1. CSU y DSU en Conexiones Digitales

Una unidad de servicio de canal (CSU, Channel Service Unit) es un dispositivo que conecta un terminal a una línea digital. Una unidad de servicio de datos (DSU, Data Service Unit) es un dispositivo que lleva a cabo funciones de protección y de diagnóstico en una línea de telecomunicaciones.

En general, los dos dispositivos se entregan formando una sola unidad, CSU/DSU. Cumple la misma función que el módem, preparando datos digitales que se envían a través de una red del proveedor del servicio. El CSU/DSU se posiciona en el lado del cliente, actuando como la interfaz entre el equipo terminal de datos (DTE) del cliente y la red digital del proveedor de servicios.

2. Multicanalización o Multiplexación

a. Definición y Propósito de la Multiplexación

La Multicanalización o Multiplexación es el proceso de dividir de forma lógica un canal de transmisión en varios canales, lo cual permite enviar datos por «subcanales». Le asigna una porción de ancho de banda a varios mensajes de forma simultánea, optimizando el uso del medio de transmisión.

b. Métodos Principales de Multiplexación

Existen dos métodos principales de multiplexación:

Multiplexación por División de Frecuencia (FDM)

• Consiste en la asignación de una porción del ancho de banda total del canal a cada fuente de forma permanente.
• Utiliza modulación.
• El medio necesita un gran ancho de banda.
• Cada señal de entrada se modula en diferentes portadoras (cada una con diferente frecuencia).

Multiplexación por División de Tiempo (TDM)

• Consiste en la división del tiempo de uso del canal en instantes discretos (ranuras o slots).
• A cada fuente se le asigna en ese instante todo el ancho de banda.
• Si hay almacenamiento de datos (buffering), puede exceder su capacidad.
• No hay demoras significativas por latencia en la transmisión.

Variante de Mejora: Multiplexación por División Estática de Tiempo (STDM)

El STDM (Statistical Time Division Multiplexing) ofrece un mejor servicio a los terminales y una mejor utilización de la línea. Detecta cuál de las terminales desea enviar datos y la atiende solo a ella. En esencia, provee slots de tiempos variables y no fijos como el TDM tradicional. De este modo, puede aceptar más de un bit, byte o paquete de datos desde una terminal antes de pasar a la siguiente terminal activa.

c. Ventajas y Desventajas de TDM y FDM

• En FDM no hay demoras por latencia en la transmisión.
• Si hay almacenamiento de datos (buffering), el TDM puede “exceder” su capacidad.
• El FDM se usa más cuando las señales son similares (por ejemplo, TV y radio).
• El TDM es más fácil de implementar si los datos son digitales (los datos analógicos son más difíciles de almacenar en buffers).

3. Modulación

a. Técnicas de Modulación y Funcionamiento

Es posible identificar dos tipos básicos de modulación en relación con la onda portadora:

Modulación de Onda Continua (CW)

La portadora es simplemente una forma de onda senoidal. Es un proceso continuo, por lo que se puede adaptar a señales que están variando constantemente en el tiempo. Es el proceso por el cual una señal denominada portadora modifica su amplitud, frecuencia o fase, en función de la señal moduladora, la cual contiene la información a transmitir.

Modulación de Pulsos

La portadora es un tren periódico de pulsos. Es un proceso discontinuo o discreto, ya que los pulsos aparecen solo en ciertos intervalos de tiempo. La modulación por pulsos puede ser analógica o digital.

Se denomina modulación por pulsos a la modificación, por medio de una señal moduladora, de una señal portadora constituida por un tren de pulsos. Dicha modulación modifica alguno de los parámetros que caracterizan dicho tren, como:

• Amplitud.
• Duración.
• Posición del pulso.

La onda portadora es un tren de pulsos como el de la figura siguiente:

Donde:

• A = Amplitud
• T = Período
• D = Duración o ancho del pulso dentro de un período

La posición del pulso está referida a su ubicación respecto del inicio de cada período.

Modulación de Pulsos Analógica

Es aquella en que el tren de pulsos se compone de una señal portadora que puede ser modificada por la señal modulante de infinitas formas diferentes. Puede ser:

• Modulación de Pulsos en Amplitud (PAM)
• Modulación de Pulsos por Variación del Ancho del Pulso (PDM)
• Modulación de Pulsos por Modificación de la Posición del Pulso (PPM)

Modulación de Pulsos Digital

Los sistemas de modulación de pulsos digitales tienen como característica que producen a la salida del modulador señales digitales, a diferencia de otros sistemas de modulación.

b. Componentes Alterados para Señalización Binaria

Los 3 componentes sobre los que se aplican alteraciones para señalización binaria (modulación digital) son:

