INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD CULHUACÁN
SEMINARIO DE TITULACIÓN:
“INTERCONECTIVIDAD Y SEGMENTACIÓN EN REDES DE ALTA VELOCIDAD”
FNS5052005/13/2008
IMPLEMENTACIÓN DEL SERVICIO DE VoIP EN UNA INFRAESTRUCTURA DE RED
YA EXISTENTE EN LA EMPRESA GRUPO KDS
T E S I N A
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTAN
ÁLVAREZ HERNÁNDEZ MARÍA ELENA CONDE LIRA ALEJANDRO ADRIÁN
ESTRADA DÍAZ RAMÓN RODRIGO PINEDA PÉREZ ERIC OMAR DE JESÚS
MÉXICO, D.F. 2008
I
AGRADECIMIENTOS
A MIS PADRES
Por su apoyo incondicional, por los esfuerzos que hicieron para que yo lograra terminar una carrera profesional, por su cariño, comprensión, sus consejos y los valores que me han dado e inculcado desde pequeña para ser una buena persona. Por enseñarme a disfrutar cada etapa de mi vida y no dejarme vencer, este logro es de ustedes, GRACIAS.
A MI HERMANO
Por apoyarme en los baches que se me han presentado y que a pesar de nuestras diferencias y malos ratos, lo apoyo y deseo que también logre esta meta.
A MIS ABUELITOS Y TÍOS
Por su apoyo que me han dado para lograr esta meta, que no nada mas es un triunfo mío también es parte de ustedes, por su cariño, sus consejos, por esos gratos momentos que hemos compartido, por todo lo bueno que me han enseñado, GRACIAS.
A MIS AMIGOS
Ramón, Alejandro y Omar por apoyarme y aguantarme durante este tiempo, por esos buenos y malos momentos que pasamos durante este largo trayecto pero que a final y a pesar de las circunstancias que se nos llegaron a presentar logramos nuestra meta, GRACIAS;pero en especial a ti Ramón por haberme dejado ser parte importante de tu vida, por todo ese apoyo que me has llegado a brindar, GRACIAS.
Gracias a todas esas personas que ha lo largo de los años se han cruzado en mi camino y que me han dejado buenas y malas experiencias de las cuales me han ayudado a ser mejor persona.
María Elena Álvarez Hernández
II
Al Instituto Politécnico Nacional, y en esta etapa de nivel licenciatura a la comunidad de la ESIME Culhuacán, por permitirme formarme en sus aulas no solo como profesionista sino también como ser humano. Gracias a todos y cada uno de los profesores que compartieron su conocimiento conmigo, y que impulsaron en mi persona el deseo de superación, por permitirme aprender los aspectos técnicos, pero también los humanos, por su amistad, por conformar mi carácter y sobre todo por llenar mis días de objetivos por cumplir.A mi familia, con mucho cariño, gracias por su apoyo a lo largo de esta etapa profesional, porque gracias a sus palabras de aliento, a sus consejos, a sus enseñanzas hoy alcanzo una de mis metas, un logro que tratare de recompensarles con creces por todo el esfuerzo y esperanza que han depositado en mí.
Gracias Papá por todo lo que me enseñaste antes de partir, porque a pesar de que seguiré extrañado tu ausencia, se que desde donde estas, velas mis sueños por las noches y acompañas mis pasos en los días, porque a pesar de que ya no puedo contar contigo físicamente, se que sigues viviendo en mi y que lo seguirás haciendo hasta el día en que yo también pueda compartir la dicha de estar con el creador.
A ti, Erika Monter Villarreal, que a lo largo de este tiempo has sido parte importante de mi vida, día con día. Te doy gracias por las palabras de aliento, por la motivación y apoyo para conseguir mis anhelos, también por cada uno de los instantes que vives y compartes a mi lado, por tu amor y el cariño de tu familia, simplemente por llenar mi vida de felicidad.
Con cariño en especial a Grupo KDS de Monterrey, al Sr. Santos Valdivia, a los compañeros y amigos que conforman esta empresa. Gracias por haberme abierto las puertas del campo laboral, por el aprendizaje técnico y el favor de su amistad, pero sobre todo por la comprensión y el apoyo que he recibido para mi superación personal a lo largo de la duración de este proyecto.
Gracias, pero muchas gracias por su amistad: Omar, Ramón y Maria Elena, que a lo largo de estos años han compartido con un servidor, las lágrimas pero también las risas; los momentos tristes y los de fiesta; y sobre todo por el favor de compartir su valioso tiempo y esfuerzo a mi lado.
