas que se repiten en un segundo. Por ejemplo, si tenemos 10 ciclos en un segundo, tenemos 10 Hz, si tenemos 100 ciclos en un segundo, tenemos 100 Hz.
  • Existe una relación entre lo que dura la señal ( periodo ) y la frecuencia. Esta relación viene dada por

Antes de entrar en materia, es conveniente conocer cómo se pasan las unidades de una escala a otra. El sistema siempre es el mismo, o sea, vale para la frecuencia, distancia, peso, etc.

En el caso de la frecuencia de una señal y definida esta como el número de veces que una onda se repite por segundo, tenemos que la  unida es el Hz con los siguientes múltiplos y submúltiplo

  • Por encima  tenemos el Khz que son 1000 Kz  (  10 3  Hz )
  • El  mega hercios ( MHz )  corresponde a un millón de Hercios,  (10 6  Hz )
  • El  Giga hercios (GHZ ) es u billón de Hercios ( 10 9  Hz)
  • El  Tera hercios (THz)  es un trillón de Hercios  (10 12  Hz )

Para la frecuencia no se usan los submúltiplos, aunque se pueden definir de la misma forma que antes. Tenemos

  • Mil veces mas pequeños es el milihercios  mHZ = 10 -3  Hz
  • Un millón mas pequeño es el microhercios μHz = 10 -6  Hz
  • Si seguimos con el proceso tenemos el nanoHercios nHZ = 10 -9  Hz
  • El picohercios  ( pHz) es mil veces mas chico que el anterior, o sea, 10 -12 Hz

De esta forma, ya podemos hacer algunos cambios de uno a otro.

Actividad. Pasar a Hercios los siguientes valores

  1. 23 KHz
  2. 45,7 Hz
  3. 356 mHz

Pasar a milihercios los siguientes valores

  1. 467 Ghz
  2. 87,34 Khz
  3. 68000 pHz

Actividad Si tenemos una señal de 400 Kz y le sumamos una señal de 2,5 Mhz, que resultado tenemos. Expresarlo en forma exponencial.

Actividad. Calcular la frecuencia de una señal de cuyo periodo es 2 microsegundos y de otra de 45 milisegundos

1.2 Señales analógicas y digitales.

La diferencia entre una y la otra radica en la forma y en los valores posibles que cada una puede tomar a lo largo del tiempo. En el caso de la analógica  “señal natural * “, los valores que puede tomar son infinitos, mientras que la digital ( dos dígitos ) puede tomar sólo dos valores ( 0 y 1 ). para que ello sea posible, la transición ente un valor y otro tiene que ser lo más inmediata posible.

1º Actividad. En la página 6 del libro tenemos un ejemplo de ambas señales. Algo que objetar ?.

Diferencia entre señal analógica y digital ?

Codificación de analógico a Digital

  • Antes hablamos de señal natural  refiriéndonos a la señal analógica. Apelo a este calificativo porque es la representación de cada  variable física en la naturaleza.
  • Cuando los componentes electrónicos trabajan, factores como el calor, constitución, interferencias, etc, hacen que esos valores queden distorsionados y, por tanto, sería mejor que trabajasen de manera digital, ( dos valores ) de forma que para pasar de un valor a otro existe un gap importante ( pasa , por ejemplo, de 0 voltios a 5 voltios )
  • Por tanto, es necesario encontrar cada valor analógico a su correspondiente digital. Para ello, se muestrea la señal cada cierto tiempo ( frecuencia de muestreo ) y se asigna un valor de 0 y 1 a cada muestreo. En el ejemplo de la figura 1.9 , por ejemplo, para el primer muestreo se puede asignar el valor 000100, indicando el primer dígito que es un valor positivo, y los otros el valor en binario de la tensión. Para la segunda muestra negativa, se toma el valor 1 01011 . El primer valor significa que es negativo y el resto indica el valor de esa señal.
  • muestreo de señal

Baudios y  Bits por Segundo

Cuando pensamos en transmitir datos por una red digital, pensamos típicamente en términos de bits por segundo. En la primera de las imágenes, tenemos dos valores lógicos 0 y 1, que son representados por las tensiones 0 y 3 voltios.