• Amplitud (ASK – Amplitude Shift Keying)
• Frecuencia (FSK – Frequency Shift Keying)
• Fase (PSK – Phase Shift Keying)

c. Ventajas de la Modulación Digital

Las ventajas de la modulación digital incluyen:

• Las señales generadas pueden ser transmitidas por las redes digitales.
• Tienen una calidad de transmisión uniforme. Los repetidores regenerativos se encargan de mantener el nivel de calidad con independencia de la distancia y la calidad del canal.
• No es necesario el uso de equipos de módem de datos, ya que no es necesaria la transformación de señales analógicas en digitales.
• Permiten la integración de servicios (voz, textos, datos e imágenes) en señales digitales, permitiendo el uso de los medios de transmisión para cualquiera de ellos.
• Permiten optimizar:
  • Los sistemas de codificación.
  • Los sistemas de seguridad.
  • Los sistemas de control de errores.
• Permiten abaratar los costos de fabricación. Los desarrollos digitales son de bajo costo, tamaño reducido y sencillo mantenimiento.

4. Formatos de Señalización Binaria

Los cuatro formatos principales de señalización binaria y su funcionamiento son:

Señalización Unipolar

Usando lógica positiva, el “1” binario se representa con un nivel alto de voltaje (+A Volts) y un “0” binario con un nivel de cero Volts.

Señalización Polar

Los unos y los ceros binarios se representan por medio de niveles positivos y negativos de igual voltaje.

Señalización Bipolar (Pseudoternaria)

Los “1” binarios se representan por medio de valores alternadamente negativos y positivos. El “0” binario se representa con un nivel cero. El término Pseudoternaria se refiere al uso de tres niveles de señales codificadas para representar datos de dos niveles (binarios).

Señalización Manchester

Cada “1” binario se representa con un pulso de medio bit positivo seguido por un pulso de medio bit negativo. Del mismo modo, el “0” binario se representa con un pulso de medio bit negativo seguido por un pulso de medio bit positivo. Esta técnica garantiza la sincronización.

5. Técnicas para Compartir un Medio de Red LAN

Las técnicas diseñadas para compartir un medio de red LAN se dividen en dos categorías principales: repartición (multiplexación, vista en el punto 2) y compartición (acceso dinámico o en función de la demanda).

Técnicas de Compartición (Acceso en Función de la Demanda)

Estas técnicas son eficientes cuando el tráfico no es estable y la demanda se produce a ráfagas, como ocurre en las LAN. Las tres técnicas principales son:

1. Contienda

   Si el usuario necesita el canal de comunicación, intenta tomarlo, produciéndose una contienda con los usuarios que tengan el mismo propósito. Se producirán colisiones y se debe incorporar algún algoritmo para resolver estas situaciones (ej. CSMA/CD).

2. Reserva

   El usuario conoce con antelación cuándo va a poder utilizar el medio. No se producirán colisiones en la transferencia de información, pero podrán existir en el proceso de reserva.

3. Selección

   El usuario es avisado cuando llega su turno y toma el control del medio para transmitir. Los usuarios son seleccionados por algún tipo de turno y desconocen cuándo van a serlo nuevamente.

6. Sistema de Cableado Estructurado

El cableado estructurado consiste en un sistema de cables de par trenzado protegidos (STP) o no protegidos (UTP) y otros componentes dentro de un edificio, diseñado para soportar una amplia gama de sistemas de comunicación (LAN, telefonía, etc.). Se rige por estándares como TIA/EIA.

Subsistemas o Componentes Principales

1. Cableado Horizontal

   Es la porción del sistema de cableado de telecomunicaciones que se extiende desde el área de trabajo hasta el cuarto de telecomunicaciones o viceversa. Utiliza la topología de estrella. Ej. UTP.

2. Cableado Vertical (Backbone)

   Proporciona interconexiones entre cuartos de entrada y servicios del edificio, cuartos de equipos y cuartos de telecomunicaciones. Incluye el cableado entre edificios.

3. Área de Trabajo (Work Area)

   Se extiende desde la salida hasta el equipo del área de trabajo (teléfono/fax, computadora o sistema de vídeo). Está diseñado para facilitar movimientos, adiciones y cambios.

4. Cuarto de Telecomunicaciones (Telecommunications Closet – TC)

   Área exclusiva dentro de un edificio para el equipo de telecomunicaciones. Su función principal es la terminación del cableado horizontal. Todas las conexiones entre los cables horizontales y verticales deben ser “cross-connects” (administrables).

5. Cuartos de Equipo (Equipment Room – ER)

   Es el centro de distribución primario para la distribución vertical (principal). Diseñados según la TIA/EIA-569.

6. Acometida/Entrada de Servicios (Entrance Facility)

   Punto por donde entran los servicios del proveedor al edificio. Puede contener rutas de cableado vertical a otros edificios.