Alejandro Adrián Conde Lira
III
A mis padres, por ser el principal apoyo a lo largo de mi vida y de mi carrera. Este es el resultado de todo ese apoyo que recibí de ustedes, pues siempre confiaron en mí, siempre estuvieron presentes cuando más los necesitaba y me enseñaron que uno nunca debe rendirse ante las adversidades.A mi hermano, por apoyarme y darme el ejemplo para seguir adelante con este proyecto.
A mis maestros, que además de tratarme como un alumno, me trataron como un amigo y me dieron su confianza, algo por lo cual les voy a estar agradecido.
A mis amigos, Mary, Fabiola, Alejandro, Luis (Cafú) y Omar, muchas gracias por brindarme su amistad y aguantarme durante todo este tiempo, por compartir conmigo sus alegrías, sus tristezas, sus triunfos y por todos aquellos momentos que siempre quedaran grabados en mi mente y en mi corazón, GRACIAS; pero sobre todo a ti Mary que me enseñaste a ver y a vivir las cosas de otra manera y me dejaste ser algo más que tu amigo, GRACIAS.
Ramón Rodrigo Estrada Díaz
IV
A DIOSPorque me ha dado vida y me ha dado la oportunidad de saber lo que se siente al cumplir uno de mis objetivos.
GRACIAS.
A MI MADRE Y HERMANA
Porque gracias al enorme apoyo que tuve de ellas he logrado terminar unos de mis tantos objetivos que tengo en la vida, también porque cuando necesitaba de ellas estaban ahí escuchándome y apoyándome, en los buenos y malos momentos y que de una u otra manera me ayudaban a resolver los problemas que día a día se me fueron presentando.
GRACIAS.
A MI FAMILIA
Porque siempre estuvieron conmigo apoyándome cuando más los necesitaba y que nunca me dejaron solo, aparte de que me ayudaron a seguir adelante para cumplir mi objetivo.
GRACIAS.
A MIS AMIGOS
Porque con ellos he convivido mucho y he pasado buenos momentos de emoción y alegría, momentos malos y que siempre permanecieron a mi lado y yo al de ellos y que de alguna forma me apoyaron y nos apoyamos mutuamente para salir a delante.
GRACIAS.
Eric Omar de Jesús Pineda Pérez
V
OBJETIVO
Implementar el servicio de VoIP en la infraestructura de red ya existente en la empresa Grupo KDS de Monterrey con sede en la Ciudad de México.
PROBLEMÁTICA
La empresa cubre actualmente altos costos en telefonía local y de larga distancia, ya que presenta una alta demanda en el uso del servicio telefónico debido a su presencia en el territorio nacional.
JUSTIFICACIÓN
Con la intención de reducir costos en el servicio telefónico convencional, se implementara el servicio de VoIP sobre la infraestructura de red de datos con la que ya cuenta la empresa.
ALCANCE
Implementar el servicio de VoIP en la infraestructura de red de datos con la que
cuenta la empresa actualmente. Proponer el equipamiento y sus configuraciones.
VI
ÍNDICE
PÁG.
1. Introducción a las redes ...1
1.1 Introducción ...1
1.2 Terminología de redes ...3
1.2.1 Red de área personal (PAN)...3
1.2.2 Red de área local (LAN) ...3
1.2.3 Red de área metropolitana (MAN) ...3
1.2.4 Red de área amplia (WAN)...3
1.2.5 Intranet...4
1.2.6 Extranet...4
1.2.7 Redes privada virtuales (VPN)...4
1.3 Modelo de referencia OSI ...5
1.3.1 Historia...5
1.3.2 Modelo OSI ...5
1.3.2.1 Capa física ...7
1.3.2.2 Capa de enlace de datos ...7
1.3.2.3 Capa de red ...7
1.3.2.4 Capa de transporte ...8
1.3.2.5 Capa de sesión ...8
1.3.2.6 Capa de presentación ...9
1.3.2.7 Capa de aplicación...9
1.4 Topologías de red ...10
1.4.1 Topología de bus ...10
1.4.2 Topología de anillo...11
1.4.3 Topología doble anillo...11
1.4.4 Topología de árbol ...12
1.4.5 Topología de estrella ...12
1.4.6 Topología de mala y totalmente conexa ...13
1.4.7 Topología mixta ...13
1.5 Enrutamientos y protocolos ...14
1.5.1 Protocolos enrutados frente a protocolos de enrutamiento ...15
1.5.2 Funcionamiento del protocolo de la capa de red ...17
1.5.3 Enrutamiento multiprotocolo ...17
2. Telefonía ...19
2.1 Invención del teléfono ...19
2.2 El teléfono ...22
2.3 Partes del aparato telefónico ...24
2.4 Centrales telefónicas ...26
2.5 ¿Qué es la telefonía convencional? ...27
2.6 PBX...29
2.6.1 ¿Entonces que es un PBX?...31
2.7 PSTN ...32
VII
3. Modelo TCP/IP...35
3.1 ¿Qué es TCP/IP? ...35
3.2 Modelo TCP/IP ...36
