INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECANICA Y
ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LOPEZ MATEOS”
INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA
“
Diseño de la infraestructura de una red de comunicaciones en la
zona minera de Compañía Minera San Miguel del Cantil S.A. de
C.V.”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA
PRESENTAN:
Gustavo Arriaga Méndez
Gustavo Loredo Zamorano
Itza Belbeth Morales Hernández
ASESOR:
M. en C. Pedro Gustavo Magaña del Río
DEDICATORIA
Dedico este trabajo
que con su apoyo y cariño me
dieron las fuerzas para trabajar y estudiar arduamente en este largo
proceso, siempre estuvieron conmigo en las buenas y en las malas.
A toda mi familia deseo expresarles, que mis ideales esfuerzos y logros
han sido también suyos e inspirados en ustedes y constituyen el legado
más grande que pudiera recibir.
Esta tesis está dedicada:
, a quienes agradezco por creer siempre en mí, por su
amor, educación y apoyo incondicional para cumplir esta meta.
por su cariño y ejemplo para salir adelante.
por darme la oportunidad de estar con ella,
brindándome su experiencia y sabiduría.
, por su paciencia, comprensión y cariño en tiempos difíciles.
que tuvieron una palabra de apoyo para
mí durante mis estudios.
por todo el tiempo compartido a lo largo de
la carrera, por su comprensión y paciencia para superar tantos
momentos difíciles.
AGRADECIMIENTOS
Gracias
a todos nuestros
maestros
por proporcionarnos las
herramientas necesarias en nuestra formación profesional para llegar a
ser grandes Ingenieros.
En especial queremos agradecer al Profesor Pedro Gustavo Magaña del
Río quien fue el que nos brindo todo su apoyo, tiempo y experiencia para
la elaboración de nuestra Tesis.
Para el Profesor Francisco Hernández Rangel le ofrecemos nuestro
agradecimiento por las oportunidades que nos dio de compartir sus
conocimientos y experiencias para la elaboración de nuestro proyecto.
Gracias
al Instituto Politécnico Nacional
por haber sido nuestro
segundo hogar y darnos tantos momentos especiales, lo cual nos da un
enorme orgullo ser egresados de esta importante institución.
O B J E T I V O
Índice
INTRODUCCIÓN ...
XIII
ANTECEDENTES ...
XV
CAPITULO 1. CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE
REDES ...
1
1.1 Concepto de Red ... 2
1.2 Topologías de red ... 3
1.2.1 Modelos de topología ... 3
1.3 Clasificación de las Redes... 8
1.3.1 Redes según su tamaño y extensión ... 8
1.3.2 Redes según la tecnología de transmisión ... 8
1.3.3 Redes según el tipo de transferencia de datos que
soportan ... 9
1.4 Sistema de transmisión ... 9
1.4.1 Medios de transmisión ... 9
1.4.1.1 Medios guiados ...
9
1.4.1.2 Medios no guiados ...
10
1.4.2 Equipos de Transmisión ... 10
1.4.2.1 Sistemas de conmutación (encaminamiento de la información)...
10
1.4.2.2 Equipos terminales ...
10
1.4.2.3 Elementos Lógicos ...
11
CAPITULO 2. REDES LAN, WAN E INALÁMBRICAS ...
12
2.1 Redes LAN ... 13
2.1.1 Ethernet 802.3 ... 13
2.1.1.1 Conexiones Físicas de Ethernet ...
14
2.1.1.2 Ethernet y el modelo OSI ...
15
2.1.1.3 Medios de Ethernet y los requisitos para los conectores ...
16
2.2 Redes WAN ... 18
2.2.2 Líneas Dedicadas y Líneas Conmutadas ... 19
2.2.2.1 Servicios de conmutación de circuitos ...
19
2.2.2.2 Servicios de conmutación de paquetes ...
20
2.2.3 Circuito virtual... 20
2.2.3.1 Circuito virtual permanente ...
21
2.2.3.2 Circuito virtual conmutado ...
21
2.2.3.3 Servicio con Conexión ...
21
2.2.3.4 Servicio sin Conexión ...
21
2.2.4 Redes Públicas ... 22
2.2.5 Redes Privadas ... 22
2.2.6 Líneas Analógicas ... 23
2.2.7 Líneas Digitales ... 23
2.2.8 Tecnologías WAN ... 23
2.2.8.1 Capa Física: WAN ...
24
2.2.8.2 Capa de Enlace de Datos: Protocolos WAN...
24
2.2.9 Servicios de Comunicación de Datos ... 25
2.2.9.1 X.25 ...
25
2.2.9.2 Frame Relay ...
27
2.2.9.3 RDSI: Red Digital de Servicios Integrados (ISDN) ...
27
2.2.9.4 ATM ...
28
2.3 Redes Inalámbricas ... 29
2.3.1 WLAN Red local inalámbrica ... 29
2.3.1.1 Redes de Área Local (LAN). ...
30
2.3.1.2 Redes infrarrojas ...
30
2.3.1.3 Redes de radio frecuencia ...
30
CAPITULO 3. RADIOENLACE ...
32
3.1 Sistemas con línea de vista. ... 33
3.2 Ventajas de las comunicaciones por microondas. ... 34
3.3 Frecuencias de operación ... 36
3.4 Sistemas de microondas con línea de vista... 37
3.5 Propagación. ... 38
3.5.1 Atenuación en el espacio libre... 38
3.5.2 Absorción atmosférica. ... 39
3.5.3 Dispersión originada por lluvia y neblina. ... 39
3.6 Ganancia de una antena. ... 41
3.7 Ganancia de una antena directiva. ... 41
3.8 Refracción de las ondas milimétricas. ... 42
3.9 Curvatura de la Tierra. ... 43
3.10 Zonas de Fresnel. ... 45
3.11 Fórmula para calcular el radio de las zonas de Fresnel. ... 47
la altura de las torres. ... 52
CAPITULO 4. SERVICIOS DE UNA RED ...
53
4.1 Internet ... 54
4.1.1 Breve Historia de Internet ... 54
4.2 Telefonía IP (VoIP) ... 56
4.2.1 Diferencia entre telefonía IP y convencional ... 56
4.2.2 Ventajas y desventajas de la tecnología de voz
sobre IP ... 56
4.2.3 Voz sobre la red ... 57
4.2.4. Consumo de ancho de banda en un codec para voz
sobre IP ... 58
4.2.5. Clases de telefonía IP ... 59
4.2.6 Desafíos para la Telefonía IP ... 60
4.3 Videovigilancia ... 61
4.3.1 Tipos de cámaras. ... 63
4.3.1.1 Cámaras de red fijas ...
63
4.3.1.2 Cámaras de red domo fijas ...
63
4.3.1.3 Cámaras PTZ y cámaras domo PTZ ...
63
4.3.2 Elementos de la cámara ... 64
4.3.2.1 Sensibilidad lumínica ...
64
4.3.2.2 Elementos del objetivo...
64
4.3.2.3 Sensores de imagen ...
64
4.3.2.4 Técnicas de barrido de imágenes ...
65
4.3.2.5 Procesamiento de la imagen ...
65
4.3.3 Instalación de una cámara de red ... 65
4.3.4 Resoluciones ... 66
4.3.5 Compresión de vídeo ... 66
4.3.6 Códec de vídeo ... 67
4.3.7 Codificador de vídeo ... 68
CAPITULO 5. DISPOSITIVOS DE RED ...
70
5.1 Dispositivos De Red ... 71
CAPITULO 6. APLICACIÓN DEL PROYECTO ...