Si tomamos 8 de esos valores , tendríamos un byte, ( por ejemplo , el 10010011 ). Cada byte va a poder representar un carácter como la letra a, la b, la c, etc ( Esto viene regido por varios standards, como el  ASCII )

En la primera imagen, cada pulso eléctrico enviado se denomina símbolo. En este primer caso, si definimos M como el número de valores posibles que el símbolo puede tomar, tenemos que M vale 2, llegando a la conclusión que los bits por segundos enviados son iguales a los símbolos por segundo ( Baudios )

Los valores lógicos “0” y “1” son representados por los valores 0 y 3 voltios.
En este caso, tenemos mas tensiones para representar mas valores de bits

En la 2º imagen, se diseña un sistema para que la tensión pueda tomar 4 valores diferentes  (-1.5v, 0v, +1.5v, +3v).  En este caso,  M=4, y la línea puede representar los valores lógicos asociados:

  •  -1.5v = “00”
  •   0v=”01″
  •   +1.5v=”10″
  •    +3v=”11″

Para el mismo reloj de trabajo, para los mismos baudios, hemos doblado la capacidad de información, dado que antes teníamos solo la posibilidad de transmitir un bit, pero ahora tenemos 2 bits para el mismo baudio.

Sistema binario y decimal

Para representar un valor solemos hacerlo en el sistema decimal ( 3, 7, 4,567, etc ) pero las máquinas digitales funcionan con sistemas de numeración binario ( 0 y 1 ).

Cualquier símbolo que queramos representar ( el 3, la letra b, el *, la llave { , etc ) se puede representar por un código binario. Con 8 bits son suficientes para todos ellos y a los o bit se le llama un byte.

Actividad: Busca en  internet  qué es ASCII y cómo se obtiene cada valor.

Vamos a ver cómo pasar de un sistema al otro y para ello tenemos que repasar el tema visto en 4º de la ESO sobre la introducción a la electrónica digital 

  • Como actividad, pasar los números 68 y 104 al sistema binario y comprobar que la operación es correcta

Emisor , receptor y circuito

Sus nombres nos indican qué función tienen dentro de un sistema de comunicaciones. Emitir una señal, recibirla ( Emisor ) y establecer un sistema adecuado para que ello ocurra ( circuito ) . Dentro del circuito tenemos dos 3 formas de que los enlaces ( elementos del circuito ),  traten la señal.

  1.  Si se  limitan a tomarla y propagarla en un sólo sentido ( del emisor al receptor ) se llama simplex.  Estamos hablando de una comunicación unidireccional
  2. Si además de recibir puede emitir pero sólo una cosa a la vez ( o emite o recibe, dependiendo de la orden dada ) estamos hablando de un half-duplex
  3. Cuando al comunicación es bi-direccional y cada enlace puede emitir y recibir a la vez, estamos en un sistema full-duplex

Actividad. Buscar, al menos un ejemplo, de cada uno de los sistemas

Redes de comunicaciones.

Tenemos en esa sección una clasificación de las redes , atendiendo a su extensión ( PAN,  LAN, MAN y WAN ). Si conocemos las palabras de cada sigla, tenemos la respuesta a  cada  una, basta saber con que todas acaban en AN que viene de Area Network ( red de area )  precedida de P ( personal ), L ( Local ), M ( Metropolitan ) y W ( Wide ).

Por otro lado, en función de quien la puede usar tenemos la privada, pública y dedicadas. ( Ver descripción en libro ). Cabe añadir una más que no está en el libro. La red

Deep Web

Como ejercicio, buscar en internet qué es esa red, cómo se accede, quien la usa, que hay en ella, qué peligros conlleva su uso, etc

Importante: hay que tener mucho cuidado en esta red porque nos podemos encontrar cualquier cosa. Además, si no tenemos cuidado, podemos llevarnos de regalo algún tipo de virus, normalmente un spyware. Como precaución,  crear un punto de restauración del sistema y al terminar la sesión, restaurar el sistema a ese punto.

 

Multiplexores

Estudiar esta pregunta por este blog.