3.3 Niveles en la pila TCP/IP ...37
3.3.1 Nivel físico...38
3.3.2 Nivel de enlace ...38
3.3.3 Nivel de internet ...39
3.3.4 Nivel de transporte...39
3.3.5 Nivel de aplicación ...40
4. Protocolos de transporte de voz...42
4.1 Introducción a la VoIP...42
4.2 H.323 ...42
4.2.1 Elementos H.323 ...43
4.2.1.1 Gateway ...44
4.2.1.2 Gatekeeper ...44
4.2.1.3 MCU ...44
4.3 Conjunto del protocolo H.323 ...45
4.4 Señalización RAS ...46
4.5 Tunneling H.245 ...48
4.6 Protocolo de inicio de la sesión SIP...48
4.6.1 Transacciones SIP...50
4.6.2 Mensajes SIP...50
4.7 Transporte de medios (RTP/RTCP)...51
4.7.1 Compresión de cabeceras aplicando los estándares RTP/RTCP ...53
4.8 Control de ancho de banda ...53
4.9 Diseño de una red telefónica basada en VoIP...54
4.9.1 Plan de marcación ...57
4.9.1.1 Rutas externas ...57
4.9.1.2 Rutas internas ...57
4.9.1.3 Procesador de llamada ...58
4.9.1.4 Arquitectura real convergente ...59
4.9.2 Códecs...59
4.9.3 Servidor proxy H.323 ...60
4.9.4 Registro...60
4.9.5 Localización del punto final...61
4.9.6 Admisiones ...61
4.9.7 Localización de un usuario ...61
4.9.8 Terminación de llamada...61
VIII
5. Implementación de VoIP en una infraestructura de red ya existenteen la empresa Grupo KDS ...62
5.1 Estado actual ...63
5.2 Planeación ...63
5.2.1 Aspectos generales del software ...64
5.2.2 Componentes...64
5.2.3 Ediciones de Trixbox...65
5.2.4 Características y beneficios ...66
5.2.5 Principales características de Trixbox ...67
5.3 Desarrollo ...69
5.3.1 Configuración de router en Linux...69
5.3.2 Instalación y configuración del software ...69
5.3.3 Configuración de la troncal SIP ...70
5.3.4 Configuración de las extensiones en el FreePBX...70
5.3.5 Configuración del SOFTPHONE...71
5.3.6 Configuración del marcaje ...72
5.3.7 Instalación de módulos ...73
5.4 Pruebas ...74
6. CONCLUSIONES...76
7. ANEXOS...77
8. GLOSARIO...86
9. BIBLIOGRAFÍA...91
1
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN A LAS REDES
1.1 INTRODUCCIÓN
Cada uno de los tres siglos pasados ha estado dominado por una sola tecnología. El siglo XVIII fue la etapa de los grandes sistemas mecánicos que acompañaron a la Revolución Industrial. El siglo XIX fue la época de la máquina de vapor. Durante el siglo XX, la tecnología clave ha sido la recolección, procesamiento y distribución de información. Entre otros desarrollos, hemos asistido a la instalación de redes telefónicas en todo el mundo, a la invención de la radio y la televisión, al nacimiento y crecimiento sin precedente de la industria de los ordenadores (computadores), así como a la puesta en orbita de los satélites de comunicación.
En los últimos años del siglo XX y los primeros del siglo XXI, se ha dado una rápida convergencia de estas áreas, y también las diferencias entre la captura, transporte almacenamiento y procesamiento de información están desapareciendo con rapidez.
Organizaciones con centenares de oficinas dispersas en una amplia área geográfica esperan tener la posibilidad de examinar en forma habitual el estado actual de todas ellas, simplemente oprimiendo una tecla. A medida que crece nuestra habilidad para recolectar procesar y distribuir información, la demanda de más sofisticados procesamientos de información crece todavía con mayor rapidez.
La industria de ordenadores ha mostrado un progreso espectacular en muy corto tiempo.
El viejo modelo de tener un solo ordenador para satisfacer todas las necesidades de cálculo de una organización se está reemplazando con rapidez por otro que considera un número grande de ordenadores separados, pero interconectados, que efectúan el mismo trabajo. Estos sistemas, se conocen con el nombre de redes de ordenadores. Estas nos dan a entender una colección interconectada de ordenadores autónomos. Se dice que los ordenadores están interconectados, si son capaces de intercambiar información. La conexión no necesita hacerse a través de un hilo de cobre, el uso de láser, microondas y satélites de comunicaciones. Al indicar que los ordenadores son autónomos, excluimos los sistemas en los que un ordenador pueda forzosamente arrancar, parar o controlar a otro, éstos no se consideran autónomos.