78
6.1 Introducción al proyecto ... 79
6.2 Necesidades de la empresa. ... 80
6.3 Ubicación geográfica San Miguel del Cantil ... 80
6.5 Sistema de microondas con línea de vista (Radioenlace). ... 82
6.6 Estudio de línea de vista ... 83
6.6.1 Perfil topográfico ... 83
6.6.2 Línea de vista ... 85
6.7 Estudio de refracción de las ondas milimétricas ... 87
6.8 Estudio para la primer Zona de Fresnel ... 88
6.9 Cálculos del radioenlace... 91
6.10 Establecimiento de Access Point y servicios requeridos
por zona. ... 94
6.10.1. Zona Ahuéval. ... 94
6.10.2. Zona San Cristóbal. ... 94
6.10.3. Zona B (laboratorios y Planta de beneficio). ... 95
6.10.4. Zona C (Oficinas y Cabañas) ... 96
6.10.5. Zona D (Presa de jales y San Mateo “boca minas”) ... 97
6.11 Elementos a utilizar en la red ... 97
6.12 Ancho de Banda por Zonas ... 98
6.12.1 Videovigilancia ... 100
6.12.2 Internet ... 101
6.12.3 VoIP ... 101
6.13 Calculo del Ancho de Banda que transmitirá el radioenlace ... 102
CONCLUSIONES
... 104
RECOMENDACIONES
... 107
ANEXO A (Protocolos)
... 114
ANEXO B (Modulación)
... 128
ANEXO C (Banda de 2.4 GHZ)
... 140
ANEXO D (Cartas Topográficas)
... 144
ANEXO E (Especificaciones de equipo)
... 150
GLOSARIO ...
168
INTRODUCCION
Las zonas de difícil acceso son áreas donde la intensidad de la señal utilizada para
proporcionar un servicio es muy baja ó no existe debido a las condiciones imperantes
en la región.
En estas zonas difícilmente se pueden llevar la infraestructura de las redes
comerciales convencionales ya sea por limitaciones técnicas o económicas que no
justifiquen una inversión comercial de tal naturaleza, colocando de esta manera a la
población que la habita en una posición muy sensible al no poder contar con
servicios básicos de comunicaciones, dado los altos costos que implicaría el
suministro del servicio y a la poca rentabilidad que lograrían los proveedores.
ANTECEDENTES
CAPITULO 1. CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE REDES.
1.1
Concepto de Red
Una red es un conjunto de equipos (computadoras y/o dispositivos) conectados por medio de cables, señales, ondas o cualquier otro método de transporte de datos, que comparten información, recursos) y servicios.
La figura 1.1 nos muestra un modelo de Red con sus componentes elementales.
Fig. 1.1 Modelo de Red
• Transporte.- (También llamado Transmisión).La forma de conectar a los elementos de conmutación entre sí.
• Conmutación.- Los equipos responsables de establecer la comunicación entre los clientes.
• Acceso.- La forma de conectar las instalaciones del cliente con las de la empresa proveedora del servicio.
1.2
Topologías de red
En base al modelo OSI (véase en Anexo A) y a la arquitectura TCP/IP (véase en Anexo A) las redes de computadoras surgieron como una necesidad de interconectar los diferentes host de una empresa o institución para poder así compartir recursos y equipos específicos.
Pero los diferentes componentes que van a formar una red se pueden interconectar o unir de diferentes formas, siendo la forma elegida un factor fundamental que va a determinar el rendimiento y la funcionalidad de la red.
La disposición de los diferentes componentes de una red se conoce con el nombre de topología de la red. La topología idónea para una red concreta va a depender de diferentes factores, como el número de máquinas a interconectar, el tipo de acceso al medio físico que deseemos, etc.
Podemos distinguir tres aspectos diferentes a la hora de considerar una topología:
• La topología física, que es la disposición real de las máquinas, dispositivos de red y cableado (los medios) en la red.
• La topología lógica, que es la forma en que las máquinas se comunican a través del medio físico. Los dos tipos más comunes de topologías lógicas son broadcast (Ethernet) y transmisión de tokens (Token Ring).
• La topología matemática, mapas de nodos y enlaces, a menudo formando patrones.
La topología de broadcast simplemente significa que cada host envía sus datos hacia todos los demás hosts del medio de red. Las estaciones no siguen ningún orden para utilizar la red, sino que cada máquina accede a la red para transmitir datos en el momento en que lo necesita. Esta es la forma en que funciona Ethernet.
En cambio, la transmisión de tokens controla el acceso a la red al transmitir un token eléctrico de forma secuencial a cada host. Cuando un host recibe el token significa que puede enviar datos a través de la red. Si el host no tiene ningún dato para enviar, transmite el token hacia el siguiente host y el proceso se vuelve a repetir.
1.2.1 Modelos de topología
Las principales modelos de topología son:
• Topología de bus
Fig. 1.2 Topología bus
La topología de bus permite que todos los dispositivos de la red puedan ver todas las señales de todos los demás dispositivos, lo que puede ser ventajoso si desea que todos los dispositivos obtengan esta información. Sin embargo, puede representar una desventaja, ya que es común que se produzcan problemas de tráfico y colisiones, que se pueden paliar segmentando la red en varias partes.
Es la topología más común en pequeñas LAN, con hub o switch final en uno de los extremos.
• Topología de anillo
Una topología de anillo se muestra en la figura 1.3 y se compone de un solo anillo cerrado formado por nodos y enlaces, en el que cada nodo está conectado solamente con los dos nodos adyacentes.
Fig. 1.3 Topología Anillo
Los dispositivos se conectan directamente entre sí por medio de cables en lo que se denomina una cadena margarita. Para que la información pueda circular, cada estación debe transferir la información a la estación adyacente.
análoga a la topología de anillo, con la diferencia de que, para incrementar la confiabilidad y flexibilidad de la red, hay un segundo anillo redundante que conecta los mismos dispositivos.
La topología de anillo doble actúa como si fueran dos anillos independientes, de los cuales se usa solamente uno por vez.
• Topología en estrella
[image:21.595.216.394.288.450.2]La topología en estrella se muestra en la figura 1.4, tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces hacia los demás nodos. Por el nodo central, generalmente ocupado por un hub, pasa toda la información que circula por la red.
Fig. 1.4 Topología estrella
La ventaja principal es que permite que todos los nodos se comuniquen entre sí de manera conveniente. La desventaja principal es que si el nodo central falla, toda la red se desconecta.
• Topología en estrella extendida
La topología en estrella extendida es igual a la topología en estrella, con la diferencia de que cada nodo que se conecta con el nodo central también es el centro de otra estrella. Generalmente el nodo central está ocupado por un hub o un switch, y los nodos secundarios por hubs.
La ventaja de esto es que el cableado es más corto y limita la cantidad de dispositivos que se deben interconectar con cualquier nodo central.
• Topología en árbol
La topología en árbol se muestra en la figura 1.5 y es similar a la topología en estrella extendida, salvo en que no tiene un nodo central. En cambio, un nodo de enlace troncal, generalmente ocupado por un hub o switch, desde el que se ramifican los demás nodos.
Fig. 1.5 Topología en árbol
El enlace troncal es un cable con varias capas de ramificaciones, y el flujo de información es jerárquico. Conectado en el otro extremo al enlace troncal generalmente se encuentra un host servidor.
• Topología en malla completa
[image:22.595.208.401.213.373.2]La desventaja física principal es que sólo funciona con una pequeña cantidad de nodos, ya que de lo contrario la cantidad de medios necesarios para los enlaces, y la cantidad de conexiones con los enlaces se torna abrumadora.
• Topología de red celular
La topología celular está compuesta por áreas circulares o hexagonales, se observa en la figura 1.7, cada una de las cuales tiene un nodo individual en el centro.