7. Impedimentos de la Señal y Tipos de Ruido

Durante la transmisión de la señal ocurren ciertos efectos no deseados que afectan la interpretación de un bit. Estos se manifiestan como alteraciones de la forma de la señal.

Tipos de Problemas que Afectan la Interpretación de un Bit

1. Atenuación: Reduce la intensidad de la señal con la distancia.
2. Distorsión: Alteración de la forma de la señal debido a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma.
3. Interferencia: Contaminación por señales extrañas, generalmente artificiales.
4. Ruido: Señales aleatorias e impredecibles de tipo eléctrico originadas en forma natural dentro o fuera del sistema.
5. Diafonía (Crosstalk): Acoplamiento inductivo entre pares de transmisión y recepción.
6. Deformación: Alteración de la forma de la señal durante la transmisión por el cable.

Explicación de los Impedimentos Clave

Atenuación

Es la relación entre la potencia de la señal recibida y la potencia transmitida. La energía de una señal decae con la distancia. Para mantener la energía se utilizan amplificadores o repetidores. Debido a que la atenuación varía en función de la frecuencia, las señales analógicas pueden llegar distorsionadas.

Distorsión

Es la alteración de la señal debida a la respuesta imperfecta del sistema. A diferencia del ruido y la interferencia, la distorsión desaparece cuando la señal deja de aplicarse. Se reduce mediante el diseño de sistemas perfeccionados o redes de compensación.

Interferencia

Contaminación por señales extrañas, de forma similar a la de la señal útil. Puede ser de dos orígenes diferentes: RFI (Interferencia de Radiofrecuencia) o EMI (Interferencia Electromagnética), producida por motores, luces fluorescentes, etc. La solución consiste en eliminar la señal interferente o su fuente.

Ruido

Señales aleatorias e impredecibles de tipo eléctrico originadas en forma natural dentro o fuera del sistema. El ruido no puede ser eliminado completamente y es uno de los problemas básicos de las comunicaciones.

Diafonía (Crosstalk)

Es consecuencia del acoplamiento inductivo entre los pares de transmisión y recepción de un cable. La parte más importante es la que se produce en el extremo del cable más próximo al receptor, denominada paradiafonía (NEXT).

8. Problemas de Aumentación de Red y Disturbios Eléctricos

Además de los impedimentos básicos, existen métricas y fenómenos específicos relacionados con la calidad de la transmisión.

Relación de Atenuación a Diafonía (ACR)

El ACR (Attenuation to Crosstalk Ratio) expresa la relación, en decibelios, entre el nivel de señal y el de ruido producido por la diafonía. Al crecer la frecuencia, el ACR disminuye. Un ACR adecuado significa que la señal que llega al receptor será más fuerte que el ruido acoplado en la línea. A medida que el ACR se aproxima a cero, la diafonía y otros ruidos pueden tapar la señal.

Distorsión de la Señal en la Transmisión

La limitación fundamental en la comunicación eléctrica es el ancho de banda, que produce distorsión de la señal. Los tres tipos principales de distorsión son:

• Distorsión de amplitud.
• Distorsión de fase (retardo).
• Distorsión no lineal.

Corrimiento de Fase y Distorsión por Retardo

Un corrimiento de fase ocasiona un retardo de tiempo constante para todos los componentes de frecuencia de la señal. En la distorsión de retardo, la velocidad de propagación de una señal varía con la frecuencia, haciendo que las diferentes componentes en frecuencia de la señal lleguen en instantes diferentes al receptor. Para atenuar este problema se usan técnicas de ecualización.

9. Detección y Resolución de Colisiones

Detección de Colisiones

Existen dos métodos o procesamientos definidos para la detección de colisiones:

1. Detección de Interferencias en el Canal

   Se detecta por:

   • Técnicas de comparación de la señal emitida con la que está circulando por el canal.
   • Técnicas de análisis de la señal en la línea.

   El protocolo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) se basa en esta técnica, deteniendo la transmisión tan pronto como se detecta la colisión.

2. No Recepción de un Mensaje de Conformidad (ACK)

   Se detectan errores de transmisión en general. El inconveniente principal es la lentitud, ya que el paquete se transmite completo antes de confirmar el error.

Algoritmos de Resolución de Colisiones

Los algoritmos buscan determinar el tiempo de espera antes de reintentar la transmisión:

• Algoritmos No Adaptativos

  El retardo para la retransmisión no depende de la actividad anterior del canal o del número de colisiones.

• Algoritmos Adaptativos

  El retardo depende de la actividad anterior del canal.

• Técnicas de Retardo Prioritario

  Detectada una colisión, se retarda la retransmisión en un intervalo distinto para cada usuario.