Podemos entender a las redes de computadoras como el conjunto de técnicas, conexiones físicas y programas informáticos empleados para conectar dos o más equipos de computo. Los usuarios de una red pueden compartir ficheros, impresoras y otros recursos, así como enviar mensajes electrónicos y ejecutar programas en otros ordenadores.
Una red tiene tres niveles de componentes: software de aplicaciones, software de red y hardware de red. El software de aplicaciones está formado por programas informáticos que se comunican con los usuarios de la red y permiten compartir información (como archivos de bases de datos, de documentos, gráficos o vídeos) y recursos (como impresoras o unidades de disco).
2 El software de red consiste en programas informáticos que establecen protocolos, o normas, para que las computadoras se comuniquen entre sí. Estos protocolos se aplican enviando y recibiendo grupos de datos formateados denominados paquetes. Los protocolos indican cómo efectuar conexiones lógicas entre las aplicaciones de la red, dirigir el movimiento de paquetes a través de la red física y minimizar las posibilidades de colisión entre paquetes enviados simultáneamente.
El hardware de red está formado por los componentes materiales que unen las computadoras. Dos componentes importantes son los medios de transmisión que transportan las señales de los ordenadores (típicamente cables estándar o de fibra óptica, aunque también hay redes sin cables que realizan la transmisión por infrarrojos o por radiofrecuencias) y el adaptador de red, que permite acceder al medio material que conecta a los ordenadores, recibir paquetes desde el software de red y transmitir instrucciones y peticiones a otras computadoras. La información se transfiere en forma de dígitos binarios, o bits (unos y ceros), que pueden ser procesados por los circuitos electrónicos de los ordenadores.
Las redes en general, consisten en "compartir recursos", y uno de sus objetivos es hacer que todos los programas, datos y equipo estén disponibles para cualquiera de la red que así lo solicite, sin importar la localización física del recurso y del usuario. Un segundo objetivo consiste en proporcionar una alta fiabilidad, al contar con fuentes alternativas de suministro. Por ejemplo todos los archivos podrían duplicarse en dos o tres máquinas, de tal manera que si una de ellas no se encuentra disponible, podría utilizarse una de las otras copias. Además, la presencia de múltiples CPU significa que si una de ellas deja de funcionar, las otras pueden ser capaces de encargarse de su trabajo, aunque se tenga un rendimiento global menor.
Otro objetivo es el ahorro económico. Los ordenadores pequeños tienen una mejor relación costo/rendimiento, comparada con la ofrecida por las máquinas grandes. Estas son, a grandes rasgos, diez veces más rápidas que el más rápido de los microprocesadores, pero su costo es miles de veces mayor. Este desequilibrio ha ocasionado que muchos diseñadores de sistemas construyan sistemas constituidos por poderosos ordenadores personales, uno por usuario, con los datos guardados una o más máquinas que funcionan como servidor de archivo compartido. Este objetivo conduce al concepto de redes con varios ordenadores en el mismo edificio.
Un punto muy relacionado es la capacidad para aumentar el rendimiento del sistema en forma gradual a medida que crece la carga, simplemente añadiendo más procesadores.
Con máquinas grandes, cuando el sistema esta lleno, deberá reemplazarse con uno mas grande, operación que por lo normal genera un gran gasto y una perturbación inclusive mayor al trabajo de los usuarios. Otro objetivo del establecimiento de una red de ordenadores, es que puede proporcionar un poderoso medio de comunicación entre personas que se encuentran muy alejadas entre si. Con el ejemplo de una red es relativamente fácil para dos o mas personas que viven en lugares separados, escribir informes juntos.
3
1.2 TERMINOLOGÍA DE LAS REDES
Las redes de computadoras se clasifican por su tamaño, es decir la extensión física en que se ubican sus componentes, desde un aula hasta una ciudad, un país o incluso el planeta.
Dicha clasificación determinará los medios físicos y protocolos requeridos para su operación, por ello se han definido los siguientes tipos:
1.2.1 Red de área personal (PAN)
(Personal Area Network, Red de área personal)
Es una red de computadoras para la comunicación entre distintos dispositivos (tanto computadoras, puntos de acceso a internet, teléfonos celulares, PDA, dispositivos de audio, impresoras) cercanos al punto de acceso. Estas redes normalmente son de unos pocos metros y para uso personal, así como fuera de ella.