Fig. 1.7 Topología de red celular
La topología celular es un área geográfica dividida en regiones (celdas) para los fines de la tecnología inalámbrica. En esta tecnología no existen enlaces físicos; sólo hay ondas electromagnéticas.
La ventaja obvia de una topología celular (inalámbrica) es que no existe ningún medio tangible aparte de la atmósfera terrestre o el del vacío del espacio exterior (y los satélites). Las desventajas son que las señales se encuentran presentes en cualquier lugar de la celda y, de ese modo, pueden sufrir disturbios y violaciones de seguridad.
Como norma, las topologías basadas en celdas se integran con otras topologías, ya sea que usen la atmósfera o los satélites.
• Topología irregular
1.3
Clasificación de las Redes.
Los requerimientos de compartir información dentro de áreas especificas, Empresas, Universidades, Gobiernos. Llevo paulatinamente al desarrollo de las redes privadas, cada una de ellas con diferentes distancias de interconexión y diferentes tipos de topología, cubriendo poco a poco los requerimientos cada vez más exigentes de estos usuarios.
Las posibles clasificaciones de las redes pueden ser muchas, atendiendo cada una de ellas a diferentes propiedades, siendo las más comunes y aceptadas las siguientes:
1.3.1 Redes según su tamaño y extensión
• Redes LAN. Las redes de área local (Local Area Network) son redes de ordenadores cuya extensión es del orden de entre 10 metros a 1 kilómetro. Son redes pequeñas, habituales en oficinas, colegios y empresas pequeñas, que generalmente usan la tecnología de broadcast, es decir, aquella en que a un sólo cable se conectan todas las máquinas. Como su tamaño es restringido, el peor tiempo de transmisión de datos es conocido, siendo velocidades de transmisión típicas de LAN las que van de 10 a 100 Mbps (Megabits por segundo).
• Redes MAN. Las redes de área metropolitana (Metropolitan Area Network) son redes de ordenadores de tamaño superior a una LAN, soliendo abarcar el tamaño de una ciudad. Son típicas de empresas y organizaciones que poseen distintas oficinas repartidas en un mismo área metropolitana, por lo que, en su tamaño máximo, comprenden un área de unos 10 kilómetros.
• Redes WAN. Las redes de área amplia (Wide Area Network) tienen un tamaño superior a una MAN, y consisten en una colección de host o de redes LAN conectadas por una subred. Esta subred está formada por una serie de líneas de transmisión interconectadas por medio de routers, aparatos de red encargados de rutear o dirigir los paquetes hacia la LAN o host adecuado, enviándose éstos de un router a otro. Su tamaño puede oscilar entre 100 y 1000 kilómetros.
• Redes internet. Internet es una red de redes, vinculadas mediante ruteadores gateways. Un gateway o pasarela es un computador especial que puede traducir información entre sistemas con formato de datos diferentes. Su tamaño puede ser desde 10000 kilómetros en adelante, y su ejemplo más claro es Internet, la red de redes mundial.
• Redes inalámbricas. Las redes inalámbricas son redes cuyos medios físicos no son cables de cobre de ningún tipo, lo que las diferencia de las redes anteriores. Están basadas en la transmisión de datos mediante ondas de radio, microondas, satélites o infrarrojos.
1.3.2 Redes según la tecnología de transmisión
red. Cualquier paquete de datos enviado por cualquier máquina es recibido por todas las de la red.
b. Redes Point-To-Point. Aquellas en las que existen muchas conexiones entre parejas individuales de máquinas. Para poder transmitir los paquetes desde una máquina a otra a veces es necesario que éstos pasen por máquinas intermedias, siendo obligado en tales casos un trazado de rutas mediante dispositivos routers.
1.3.3 Redes según el tipo de transferencia de datos que soportan
• Redes de transmisión simple. Son aquellas redes en las que los datos sólo pueden viajar en un sentido.
• Redes Half-Duplex. Aquellas en las que los datos pueden viajar en ambos sentidos, pero sólo en uno de ellos en un momento dado. Es decir, sólo puede haber transferencia en un sentido a la vez.
• Redes Full-Duplex. Aquellas en las que los datos pueden viajar en ambos sentidos a la vez.
1.4
Sistema de transmisión
En Telecomunicación, un sistema de transmisión es un conjunto de elementos interconectados que se utiliza para transmitir una señal de un lugar a otro. La señal transmitida puede ser eléctrica, óptica o de radiofrecuencia.
1.4.1 Medios de transmisión
La naturaleza del medio junto con la de la señal que se transmite a través de él constituye los factores determinantes de las características y la calidad de la transmisión.
1.4.1.1 Medios guiados
Los medios guiados conducen (guían) las ondas a través de un camino físico, ejemplos de estos medios son el cable coaxial, la fibra óptica y el par trenzado.
En el caso de medios guiados es el propio medio el que determina el que determina principalmente las limitaciones de la transmisión: velocidad de transmisión de los datos, ancho de banda que puede soportar y espaciado entre repetidores.
1.4.1.2 Medios no guiados
Los medios no guiados proporcionan un soporte para que las ondas se transmitan, pero no las dirigen; como ejemplo de ellos tenemos el aire y el vacío.
Sin embargo, al utilizar medios no guiados resulta más determinante en la transmisión el espectro de frecuencia (véase anexo C) de la señal producida por la antena que el propio medio de transmisión. Los medios no guiados o sin cable han tenido gran importancia ya que al ser un buen medio de cubrir grandes distancias conLíneas Aéreas / Microondas y hacia cualquier dirección, su mayor logro se dio desde la conquista espacial a través de los satélites y su tecnología no para de cambiar. De manera general podemos definir las siguientes características de este tipo de medios: a transmisión y recepción se realiza por medio de antena, las cuales deben estar alineadas cuando la transmisión es direccional, o si es omnidireccional la señal se propaga en todas las direcciones.
1.4.2 Equipos de Transmisión
Los equipos de transmisión más comunes son:
a. Repetidores y regeneradores.- Reconstruyen la señal durante su propagación, con lo cual permiten recorrer grandes distancias por cualquiera de los medios físicos, sin pérdida de sus características. Los repetidores se destinan a señales analógicas y los regeneradores a las digitales.
b. Concentradores y multiplexores.- Los multiplexores facilitan la agrupación de varios conjuntos de cables metálicos y fibras individuales para conectarlos a un único medio de transmisión. Los concentradores realizan la misma función pero cuando hay que conectar varios equipos terminales.
c. Emisores y receptores.- Se encarga de suministrar a la señal de información la energía necesaria para su propagación a través del medio físico.
1.4.2.1 Sistemas de conmutación (encaminamiento de la información)
Posibilitan el encaminamiento de las señales desde un punto geográfico a otro independientemente de los medios de transmisión que lo soportan. Permiten que una misma información pueda pasar de un lugar a otro por diferentes rutas y medios físicos. Ejemplo de sistema de conmutación más conocido es la central de conmutación.
1.4.2.2 Equipos terminales
a. Equipos terminales de circuito de datos (ETCD, se conectan directamente a la línea telefónica, ej. el modem)
b. Equipos terminales de datos (LED, fax, pantalla, ordenador) c. Equipos terminales de voz e imagen (videoconferencia, teléfono)
1.4.2.3 Elementos Lógicos
Constituyen los procedimientos de control de sus elementos físicos y de tratamiento de la información que por ellos circula. También están sometidos a normas, para las cuales en su diseño hay que considerar las siguientes condiciones:
a. Tecnológicos.- Elementos físicos diferentes, métodos de señalización distintos
b. Geográficos.- Distancia entre usuarios, entornos ambientales cambiantes
c. Representación de la información.- Formatos, sintaxis, códigos
d. Servicios a los usuarios.- Fronteras territoriales, propietarios con legislaciones variadas (públicos y privados), aplicaciones diversas (usuarios).