• Técnicas de Reserva Tras Colisión

  Cuando se produce una colisión, los usuarios establecen entre sí un sistema de reservas para retransmitir sin conflictos.

10. Capa de Presentación (Modelo OSI)

La Capa de Presentación (Capa 6 del Modelo OSI) se encarga de la representación de los datos.

Funciones y Características Principales

La función principal de esta capa es garantizar que los datos sean legibles para el sistema receptor. Da formato a los datos y estructura, y negocia la sintaxis de transferencia de datos para la Capa de Aplicación.

Lenguaje de Etiquetas

Este formato actúa como un conjunto de instrucciones que le indican al navegador web cómo mostrar y administrar los documentos (ej. HTML, XML).

Cifrado

El cifrado protege la información durante la transmisión. Se utiliza una clave de cifrado para cifrar los datos en el origen y luego descifrarlos en el destino. Sus objetivos son:

1. Proteger los datos para que no puedan ser leídos por personas sin autorización.
2. Impedir que las personas sin autorización inserten o borren mensajes.
3. Verificar al emisor de cada uno de los mensajes.
4. Hacer posible que los usuarios transmitan electrónicamente documentos firmados.

Compresión

Se utiliza para reducir el tamaño de los archivos. Funciona mediante algoritmos que buscan patrones de bits repetidos en el archivo y entonces los reemplazan con un token. Un token es un patrón de bits mucho más corto que el patrón a reemplazar.

11. Token Ring

Token Ring es una tecnología de red de área local (LAN) en la que todos los ordenadores están conectados en una topología de anillo o estrella y pasan uno o más Tokens lógicos de host a host. Utiliza un mecanismo de paso de testigo para controlar el acceso al medio.

Tipos de Tramas

Existen dos tipos principales de tramas:

• Token

  • Es un patrón de bit especial que circula por el anillo.
  • Resuelve el problema de acceso al canal, ya que solo la estación que posee el token puede transmitir.

• Trama de Datos/Comandos

  • Las tramas de datos transportan información para los protocolos de capa superior.
  • Las tramas de comandos contienen información de control.

Mecanismos de Prioridades y Reservas

• Cuando una estación quiere transmitir un marco de prioridad n, debe capturar un token con prioridad igual o menor a n.
• Una estación puede utilizar el campo de reserva en una trama de datos para determinar una prioridad en el siguiente token.
• La estación que eleva la prioridad tiene la obligación de disminuirla nuevamente una vez finalizada su transmisión.

12. Conmutación Dinámica o Microsegmentación en Switches

La Microsegmentación en redes de computadoras de área local es un término utilizado para describir la segmentación de un dominio de colisión en tantos segmentos como circuitos haya. Esta microsegmentación, realizada por el switch, reduce el dominio de colisión de tal forma que solo dos nodos coexisten en cada dominio de colisión (un enlace punto a punto entre el switch y el dispositivo final).

De esta manera, las colisiones se reducen drásticamente. La microsegmentación también hace la seguridad de red más flexible, con políticas definidas por software en lugar de configuración manual, si se implementa con la previsión y las herramientas adecuadas.

13. Protocolo de Control de Transmisión (TCP)

El Protocolo de Control de Transmisión (TCP) es un protocolo fundamental de la capa de transporte que proporciona comunicación confiable y orientada a conexión.

7 Características Principales de TCP

1. Orientado a Conexión

   Requiere un establecimiento formal de la conexión (apretón de manos de tres vías o three-way handshake) antes de que comience la transferencia de datos.

2. Arranque Confiable de Conexión

   Asegura que ambos extremos estén listos para la comunicación y que se sincronicen los números de secuencia iniciales.

3. Garantía de Entrega y Recuperación de Errores

   Utiliza números de secuencia y acuses de recibo (ACK) para asegurar que todos los segmentos lleguen a destino y en el orden correcto. Si un segmento se pierde, se retransmite.

4. Transmisión Full Dúplex Integral

   Permite que los datos fluyan en ambas direcciones simultáneamente a través de la misma conexión.

5. Control de Flujo Extremo a Extremo

   Utiliza ventanas deslizantes para evitar que un emisor rápido sature a un receptor lento, manteniendo la eficiencia de la red.

6. Multiplexión en Medio Físico Único

   Permite que múltiples aplicaciones utilicen la misma conexión de red simultáneamente, diferenciando el tráfico mediante el uso de números de puerto.

7. Cierre Confiable de Conexión

   Asegura que todos los datos pendientes sean transmitidos y recibidos antes de que la conexión se cierre formalmente.

Las características que en general se refieren al control de conexión están relacionadas con unos de los elementos fundamentales del TCP/IP, que son los números de secuencia y los acuses de recibo, permitiendo avisar al emisor que el paquete ha llegado a destino de manera confiable y segura.