1.2.2 Red de área local (LAN)
(Local Area Network, Red de área local)
Es la interconexión de varios ordenadores y periféricos. Su extensión esta limitada físicamente a un edificio o a un entorno de hasta 100 metros. Su aplicación más extendida es la interconexión de ordenadores personales y estaciones de trabajo en oficinas, fábricas, etc., para compartir recursos e intercambiar datos y aplicaciones. En definitiva, permite que dos o más máquinas se comuniquen.
El término red local incluye tanto el hardware como el software necesario para la interconexión de los distintos dispositivos y el tratamiento de la información.
1.2.3 Red de área metropolitana (MAN)
(Metropolitan Area Network, Red de área metropolitana)
Una red de área metropolitana es una red de alta velocidad (banda ancha) que dando cobertura en un área geográfica extensa, proporciona capacidad de integración de múltiples servicios mediante la transmisión de datos, voz y vídeo, sobre medios de transmisión tales como fibra óptica y par trenzado, la tecnología de pares de cobre se posiciona como una excelente alternativa para la creación de redes metropolitanas, por su baja latencia (entre 1 y 50ms), gran estabilidad y la carencia de interferencias radioeléctricas, este tipo de redes ofrecen velocidades que van desde los 2 Mbps y los 155 Mbps.
El concepto de red de área metropolitana representa una evolución del concepto de red de área local a un ámbito más amplio, cubriendo áreas mayores que en algunos casos no se limitan a un entorno metropolitano sino que pueden llegar a una cobertura regional e incluso nacional mediante la interconexión de diferentes redes de área metropolitana.
1.2.4 Red de área amplia (WAN)
(Wide Area Network, Red de área amplia)
Una Red de área amplia es un tipo de red de computadoras capaz de cubrir distancias desde unos 100 hasta unos 1000 Km., dando el servicio a un país o un continente. Un ejemplo de este tipo de redes sería RedIRIS, Internet o cualquier red en la cual no estén en un mismo edificio todos sus miembros (sobre la distancia hay discusión posible).
4 Muchas WAN son construidas por y para una organización o empresa particular y son de uso privado, otras son construidas por los proveedores de Internet (ISP) para proveer de conexión a sus clientes.
1.2.5 Intranet
Una Intranet es un conjunto de contenidos compartidos por un grupo bien definido dentro de una organización. Como señala Steven L. Telleen, presumiblemente el que acuñó dicho término en 1998. Se trata de un concepto relativo al acceso del contenido, por ello sería lo opuesto al término Web (World Wide Web) formado por contenidos libremente accesibles por cualquier público. No tiene que ver con la red física que se utiliza para definir conceptos como Internet o las redes locales (LAN). Tiene como función principal proveer lógica de negocios para aplicaciones de captura, informes y consultas con el fin de facilitar la producción de dichos grupos de trabajo; es también un importante medio de difusión de información interna a nivel de grupo de trabajo. Las redes internas corporativas son potentes herramientas que permiten divulgar información de la compañía a los empleados con efectividad, consiguiendo que estos estén permanentemente informados con las últimas novedades y datos de la organización. Tienen gran valor como repositorio documental, convirtiéndose en un factor determinante para conseguir el objetivo de la oficina sin papeles. Añadiéndoles funcionalidades como un buen buscador y una organización adecuada, se puede conseguir una consulta rápida y eficaz por parte de los empleados de un volumen importante de documentación.
Las intranets también deberían cumplir unos requisitos de accesibilidad web permitiendo su uso a la mayor parte de las personas, independientemente de sus limitaciones físicas o las derivadas de su entorno.
1.2.6 Extranet
Una extranet (extended intranet) es una red privada virtual que utiliza protocolos de Internet, protocolos de comunicación y probablemente infraestructura pública de comunicación para compartir de forma segura parte de la información u operación propia de una organización con proveedores, compradores, socios, clientes o cualquier otro negocio u organización. Se puede decir en otras palabras que una extranet es parte de la Intranet de una organización que se extiende a usuarios fuera de ella. Usualmente utilizando el Internet.
1.2.7 Redes privadas virtuales
(VPN, Virtual Private Network)
La Red Privada Virtual, es una tecnología de red que permite una extensión de la red local sobre una red pública o no controlada, como por ejemplo Internet.
5
1.3 MODELO DE REFERENCIA OSI
El modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI, Open System Interconnection) lanzado en 1984 fue el modelo de red descriptivo creado por ISO (Organización Internacional para la Estandarización); esto es, un marco de referencia para la definición de arquitecturas de interconexión de sistemas de comunicaciones.
1.3.1 Historia
A principios de la década de 1980 el desarrollo de redes sucedió con desorden en muchos sentidos. Se produjo un enorme crecimiento en la cantidad y el tamaño de las redes.