Para su adecuada transferencia de un punto a otro, y se clasifican en:
• Procedimiento de control de los elementos físicos (transmisión, conmutación y terminales).- Se encargan de superar fundamentalmente las condiciones tecnológicas y geográficas de la red global.
C
APÍTULO 2
|
“REDES LAN,
CAPITULO 2. REDES LAN, WAN E INALÁMBRICAS
2.1
Redes LAN
Red de Área Local o LAN (Local Area Network) es un grupo de computadoras y dispositivos periféricos conectados entre sí mediante algún medio de comunicaciones. El objetivo de construir redes LAN es el de compartir recursos de hardware y software.
Algunas funciones que se pueden realizar son y se muestran en la figura 2.1:
• Transferencia de archivos
• Correo electrónico
• Compartir recursos de hardware como impresoras, discos duros, módems, CD-ROM’s, etc.
• Comunicación entre PC’s
• Implementación de Intranets
Fig 2.1 Modelo de una Red LAN
2.1.1 Ethernet 802.3
Es la tecnología LAN de uso más frecuente. Ethernet es la tecnología LAN más usada actualmente. Ethernet es popular porque permite un buen equilibrio entre velocidad, costo y facilidad de instalación.
los Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) como IEEE Standard 802.3. Adhiriéndose a la norma de IEEE, los equipos y protocolos de red pueden interoperatividad eficazmente
Actualmente, Ethernet e IEEE 802.3 son los protocolos de red de área local (LAN) más utilizados. El término Ethernet suele utilizarse para hacer referencia a las LAN de acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones CSMA/CD (para más detalle del protocolo CSMA/CD véase en anexo A) que se adaptan a las especificaciones Ethernet, entre las que se incluye IEEE 802.3. Ethernet se diseño para rellenar el espacio central entre las redes a larga distancia y de baja velocidad y las redes de sala, especializadas, que transportan datos a alta velocidades y a distancias limitadas, ethernet es una buena opción para las aplicaciones en que un medio de comunicación local debe transportar tráfico esporádico, ocasionalmente denso a altas velocidades.
El término Ethernet hace referencia a la familia de implementaciones LAN que incluye tres categorías principales:
• Ethernet e IEEE 802.3 especificaciones LAN que funcionan a 10 Mbps sobre cable coaxial y de par trenzado.
• 100-Mbps, una especificación LAN, también conocida como Fast Ethernet, que funciona a 100 Mbps sobre cable de par trenzado.
• 1000-Mbps, una especificación también conocida como Gigabit Ethernet, que funciona a 1000 Mbps (1 Gbps) sobre cable de par trenzado y fibra.
Ethernet ha sobrevivido como tecnología de medios debido a su tremenda flexibilidad ya que es muy fácil de implementar y entender. Aunque se ha promovido otras tecnologías sustitutivas, los administradores de redes han seguido y siguen confiando en Ethernet y sus derivados como soluciones efectivas a una amplia gama de requisitos de implementaciones de campus.
2.1.1.1 Conexiones Físicas de Ethernet
Las normas de cableado Ethernet e IEEE 802.3 definen una LAN de topología en bus que funciona a 10 Mbps algunas de las normas más importantes son: 10Base2, 10Base5, 10BaseT.
Existen básicamente dos tipos de cable coaxial:
• Banda Ancha – Normalmente mueve señales analógicas, posibilitando la transmisión de gran cantidad de información por varias frecuencias, y su uso más común es la televisión por cable. Señal unidireccional.
Existen variedades de Ethernet como se observa en la figura 2.2, relacionadas con el tipo de cableado empleado y con la velocidad de transmisión.
TIPO MEDIO BANDA MAXIMO ANCHO DE LONGITUD MAXIMA DE SEGMENTO TOPOLOGIA FISICA TOPOLOGIA LOGICA
10Base5 Coaxial grueso 10 Mbps 500 m Bus Bus
10Base-T UTP Cat 5 10 Mbps 100 m Estrella, Estrella extendida Bus
10Base-FL Fibra óptica multimodo 10 Mbps 2000 m Estrella Bus
100Base-TX UTP Cat 5 100 Mbps 100 m Estrella Bus
100Base-FX Fibra óptica multimodo 100 Mbps 2000 m Estrella Bus
1000Base-T UTP Cat 5 1000 Mbps 100 m Estrella Bus
Fig. 2.2 Variedades de red Ethernet
2.1.1.2 Ethernet y el modelo OSI
Ethernet opera en dos áreas del modelo OSI (véase en anexo A), la mitad inferior de la capa de enlace de datos, conocida como subcapa MAC y la capa física.
Para mover datos entre una estación Ethernet y otra, a menudo, estos pasan a través de un repetidor. Todas las demás estaciones del mismo dominio de colisión ven el tráfico que pasa a través del repetidor. Un dominio de colisión es entonces un recurso compartido. Los problemas que se originan en una parte del dominio de colisión generalmente tienen impacto en todo el dominio.
Un repetidor es responsable de enviar todo el tráfico al resto de los puertos. El tráfico que el repetidor recibe nunca se envía al puerto por el cual lo recibe. Se enviará toda señal que el repetidor detecte. Si la señal se degrada por atenuación o ruido, el repetidor intenta reconstruirla y regenerarla.
Los estándares garantizan un mínimo ancho de banda y operabilidad especificando el máximo número de estaciones por segmento, la longitud máxima del mismo, el máximo número de repetidores entre estaciones, etc.
Las estaciones separadas por repetidores se encuentran dentro del mismo domino de colisión. Las estaciones separadas por puentes o routers se encuentran en dominios de colisión diferentes.
corrientes de bits que se transportan en los medios, componentes que transmiten la señal a los medios y las distintas topologías. La Capa 1 de Ethernet tiene un papel clave en la comunicación que se produce entre los dispositivos, pero cada una de estas funciones tiene limitaciones. La Capa 2 se ocupa de estas limitaciones.
Resumen de características de las capas 1 y 2
Fig. 2.3 Ethernet y el modelo OSI
Las subcapas de enlace de datos contribuyen significativamente a la compatibilidad de tecnología y comunicación con el computador. La subcapa MAC trata los componentes físicos que se utilizarán para comunicar la información. La subcapa de Control de Enlace Lógico (LLC) sigue siendo relativamente independiente del equipo físico que se utiliza en el proceso de comunicación.
2.1.1.3 Medios de Ethernet y los requisitos para los conectores
Fig. 2.4 Conexiones en capa física
La figura 2.5, muestra los diferentes tipos de conexión utilizados en cada implementación de la capa física. El jack y el conector del jack registrado RJ-45 son los más comunes.
En algunos casos el conector de la tarjeta de interfaz de de red (NIC) no se ajusta al medio al que se tiene que conectar. Como se ve en la figura 1 puede existir una interfaz para el conector de interfaz de unidad de conexión (AUI) de 15 pins. El conector AUI permite que medios diferentes se conecten cuando se usan con el transceptor apropiado. Un transceptor es un adaptado que convierte un tipo de conexión a otra.
EIA/TIA especifica el uso de un conector RJ-45 para cables UTP. Las letras RJ significan “registered jack” (jack registrado), y el número 45 se refiere a una secuencia específica de cableado. El conector transparente RJ.45 muestra 8 hilos de distintos colores. Cuatro de estos hilos conducen el voltaje y se consideran “tip” punta (T1 a T4). Los otros cuatro hilos están conectados a tierra y se llaman “ring” (anillo) (R1 a R4). Tip y ring son términos que surgieron al comienzo de la era telefónica. Hoy en día esos términos se refieren al hilo positivo y al hilo negativo de un par. Los hilos del primer par de un cable o conector se llaman T1 y R1. El segundo par son T2 y R2 y así sucesivamente.