Se llama multiplexor al sistema que posibilita transmitir varios canales de información desde dos puntos distantes, usando sólo un canal de comunicación.

Existen varios tipos de multiplexores. El primero que veremos es quizás el más sencillo, el multiplexor por tiempo, donde cada canal dispone de un tiempo para volcar datos en la otra parte del sistema de comunicaciones.

En la imagen tenemos un multiplexor utilizando la técnica del divisor de tiempo.

multiplexor por tiempo

El 2º de ellos es el multiplexor por frecuencia , donde vamos a usar varias portadoras de diferentes frecuencias, las modulamos y las pasamos al canal. Vemos en la imagen siguiente este sistema:

multiplexor por frecuencia

Si observamos la imagen superior, tenemos que existen tres osciladores de 12, 16 y 20 kHZ. Esas frecuencias son moduladas en “frecuencia” por las señales que queremos transmitir y que tienen un rango de 0,3 a 3,4 KHz.

AM y FMEn la siguiente imagen se muestra una modulación en frecuencia ( también en Amplitud de la señal (AM ))

Como vemos en la modulación en frecuencia, la frecuencia de la onda portadora (azul ) es modulada por la señal que queremos transmitir ( signal en la imagen ). Añadimos otra imagen para ver cómo queda modulada la señal portadora por loa moduladora.

modulacion por frecuencia

En este caso, vemos como varía la señal portadora en base a la moduladora. Hemos señalado dos zonas cuadradas ( azul y roja )  para ver como varían los valores de la frecuencia.

La frecuencia de la portadora puede llegar a 12000 Hz – 300 = 11700 = 11,7 Khz  y la mínima frecuencia puede llegar a  ( 12000 – 3400 ) = 8600 Hz.

Lo mismo se hace con la segunda señal, sólo que partimos de otra portadora de 16000 y la 3º de 20000 Hz. Se sube 4000 Hz para que no se solapen las señales .

Una vez que se transmiten las tres señales por el cable se llega al sistema receptor, que las separa por tres filtros de paso banda para luego demodular y obtener la señal de origen.

Topologías de red

La manera de conectar varios ordenadores es diversa con sus ventajas e inconvenientes. Veremos un poco en detalle la red en malla ( el resto verlas por el libro )

Esta topología no requiere de un nodo que centralice la información como ocurre con otras más como la topología en estrella, con la ventaja de una considerable reducción en los  fallos y de mantenimiento.

La red sencilla tienen un enrutamiento cable a cable, por lo cual, la rotura de un cable hace que los ordenadores que están conectados dejen de comunicarse.

Si se dispone de enrutamiento dinámico, damos lugar a un sistema  “autoenrutables”.  En este caso, la comunicación entre dos dispositivos de la red puede llevarse a cabo incluso  con cables rotos ( siempre que exista un camino alternativo  y, gracias al enrutamiento dinámico, la información se pueda re-dirigir por caminos alternativos.  El problema de esta red es que resultan  caras de instalar, debido a la cantidad de material necesario ( cables, repetidores, tarjetas de puertos, etc ) y la mano de obra requerida para su instalación

Actividad: 1º  Leer la pregunta de la página 11 del libro. Tiempo 25 minutos. En caso de no disponer de libro, hacer grupos de trabajo de 2 personas y obtener la información necesaria en Internet para cada una de las redes, incluyendo cómo se conectan los ordenadores, ventajas e inconvenientes.

2º Intentar deducir la fórmula por la que el número de enlaces en una malla completa es: enlaces = \frac{n * (n-1))}{2} ( tiempo 30 minutos )

Solución: Se puede calcular de manera fácil para una red de pocos ordenadores de forma que:

  • El primer ordenador enlaza con todos, por tanto tenemos ya n-1 cables ( siendo n el número de ordenadores )
  • El 2º ordenador tiene un cable menos de conexión porque el anterior ” ya le ha conectado con uno ). Por tanto tenemos n-2 cables.
  • De esa forma, el resultado es la suma de (n-1) + (n-2 ) + (n-3 ) …

Se la siguiente imagen se muestra un desarrollo para diversos grupos de n ordenadores y X cables.