A medida que las empresas tomaron conciencia de las ventajas de usar tecnologías de conexión, las redes se agregaban o expandían a casi la misma velocidad a la que se introducían las nuevas tecnologías de red.
Para mediados de la década de 1980, estas empresas comenzaron a sufrir las consecuencias de la rápida expansión. De la misma forma en que las personas que no hablan un mismo idioma tienen dificultades para comunicarse, las redes que utilizaban diferentes especificaciones e implementaciones tenían dificultades para intercambiar información. El mismo problema surgía con las empresas que desarrollaban tecnologías de conexiones privadas o propietarias. "Propietario" significa que una sola empresa o un pequeño grupo de empresas controlan todo uso de la tecnología. Las tecnologías de conexión que respetaban reglas propietarias en forma estricta no podían comunicarse con tecnologías que usaban reglas propietarias diferentes.
Para enfrentar el problema de incompatibilidad de redes, la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) investigó modelos de conexión como la red de Digital Equipment Corporation (DECnet), la Arquitectura de Sistemas de Red (SNA) y TCP/IP a fin de encontrar un conjunto de reglas aplicables de forma general a todas las redes. Con base en esta investigación, la ISO desarrolló un modelo de red que ayuda a los fabricantes a crear redes que sean compatibles con otras redes.
1.3.2 Modelo OSI
El Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos, OSI (Open System Interconection) proporcionó a los fabricantes un conjunto de estándares que aseguraron una mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de tecnología de red utilizados por las empresas a nivel mundial.
Para poder simplificar el estudio y la implementación de la arquitectura necesaria, la ISO dividió el modelo de referencia OSI en capas, entendiéndose por capa una entidad que realiza de por sí una función específica.
6 subsistemas de comunicaciones deben seguir, para poder comunicarse con sus procesos correspondientes de los otros sistemas.
Esto permite que un proceso que se ejecuta en una computadora, pueda comunicarse con un proceso similar en otra computadora, si tienen implementados los mismos protocolos de comunicaciones de capas OSI.
El modelo en sí mismo no puede ser considerado una arquitectura, ya que no especifica el protocolo que debe ser usado en cada capa, sino que suele hablarse de modelo de referencia. Este modelo está dividido en siete capas:
LA PILA OSI
FIGURA 1.1
MODELO DE REFERENCIA OSI
7
1.3.2.1 Capa física (Capa 1)
La capa física del modelo de referencia OSI es la que se encarga de las conexiones físicas de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico (medios guiados: cable coaxial, cable de par trenzado, fibra óptica y otros tipos de cables; medios no guiados: radio, infrarrojos, microondas, láser y otras redes inalámbricas);
características del medio y la forma en la que se transmite la información (codificación de señal, niveles de tensión/intensidad de corriente eléctrica, modulación, tasa binaria, etc.).
Es la encargada de transmitir los bits de información a través del medio utilizado para la transmisión. Se ocupa de las propiedades físicas y características eléctricas de los diversos componentes; de la velocidad de transmisión, si ésta es unidireccional o bidireccional (símplex, dúplex o full-dúplex). También de aspectos mecánicos de las conexiones y terminales, incluyendo la interpretación de las señales eléctricas/
electromagnéticas. Se encarga de transformar una trama de datos proveniente del nivel de enlace en una señal adecuada al medio físico utilizado en la transmisión. Estos impulsos pueden ser eléctricos (transmisión por cable) o electromagnéticos (transmisión sin cables). Estos últimos, dependiendo de la frecuencia/longitud de onda de la señal pueden ser ópticos, de microondas o de radio. Cuando actúa en modo recepción el trabajo es inverso; se encarga de transformar la señal transmitida en tramas de datos binarios que serán entregados al nivel de enlace.
1.3.2.2 Capa de enlace de datos (Capa 2)
Cualquier medio de transmisión debe ser capaz de proporcionar una transmisión sin errores, es decir, un tránsito de datos fiable a través de un enlace físico. Debe crear y reconocer los límites de las tramas, así como resolver los problemas derivados del deterioro, pérdida o duplicidad de las tramas. También puede incluir algún mecanismo de regulación del tráfico que evite la saturación de un receptor que sea más lento que el emisor.
La capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico, de la topología de la red, del acceso a la red, de la notificación de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo.
Se hace un direccionamiento de los datos en la red ya sea en la distribución adecuada desde un emisor a un receptor, la notificación de errores, de la topología de la red de cualquier tipo. La tarjeta NIC (Network Interface Card, Tarjeta de Interfaz de Red en español o Tarjeta de Red) que se encarga que tengamos conexión, posee una dirección MAC (control de acceso al medio) y la LLC (control de enlace lógico). Los Switches realizan su función en esta capa. La PDU de la capa 2 es la trama.