EL conector RJ-45 es el componente macho, engarzado al extremo del cable, cuando se ve el conector macho de enfrente, las ubicaciones de los pins están numeradas desde 8 a la izquierda, hasta 1 a la derecha.
Fig. 2.5 Conector RJ45
Utilice cables de conexión directa para el siguiente cableado:
• Switch a PC o servidor
• Hub a PC o servidor
Utilice cables de conexión cruzada para el siguiente cableado:
• Switch a switch
• Switch a hub
• Hub a hub
• Router a router
• PC a PC
• Router a PC
2.2
Redes WAN
2.2.1 Topología de Redes WAN
Cuando se usa una subred punto a punto, una consideración de diseño importante es la topología de interconexión del enrutador algunas posibles topologías son: Estrella, Anillo, Árbol, Completa Intersección de anillo Irregular. Las redes WAN típicamente tienen topologías irregulares.
En la figura 2.6 se muestra una WAN típica junto con el equipo requerido para las conexiones. Un enrutador envía el tráfico desde la red local, a través de la conexión de área extensa, hacia el destino remoto. El enrutador puede estar conectado tanto a una línea analógica como a una línea digital. En este tipo de conexión, los enrutadores se conectan a las líneas analógicas a través de módem o a líneas digitales a través de Unidades de Servicio de Canal/Unidades de Servicio de Datos (CSU/DSUs: Channel Service Unit/Data Service Units). El tipo de servicio de transmisión determina la clase de equipo que el área extensa necesita para su funcionamiento.
2.2.2 Líneas Dedicadas y Líneas Conmutadas
Las redes WAN pueden incluir tanto líneas dedicadas como líneas conmutadas. Una línea dedicada es una conexión permanente entre dos puntos que normalmente se alquila por meses. Un servicio de línea conmutada no requiere conexiones permanentes entre dos puntos fijos, en su lugar, permite a los usuarios establecer conexiones temporales entre múltiples puntos cuya duración corresponde a la de la transmisión de datos. Existen dos tipos de servicios conmutados: servicios de conmutación de circuitos, similares a los servicios utilizados en las llamadas telefónicas; y los servicios de conmutación de paquetes, que se ajustan mejor a la transmisión de datos.
La Fig.2.7 nos muestra una comparación que a continuación detallaremos
Fig. 2.7 Tecnologías WAN
2.2.2.1 Servicios de conmutación de circuitos
La capacidad de los enlaces troncales es igual a la suma de los requerimientos de los clientes.
• Para comunicaciones de velocidad constante: voz y vídeo.
• Para un número no muy grande de sitios.
• Para comunicaciones en general a distancias cortas.
2.2.2.2 Servicios de conmutación de paquetes
La información se divide en paquetes con un número variable de Bytes. La capacidad del enlace troncal se “reparte” de acuerdo a las necesidades de cada cliente. Los paquetes de información se “etiquetan” para reconocerlos
• Para comunicaciones de datos a distancias largas.
• Para un numero grande de sitios
Fig. 2.8 Circuito virtual
2.2.3 Circuito virtual
Un circuito virtual se va formando a través de la conexión lógica entre elementos de conmutación, mediante una identificación que se lleva en cada paquete.
Existen dos tipos de Circuitos Virtuales
2.2.3.1 Circuito virtual permanente
Similar a una línea privada en la telefonía. Ideal para pocos sitios y mucha comunicación entre ellos. En este caso los circuitos se establecen al momento de la contratación y mantienen el enlaces permanente, disponibles al 100% del tiempo, nunca está ocupado.
2.2.3.2 Circuito virtual conmutado
Línea no dedicada (Datos -dial-up conection-) se puede definir como una línea en la que sólo se establecerá la conexión cuando se realice una petición de transferencia, el resto del tiempo permanecerá cerrado. Para enviar un paquete tengo que “marcar” el numero.
2.2.3.3 Servicio con Conexión
Antes de iniciar el flujo de información, se establece la ruta a través de los conmutadores basándose en la posición de los extremos que desean comunicarse (A y B).
Enseguida comienzan los paquetes de información a ser transmitido en forma secuencial, pero siempre por la misma ruta. La ruta que se establece puede ser permanente (PVC) o conmutada (SVC).
Fig. 2.9 Servicio con conexión
2.2.3.4 Servicio sin Conexión
Fig. 2.10 Servicio con conexión
2.2.4 Redes Públicas
Las redes públicas son los recursos de telecomunicación de área extensa pertenecientes a las operadoras y ofrecidos a los usuarios a través de suscripción. Estas operadoras incluyen a compañías de servicios de comunicación local.
Compañías de servicios de comunicación a larga distancia. Una compañía de comunicación a larga distancia IXC: Telecomunicaciones que suministra servicios de larga distancia como. Proveedores de servicios de valor añadido .Los proveedores de servicio de valor añadido (VACs: Value-added carriers) como, ofrecen con frecuencia, servicios de comunicación de área amplia como complemento a su verdadero negocio.
2.2.5 Redes Privadas
Una red privada es una red de comunicaciones privada construida, mantenida y controlada por la organización a la que sirve. Como mínimo una red privada requiere sus propios equipos de conmutación y de comunicaciones. Puede también, emplear sus propios servicios de comunicación o alquilar los servicios de una red pública o de otras redes privadas que hayan construido sus propias líneas de comunicaciones.
2.2.6 Líneas Analógicas
Las líneas analógicas son las típicas líneas de voz desarrolladas inicialmente para llevar tráfico de voz. Este tipo de líneas son parte del servicio telefónico tradicional, por lo que se encuentran en cualquier lugar. Aunque el tráfico de datos digitales no es compatible con las señales de portadora analógica, se puede transmitir tráfico digital sobre líneas analógicas utilizando un módem, el cual modula las señales digitales sobre servicios de portadora analógica. La máxima tasa de transferencia de tráfico digital posible sobre líneas analógicas está en 43,000 bps.
2.2.7 Líneas Digitales
Las líneas digitales están diseñadas para transportar tráfico de datos, que es digital por naturaleza. En vez de utilizar un módem para cargar datos sobre una señal portadora digital, utilizará un canal de servicio digital/unidad de servicio de datos (CSU/DSU), el cual únicamente proporciona una interfaz a la línea digital. Las líneas digitales pueden transmitir tráfico de datos a velocidades de hasta 45 Mbps y están disponibles tanto para servicios dedicados como conmutados.
2.2.8 Tecnologías WAN
Los protocolos de capa física WAN describen cómo proporcionar conexiones eléctricas, mecánicas, operacionales, y funcionales para los servicios de una red de área amplia. Estos servicios se obtienen en la mayoría de los casos de proveedores de servicio WAN tales como las compañías telefónicas, portadoras alternas, y agencias de Correo, Teléfono, y Telégrafo (PTT: Post, Telephone and Telegraph).
Los protocolos de enlace de datos WAN describen cómo los marcos se llevan entre los sistemas en un único enlace de datos. Incluyen los protocolos diseñados para operar sobre recursos punto a punto dedicados, recursos multipunto basados en recursos dedicados, y los servicios conmutados multiacceso tales como Frame Relay.
Los estándares WAN son definidos y manejados por un número de autoridades reconocidas incluyendo las siguientes agencias:
• International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector (ITU-T), antes el Consultative Committee for Intemational Telegraph and Telephone (CCITT).
• Intemational Organization for Standardization (ISO).
• Intemet Engineering Task Force (IETF).
• Electronic Industries Association (ETA).