deducción de fórmula numero enlaces maya completa

Representamos con una línea curva la diferencia de cables que existe entre cada red, por ejemplo, que coincide con n-1

Para obtener los cables de, por ejemplo 5 ordenadores, el resultado 10 se obtiene de multiplicar el 5, por la diferencia anterior ( 4 ) dividido por dos. de ahí que hemos podido deducir la fórmula anterior

Actividad 3. Realizar los ejercicios de la propuesta 1.1

Actividad 4. Tenemos un edificio de 4 plantas y 30 ordenadores por planta. Consideras que la topología de malla completa es la más adecuada. ¿ Porqué y en caso contrario, qué malla es la mas adecuada ?. Razona la respuesta.

Modelo OSI.

Cuando dos ordenadores, que normalmente tienen  hardware y software diferentes, tienen que comunicarse, es necesario establecer una serie de normas para que esa comunicación sea efectiva. Uno puede estar conectado con fibra y otro con un par de cables. Uno puede ser un Mac y otro windows, uno puede estar en Holanda y el otro en España y así una serie de cosas que hacen necesaria una serie de protocolos y funciones de comunicación para que Internet sea posible.

Tenemos este vídeo que nos puede aclarar un poco mas el tema

Vamos a hacer un resumen sobre las 7 capas que forman el modelo OSI ( resumen del contenido del libro ). Partimos de la idea de que éste modelo tiene como objetivo establecer las condiciones necesarias para que dos dispositivos lejanos se puedan comunicar. Las 7 capas son, a modo simplificado:

1. Capa Física.  Al igual que para comunicar dos puntos en el espacio real, necesitamos una carretera, una vía del tren, etc y en ellas se establecen unas normas de tráfico, la capa física tiene por finalidad la de establecer las condiciones  para que por un medio ( aire, cable .. ) se puedan transmitir los datos, y para ello, aparte de especificar como tienen que ser cables y conectores, nos dice como tienen que ser los 0 y 1 ( que valores eléctricos les corresponden ), sentido de la información, etc.

2. Capa de enlace de datos. Cuando mandamos una carta postal, el sobre tiene un destinatario y un remitente. Esto hace la capa de datos, añadir información a cada paquete de datos para que se sepa de donde viene y donde va. Además añade información de sincronización.

3. Capa de red.  Es el GPS del coche. Nos indica que camino es el optimo para enviar cada paquete de datos.

En esta capa, se producen 4 procesos , que son

Direccionamiento: La Capa de red debe proveer un mecanismo para direccionar los equipos que se quieren comunicar

Encapsulación. Se empaquetan los datos  (  información )  para su posterior  envío y, de esta manera, tener un sistema más eficaz.

Enrutamiento . El dispositivo encargado ( router )  tiene que  seleccionar las rutas y dirigir paquetes hacia su destino.

Desencapsulamiento . Cuando  el paquete llega al host destino, se procesa. El dispositivo de llegada (  host  ) examina la dirección de destino para comprobar que , efectivamente, este paquete viene al host adecuado. Luego se  produce el  desencapsulado en esta  capa de Red

4. Capa de transporte. Si queremos transportar un objeto muy grande, qué hacemos ?. Seccionarlo y mandarlo en varios paquetes ?. Pues eso es lo que hace esta capa. Se encarga de seccionar la información en el lado del emisor y ensamblarla en el receptor.

5. Capa de sesión. ¿ Cuando cierro el almacén ?. La información tiene un tiempo para transmitirla y no debemos cerrarla hasta que toda llegue a destino. Si se cierra por algún motivo, la capa de sesión se encarga de seguir recibiendo datos desde que cortó la conexión

6. Capa de presentación. Se encarga de traducir adecuadamente los datos cuando los dispositivos no son iguales, de esa forma nos aseguramos que se entiendan. Es como un traductor de lenguaje para que dos personas con  diferentes idiomas se puedan entender. Puede ir mas allá y encriptar los datos.

7 Capa de aplicación. Son los programas en sí que permiten al usuario acceder a la red

 

Actividad 5. Realizar las tareas de 1.1 a 1.22 del libro.

Realizar las  siguientes tareas del tema Información y Comunicaciones