1.3.2.3 Capa de red (Capa 3)
El cometido de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aún cuando ambos no estén conectados directamente. Los dispositivos que facilitan tal tarea se denominan en castellano encaminadores, aunque es más frecuente encontrar el nombre inglés routers y, en ocasiones enrutadores.
8 fenómeno que se produce cuando una saturación de un nodo tira abajo toda la red (similar a un atasco en un cruce importante en una ciudad grande). La PDU de la capa 3 es el paquete.
Los routers trabajan en esta capa, aunque pueden actuar como switch de nivel 2 en determinados casos, dependiendo de la función que se le asigne. Los firewalls actúan sobre esta capa principalmente, para descartar direcciones de máquinas.
A este nivel se determina la ruta de los datos (Direccionamiento físico) y su receptor final IP.
1.3.2.4 Capa de transporte (Capa 4)
Su función básica es aceptar los datos enviados por las capas superiores, dividirlos en pequeñas partes si es necesario, y pasarlos a la capa de red.
En el caso del modelo OSI, también se asegura que lleguen correctamente al otro lado de la comunicación. Otra característica a destacar es que debe aislar a las capas superiores de las distintas posibles implementaciones de tecnologías de red en las capas inferiores, lo que la convierte en el corazón de la comunicación.
En esta capa se proveen servicios de conexión para la capa de sesión que serán utilizados finalmente por los usuarios de la red al enviar y recibir paquetes. Estos servicios estarán asociados al tipo de comunicación empleada, la cual puede ser diferente según el requerimiento que se le haga a la capa de transporte. Por ejemplo, la comunicación puede ser manejada para que los paquetes sean entregados en el orden exacto en que se enviaron, asegurando una comunicación punto a punto libre de errores, o sin tener en cuenta el orden de envío. Una de las dos modalidades debe establecerse antes de comenzar la comunicación para que una sesión determinada envíe paquetes, y ése será el tipo de servicio brindado por la capa de transporte hasta que la sesión finalice. De la explicación del funcionamiento de esta capa se desprende que no está tan encadenada a capas inferiores como en el caso de las capas 1 a 3, sino que el servicio a prestar se determina cada vez que una sesión desea establecer una comunicación.
Todo el servicio que presta la capa está gestionado por las cabeceras que agrega al paquete a transmitir. La PDU de la capa 4 se llaman segmentos.
1.3.2.5 Capa de sesión (Capa 5)
Esta capa establece, gestiona y finaliza las conexiones entre usuarios (procesos o aplicaciones) finales. Ofrece varios servicios que son cruciales para la comunicación, como son:
• Control de la sesión a establecer entre el emisor y el receptor (quién transmite, quién escucha y seguimiento de ésta).
9
• Control de la concurrencia (que dos comunicaciones a la misma operación crítica no se efectúen al mismo tiempo).
• Mantener puntos de verificación (checkpoints), que sirven para que, ante una interrupción de transmisión por cualquier causa, la misma se pueda reanudar desde el último punto de verificación en lugar de repetirla desde el principio.
Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. En muchos casos, los servicios de la capa de sesión son parcial o totalmente prescindibles.
En conclusión esta capa es la que se encarga de mantener el enlace entre los dos computadores que estén trasmitiendo archivos. Los firewalls actúan sobre esta capa, para bloquear los accesos a los puertos de un computador.
1.3.2.6 Capa de presentación (Capa 6)
El objetivo de la capa de presentación es encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres (ASCII, Unicode, EBCDIC), números (little-endian tipo Intel, big-endian tipo Motorola), sonido o imágenes, los datos lleguen de manera reconocible.
Esta capa es la primera en trabajar más el contenido de la comunicación que en como se establece la misma. En ella se tratan aspectos tales como la semántica y la sintaxis de los datos transmitidos, ya que distintas computadoras pueden tener diferentes formas de manejarlas.
Por lo tanto, podemos resumir definiendo a esta capa como la encargada de manejar las estructuras de datos abstractas y realizar las conversiones de representación de datos necesarias para la correcta interpretación de los mismos.
Esta capa también permite cifrar los datos y comprimirlos. En pocas palabras es un traductor.
1.3.2.7 Capa de aplicación (Capa 7)
Ofrece a las aplicaciones (de usuario o no) la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico (POP y SMTP), gestores de bases de datos y servidor de ficheros (FTP). Hay tantos protocolos como aplicaciones distintas y puesto que continuamente se desarrollan nuevas aplicaciones el número de protocolos crece sin parar.
Cabe aclarar que el usuario normalmente no interactúa directamente con el nivel de aplicación. Suele interactuar con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación pero ocultando la complejidad subyacente.