2.2.8.1 Capa Física: WAN
La capa física WAN describe la interfaz entre el equipo terminal de datos (DTE) y el equipo de conexión de los datos (DCE). Típicamente, el DCE es el proveedor de servicio, y el DTE es el dispositivo asociado. En este modelo, los servicios ofrecidos al DTE se hacen disponibles a través de un módem o unidad de servicio del canal/unidad de servicios de datos (CSU/DSU).
Algunos estándares de la capa física que especifican esta interfaz son:
• EIA/TIA-232D: Esta norma fue definida como una interfaz estándar para conectar un DTE a un DCE.
• EIA/TIA-449: Junto a la 422 y 423 forman la norma para transmisión en serie que extienden las distancias y velocidades de transmisión más allá de la norma 232.
• V.35: Según su definición original, serviría para conectar un DTE a un DCE síncrono de banda ancha (analógico) que operara en el intervalo de 48 a 168 kbps.
• X.21: Estándar CCITT para redes de conmutación de circuitos. Conecta un DTE al DCE de una red de datos pública.
• G.703: Recomendaciones del ITU-T, antiguamente CCITT, relativas a los aspectos generales de una interfaz.
• EIA-530: Presenta el mismo conjunto de señales que la EIA-232D.
• High-Speed Serial Interface (HSSI): Estándar de red para las conexiones seriales de alta velocidad (hasta 52 Mbps) sobre conexiones WAN.
2.2.8.2 Capa de Enlace de Datos: Protocolos WAN
Las tramas más comunes en la capa de enlace de datos, asociadas con las líneas seriales sincrónicos se enumeran a continuación:
• Synchronous Data Link Control (SDLC). Es un protocolo orientado a dígitos desarrollado por IBM.
• DLC define un ambiente WAN multipunto que permite que varias estaciones se conecten a un recurso dedicado.
• SDLC define una estación primaria y una o más estaciones secundarias. La comunicación siempre es entre la estación primaria y una de sus estaciones secundarias. Las estaciones secundarias no pueden comunicarse entre sí directamente.
Frame Relay puede enviar la información de la capa 2 muy rápidamente, comparado con otros protocolos WAN.
• Point-to-Point Protocol (PPP). Descrito por el RFC 1661, dos estándares desarrollados por el IETF. El PPP contiene un campo de protocolo para identificar el protocolo de la capa de red.
• X.25. Define la conexión entre una terminal y una red de conmutación de paquetes.
• Integrated Services Digital Network (ISDN). Un conjunto de servicios digitales que transmite voz y datos sobre las líneas de teléfono existentes.
2.2.9 Servicios de Comunicación de Datos
2.2.9.1 X.25
Muchas redes públicas antiguas, en especial en países del área, siguen un estándar llamado X.25 que el Comité Consultivo Internacional para la Telegrafía y Telefonía (CCITT: Consultive Committee for Telegraph and Telephone) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU: Institute of Telecommunications Union) desarrolló durante la década de 1970 para proveer una interfaz entre las redes públicas de conmutación de paquetes y sus clientes. La figura 2.12 muestra un ejemplo de este tipo de redes.
La recomendación X.25 se había desarrollado, principalmente, para conectar terminales remotos sin inteligencia a computadoras centrales. Sin embargo su flexibilidad y fiabilidad hicieron de ella una plataforma perfecta sobre la que basar una generación entera de estándares de comunicación de datos.
X.25 es una interfaz orientada a la conexión para una red de área extensa de conmutación de paquetes, que utiliza circuitos virtuales para enviar paquetes individuales de datos a su correspondiente destino en la red.
Un paquete de datos es una unidad de información que puede viajar de manera independiente desde su lugar de origen hasta su destino. Los paquetes tienen dos partes principales: la información de direccionamiento y los propios datos. Además de las direcciones de origen y destino, las cabeceras pueden incluir información de encaminamiento, comprobación de errores y control.
Fig. 2.11 Trama X.25
• Delimitador de comienzo de trama
• Campo del nivel de enlace
• Campo del nivel de red
• Campo de datos de usuario
• Secuencia de verificación de trama
• Delimitador de fin de trama
Fig. 2.12 Red X.25 con recursos comunes.
Las comunicaciones basadas en paquetes fraccionan la información en muchos paquetes de datos más pequeños, cada uno con su dirección. La estación emisora envía estos paquetes a través de la red hacia la estación destino. La estación receptora ensambla los paquetes recibidos, recomponiéndose la unidad de información original. El equipo que fragmenta, gestiona y ensambla los paquetes recibe el nombre de ensamblador/desensamblador de paquetes (packet assembler/disassembler) o simplemente PAD.
Tres protocolos adicionales gobiernan el trabajo interno de un PAD:
• X.3, que especifica realmente cómo el PAD ensambla y desensambla los paquetes de datos.
• X.28, que especifica la interfaz entre el equipo terminal de datos y el PAD.
• X.29, que define la interfaz entre el equipo de comunicaciones de datos y el PAD.
Las redes de conmutación de paquetes prestan un servicio no orientado a la conexión, es decir no se establece conexión alguna antes de la transferencia de datos entre las terminales emisora y receptora. Los paquetes son transmitidos en el medio tan pronto son recibidos por la interfaz de red, por lo que no existe retardo de establecimiento o liberación de llamada.
Una red de conmutación de paquetes es realmente una densa malla de conexiones punto a punto. Por definición, una red de conmutación de paquetes proporciona una conectividad "todos con todos", permitiendo de esta manera que cualquier estación en la red puede transmitir datos a cualquier otra estación en la red a través de una amplia variedad de posibles caminos de transmisión. Debido a dicha conectividad universal, las redes de conmutación de paquetes se representan como nubes.
2.2.9.2 Frame Relay
El Frame Relay (FRL) se presenta como la primera adecuación de las redes de datos a las nuevas tecnologías digitales de transmisión y a los grandes avances en computación. Al principio Frame Relay estaba orientado para la transmisión de datos y en este sentido puede ser visto como el heredero natural de las redes públicas de conmutación de paquetes con las que compite en clara ventaja.
Originalmente fue estandarizado por el CCITT como un servicio para optimizar el uso de los canales del ISDN en banda estrecha y adecuarlos a la transmisión de datos. Sin embargo el posterior desarrollo de los acontecimientos lo han convertido en un Interface de red independiente de ISDN y paradójicamente muy pocas redes ISDN han llegado a implementarlo.
El envió de tramas es si un usuario X desea enviar información a un usuario Y. Lo primero será verificar la existencia del circuito virtual en caso de utilizar conexiones permanentes (Circuito Virtual Permanente PVC) o bien establecer el circuito virtual en el caso de utilizar conexiones conmutadas (Circuito Virtual Conmutado SVC).
Una vez establecida la ruta entre los usuarios la información ya puede ser entregada a la red aunque deberá ser segmentada en tramas a las que se les añadirían cabeceras y delimitadores de sincronismo.
2.2.9.3 RDSI: Red Digital de Servicios Integrados (ISDN)
En 1984 apareció el primer estándar ISDN para definición de interfaces digitales punto a punto, definido por el CCITT. El CCITT definió estándares adicionales en 1988. ISDN fue considerada como un gran avance por dos razones: en primer lugar, porque especificaba servicios para redes digitales que operarían a través de las redes telefónicas digitales existentes; y porque ofrecía un límite de rendimiento de 2 Mbps en el enlace local y bien 64 Kbps o 128 Kbps a través del área extensa. En los orígenes de ISDN banda estrecha el límite de velocidad de los módem era de 9,600 bps.
ISDN es considerado en la actualidad, como una forma rentable de proporcionar:
• Acceso remoto para usuarios que se conectan a las LANs de sus compañías.
• Un enlace apropiado para ciertas conexiones entre LAN.
• Tráfico de fax entre oficinas con gran ancho de banda.
• Acceso a Internet a alta velocidad.
Las Aplicaciones con las que cuenta son:
• Terminales multiservicio.
• Servicio de videoconferencia.
• Integración de redes diversas.
• Respaldo para redes privadas
• Acceso a Internet.
• Oportunidad para el desarrollo de nuevas aplicaciones.
2.2.9.4 ATM
Modo de Transferencia Asíncrona (ATM) es una tecnología de conmutación y transmisión a muy alta velocidad que permite enviar voz, vídeo y datos sobre la misma red, a velocidades que varían de 25 Mbps (millones de bits por segundo) a 1 Gbps (mil millones de bits por segundo) lo cual permite reducir los costos de operación de las redes y ofrecer grandes anchos de banda a precios económicos.
El protocolo ATM posee una capacidad de transmisión miles de veces superior a la de los medios convencionales.
En los sistemas de conmutación de paquetes una aplicación puede utilizar todo el ancho de banda, cuando se requiera y, no solamente, una fracción del ancho de banda todo el tiempo, como el caso de la tecnología TDM (Multiplexaje por división de tiempo).
ATM ofrece a los usuarios las ventajas de ambas tecnologías:
• TDM que asigna ancho de banda permanente a una aplicación
• Conmutación de paquetes
La dirección ATM es única a cada dispositivo (Switch, Puente, Ruteador o Tarjeta ATM de una PC) y le permite identificarse. Se usa de la manera siguiente:
• La dirección ATM solo se usa para solicitar un canal virtual.
• Durante el establecimiento de la llamada solo se usa una vez.
• Una vez aceptada la solicitud se establece una ruta con su respectivo canal, VPI/VCI (Identificador virtual de ruta/Identificador virtual de canal).
• El VPI/VCI asignado, será usado para transferir las celdas ATM no la dirección ATM.
• Existen 2 tipos de servicios en ATM:
• Conexión Virtual Conmutada (Switched Virtual Connection -SVC).
Es creada y liberada dinámicamente y se mantiene en uso solamente durante la duración de la transferencia del dato.
En este sentido es similar a una llamada telefónica. El control dinámico de llamadas requiere de un protocolo de señalización entre el punto terminal de ATM y el switch de ATM.
2.3
Redes Inalámbricas
Una red inalámbrica permite a cualquier empresa la transmisión de datos de manera flexible y segura sin la necesidad de ceñirse al cableado instalado. Una red inalámbrica envía todos los datos necesarios a través de ondas de radio cifradas, lo que elimina la posibilidad de interceptación e interferencias en la señal.
Gracias a esta tecnología se puede llegar hasta donde no el cable no llega, o este es demasiado costoso o complicado de instalar. También proporciona una plataforma para la interconexión en red local de equipos en constante movimiento, portátiles o en instalaciones meramente temporales (para salas de exposiciones, congresos, naves, etc.).
2.3.1 WLAN Red local inalámbrica
La red inalámbrica local es un perfecto sustitutivo del cableado tradicional para montar una red local. En lugar de transmitir la información por medio de cable, se transmiten a través de ondas de radio cifradas, con lo que se elimina una costosa y problemática instalación.
En sólo unos minutos, la red local inalámbrica estará lista para funcionar, transmitiendo fiablemente la información gracias a las antenas emisoras / receptoras.
Esto permite la perfecta movilidad de los equipos en red dentro del radio de cobertura de la red inalámbrica, radio que se extiende en las tres dimensiones y que es fácilmente ampliable con las antenas adecuadas. Esto hace de la red inalámbrica un soporte robusto, seguro y poco problemático para todo tipo de edificios.
Las ondas de la red inalámbrica no se bloquean ni se distorsionan por objetos sólidos, por lo que pasan fácilmente a través de puertas, tabiques, suelos y techos, y su señal cifrada y de frecuencia modificable por el usuario permite la total ausencia de interferencias. Esto hace a nuestra red inalámbrica la solución perfecta para:
• Ampliación de redes locales cableadas.
• Cobertura en puntos de difícil conexión por cable.
• Acceso a la red local para ordenadores portátiles.
Existen dos tipos de Redes Inalámbricas:
1. De Larga Distancia.- Estas son utilizadas para transmitir la información en espacios que pueden
variar desde una misma ciudad o hasta varios países circunvecinos (mejor conocido como Redes de Área Metropolitana MAN); sus velocidades de
Transmisión son relativamente bajas, de 4.8 a 19.2 Kbps.
2. De Corta Distancia.- Estas son utilizadas principalmente en redes corporativas cuyas oficinas se
encuentran en uno o varios edificios que no se encuentran muy retirados entre sí, con velocidades del orden de 280 Kbps hasta los 2 Mbps.
2.3.1.1 Redes de Área Local (LAN).
Las redes inalámbricas se diferencian de las convencionales principalmente en la “Capa Física” y la “Capa de Enlace de Datos”, según el modelo de referencia OSI. La capa física indica como son enviados los bits de una estación a otra. La capa de Enlace de Datos (denominada MAC), se encarga de describir como se empacan y verifican los bits de modo que no tengan errores. Las demás capas forman los protocolos o utilizan puentes, ruteadores o compuertas para conectarse. Los dos métodos para remplazar la capa física en una red inalámbrica son la transmisión de Radio Frecuencia y la Luz Infrarroja.
2.3.1.2 Redes infrarrojas
Las redes de luz infrarroja están limitadas por el espacio y casi generalmente la utilizan redes en las que las estaciones se encuentran en un solo cuarto o piso, algunas compañías que tienen sus oficinas en varios edificios realizan la comunicación colocando los receptores/emisores en las ventanas de los edificios. Las transmisiones de radio frecuencia tienen una desventaja: que los países están tratando de ponerse de acuerdo en cuanto a las bandas que cada uno puede utilizar, al momento de realizar este trabajo ya se han reunido varios países para tratar de organizarse en cuanto a que frecuencias pueden utilizar cada uno.
2.3.1.3 Redes de radio frecuencia
Por el otro lado para las Redes Inalámbricas de Radiofrecuencia, la FCC permitió la operación sin licencia de dispositivos que utilizan 1 Watt de energía o menos, en tres bandas de frecuencia: 902 a 928 MHz, 2,400 a 2,483.5 MHz y 5,725 a 5,850 MHz. Esta bandas de frecuencia, llamadas bandas ISM, estaban anteriormente limitadas a instrumentos científicos, médicos e industriales está abierta para cualquiera. Para minimizar la interferencia se usa una técnica de señal de transmisión llamada
spread-spectrum modulation, la cual tiene potencia de transmisión máxima de 1 Watt. Deberá ser
utilizada en la banda ISM. La idea es tomar una señal de banda convencional y distribuir su energía en un dominio más amplio de frecuencia. Así, la densidad promedio de energía es menor en el espectro equivalente de la señal original.
La idea en las redes es que la señal sea transmitida y recibida con un mínimo de interferencia. Existen dos técnicas para distribuir la señal convencional en un espectro de propagación equivalente:
de propagación conocida. Este método requiere un procesador de señal digital para correlacionar la señal de entrada.
• El salto de frecuencia: Este método es una técnica en la cual los dispositivos receptores y
CAPITULO 3. RADIOENLACE
3.1
Sistemas con línea de vista.
La mayoría de los sistemas de comunicación por radio, en la región de microondas (MO) que están en uso actualmente, se pueden clasificar en dos categorías principales:
1. Sistemas con línea de vista. 2. Sistemas sobre el horizonte.
Los sistemas con línea de vista (LOS Line of Sight) emplean relativamente baja potencia de
transmisión sobre trayectorias de l5 a 75 km. de longitud por enlace, después de los cuales se requiere una estación repetidora para sistemas de comunicación instalados en tierra.
Los sistemas sobre el horizonte emplean altas potencias de transmisión por ejemplo del orden de 50 Kw o más para trayectorias de 75 a 1000 km. de longitud por enlace.
Debido a las necesidades de acomodar un gran número de canales telefónicos y los requisitos para la transmisión de televisión, es necesario emplear frecuencias cada vez más altas en la banda de las súper altas frecuencias (SHF Super High Frecuencies).
Se han diseñado modernos enlaces de microondas para transmitir grandes anchos de banda con modulación en frecuencia hasta los 10 MHz sobre distancia de varios miles de kilómetros con alta calidad de funcionamiento y confiabilidad esenciales para las rutas de comunicación a grandes distancias nacionales e internacionales.
Teóricamente un sistema con LOS puede extenderse sobre terreno favorable y sin barreras naturales sobre una gran distancia por ejemplo de 4500 a 6000 km, empleando muchos puntos de repetición. Sin embargo, la distancia que se puede cubrir por cada enlace, está limitada a distancias cortas tales como 45 a 75 Km. Para enlaces a grandes distancias se emplean los sistemas de propagación sobre el horizonte, esto es por difracción o por dispersión troposférica.
Los sistemas de comunicación por microondas con trayectorias de línea de vista, han adquirido en los últimos 20 años un lugar de considerable importancia en el campo de las comunicaciones. La gran variedad de posibles aplicaciones se extiende por ejemplo, desde sistemas que proporcionan un pequeño número de circuitos telefónicos, a sistemas que proporcionan varios miles de circuitos telefónicos o varios canales de televisión sobre distancias de varios miles de km, con alta calidad de funcionamiento y confiabilidad, lo cual es indispensable para los circuitos troncales nacionales e internacionales.
El interés de emplear la banda de frecuencias arriba de los 300 MHz para propósitos comerciales, comienza a estudiarse a principios de 1930 y uno de los primeros enlaces de microondas con propósito experimental, fue instalado en 1931 a través del Canal de la Mancha entre Dover y Calais. La frecuencia de operación de ese sistema se consideró entonces como una frecuencia extremadamente alta (1700 MHz) y la potencia radiada fue de aproximadamente 1 Watt. Se consideró
entonces como un enorme avance en las técnicas de comunicación que existían en esas fechas y este experimento demostró que la pequeña banda de frecuencias empleada desde 300 a 3,000 MHz, estaba lista para su explotación.
El rápido incremento de los sistemas de microondas por línea de vista puede atribuirse a las siguientes características:
2) Una fácil extensión en la capacidad.
3) Un tiempo de instalación relativamente corto.
4) Mejor adaptación a terrenos poco accesibles y a barreras naturales.
Los campos principales de aplicación para los sistemas de comunicación por línea de vista son los siguientes:
1) Sistemas fijos "integrados" para telefonía o televisión que formen parte de redes nacionales o internacionales.
2) Sistemas fijos "no integrados" para telefonía o televisión los cuales están conectados ocasionalmente con las redes nacionales e internacionales.
3) Sistemas portátiles que se emplean generalmente para propósitos de televisión comercial en eventos especiales o para usos militares, los cuales pueden interconectarse a las redes nacionales e internacionales.
3.2
Ventajas de las comunicaciones por microondas.
Los enlaces a través de redes de microondas, se continúan desarrollando debido a que tienen muchas ventajas comparadas a los enlaces a través de radio, los cuales emplean bajas frecuencias y a los sistemas de portadora por medio de líneas aéreas.
Las ventajas de la comunicación por microondas son las siguientes:
1. Alta ganancia de la antena:suponiendo que el área de una antena es constante, entonces la ganancia de la antena será inversamente proporcional al cuadrado de la longitud de onda. Por lo tanto es fácil hacer una antena con alta ganancia en la región de microondas debido a que la longitud de onda es pequeña. Por otra parte la pérdida de propagación en el espacio libre es proporcional al cuadrado de la longitud de onda. Por ejemplo, en el caso de 4 GHz la ganancia de una antena parabólica de 3 metros de diámetro es alrededor de 42 dBi y la pérdida del espacio libre para una trayectoria de 50 km es de alrededor de 138 dB. La suma de las ganancias de las antenas transmisora y receptora compensará con 84 dB, por lo tanto, la pérdida por dispersión será de 54 dB, así la potencia de salida requerida del transmisor de microondas para comunicación dentro de la línea de vista puede ser del orden de unos cuantos Watts, para la transmisión de 960 canales telefónicos o un canal de TV.
2. Alta directividad de la antena:es fácil obtener una antena altamente directiva. Por ejemplo, en el caso de una antena parabólica de 3 m. de diámetro empleada a 4 GHz, la relación frente-espalda es de alrededor de 65 dB y la pérdida por acoplamiento lado a lado para dos antenas parabólicas es menor de -80 dB. La interferencia en una estación repetidora con 4 antenas parabólicas es más pequeña en la región de microondas que a frecuencias bajas.
Fig. 3.1 Distribución de frecuencias para estaciones repetidoras para enlaces por microondas.
3. Adaptabilidad de la transmisión de Banda Ancha: las señales de TV ocupan alrededor de 6 MHz de ancho de banda y 600 canales telefónicos ocupan alrededor de 2.5 MHz de ancho de banda. En virtud de que la frecuencia es alta en la región de microondas, la relación del ancho de banda ocupado por las señales de TV o telefonía multicanal a la frecuencia de portadora de microondas es pequeña. Esto facilita el diseño de componentes y equipo para microondas. Es posible emplear una antena de microondas de banda ancha para transmitir varios sistemas de microondas en paralelo.
4. Características de propagación de las microondas: las características de propagación de las microondas dentro de línea de vista son totalmente estables, pero son afectadas por la temperatura y la variación de humedad en las capas atmosféricas cercanas a la tierra. La cantidad de desvanecimiento aumenta cuando aumenta la frecuencia. El efecto de la reflexión de la tierra viene siendo pequeño cuando aumenta la frecuencia, debido a que la primera zona de FRESNEL viene siendo pequeña cuando aumenta la frecuencia. Para evitar el efecto de la reflexión de la tierra, es necesario mantener libre la primera zona de FRESNEL.
5. Relación Señal a Ruido (S/N): dado que la directividad de las antenas puede hacerse muy aguda y la propagación en microondas está limitada a la línea de vista, existe pequeña interferencia, y se puede adoptar el sistema de modulación en frecuencia. Así la relación señal a ruido (S/N), puede mejorarse y la variación del nivel de salida de la señal puede también hacerse pequeño, aún cuando exista desvanecimiento en la propagación.
6. Ruidos artificiales y naturales: en la banda de frecuencias muy altas (VHF Very High Frecuencies), los ruidos artificiales dentro de las ciudades son relativamente grandes. Sin
embargo cuando la frecuencia aumenta, los ruidos vienen siendo pequeños.
7. Alta confiabilidad de las redes de microondas: las redes de microondas están formadas por muchos puntos en los cuales se colocan estaciones repetidoras, mientras que las redes de portadoras por líneas aéreas se componen de líneas de transmisión incluyendo estaciones repetidoras. Los sistemas de microondas los cuales no emplean líneas de transmisión, hacen que el sistema sea más confiable en comparación con los sistemas que si las emplean, contra inundaciones, tifones, temblores, etc.
8. Fácil Instalación: el tiempo que se requiere para la instalación de las redes de microondas, es más corto que el que se requiere para la instalación de redes de portadora por líneas aéreas. 9. Bajo costo de instalación:la inversión para la instalación de un sistema de microondas y la de