10 Una topología de red define como están conectadas las computadoras, impresoras, dispositivos de red y otros dispositivos. En otras palabras, una topología de red describe la disposición de los cables y los dispositivos, así como las rutas utilizadas para las transmisiones de datos. La topología influye enormemente en el funcionamiento de la red.
Las redes pueden tener una topología física y una topología lógica. La topología física se refiere a la disposición física de los dispositivos y los medios. Las topologías físicas más comunes son las siguientes:
• Bus
• Anillo
• Doble anillo
• Árbol
• Estrella
• Malla
• Mixta
• Totalmente conexa
1.4.1 Bus
Esta topología permite que todas las estaciones reciban la información que se transmite, una estación transmite y todas las restantes escuchan. Consiste en un cable con un terminador en cada extremo del que se cuelgan todos los elementos de una red. Todos los nodos de la red están unidos a este cable: el cual recibe el nombre de "Backbone Cable". Tanto Ethernet como Local Talk pueden utilizar esta topología. El bus es pasivo, no se produce regeneración de las señales en cada nodo. Los nodos en una red de "bus"
transmiten la información y esperan que ésta no vaya a chocar con otra información transmitida por otro de los nodos. Si esto ocurre, cada nodo espera una pequeña cantidad de tiempo al azar, después intenta retransmitir la información.
FIGURA 1.2 TOPOLOGÍA TIPO BUS
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1.4.2 Anillo
Las estaciones están unidas unas con otras formando un círculo por medio de un cable común. El último nodo de la cadena se conecta al primero cerrando el anillo. Las señales circulan en un solo sentido alrededor del círculo, regenerándose en cada nodo. Con esta metodología, cada nodo examina la información que es enviada a través del anillo. Si la información no está dirigida al nodo que la examina, la pasa al siguiente en el anillo. La desventaja del anillo es que si se rompe una conexión, se cae la red completa.
FIGURA 1.3 TOPOLOGÍA TIPO ANILLO
1.4.3 Doble anillo
Dos anillos permiten que los datos se envíen en ambas direcciones. Esta configuración crea redundancia (tolerancia a fallos), lo que significa que uno de los anillos falla, los datos pueden transmitirse por el otro. Además, si ambos anillos fallan, una “reiniciación”
en el fallo puede devolver la topología a un anillo.
FIGURA 1.4
TOPOLOGÍA TIPO DOBLE ANILLO
12 Esta estructura se utiliza en aplicaciones de televisión por cable, sobre la cual podrían basarse las futuras estructuras de redes que alcancen los hogares. También se ha utilizado en aplicaciones de redes locales analógicas de banda ancha.
FIGURA 1.5 TOPOLOGÍA TIPO ÁRBOL
1.4.5 Estrella
Los datos en estas redes fluyen del emisor hasta el concentrador, este realiza todas las funciones de la red, además actúa como amplificador de los datos.
La red se une en un único punto, normalmente con un panel de control centralizado, como un concentrador de cableado. Los bloques de información son dirigidos a través del panel de control central hacia sus destinos. Este esquema tiene una ventaja al tener un panel de control que monitorea el tráfico y evita las colisiones y una conexión interrumpida no afecta al resto de la red.
FIGURA 1.6
TOPOLOGÍA TIPO ESTRELLA
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1.4.6 Totalmente conexa y en malla
La topología totalmente conexa conecta todos los dispositivos (nodos) con todos los demás para conseguir redundancia y tolerancia a fallos. El cableado en esta topología tiene diferentes ventajas e inconvenientes. La ventaja es que cada nodo está conectado físicamente con todos los demás, creándose una.
En una topología en malla, al menos uno de los dispositivos mantiene múltiples conexiones con otros sin estar mallado por completo. Una topología en malla parcial todavía proporciona redundancia al conectar con varias rutas alternativas. Si una ruta no se puede utilizar, los datos toman otra diferente, aunque sea más larga. La topología en malla se utiliza en muchos backbones de telecomunicaciones, así como en Internet.
FIGURA 1.7
TOPOLOGÍA EN MALLA Y TOTALMENTE CONEXA
1.4.7 Mixta
El bus lineal, la estrella y el anillo se combinan algunas veces para formar combinaciones de redes mixtas.
Anillo en estrella: Esta topología se utiliza con el fin de facilitar la administración de la red.
Físicamente, la red es una estrella centralizada en un concentrador, mientras que a nivel lógico, la red es un anillo.
Bus en estrella: El fin es igual a la topología anterior. En este caso la red es un bus que se cablea físicamente como una estrella por medio de concentradores.
Estrella jerárquica: Esta estructura de cableado se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales, por medio de concentradores dispuestos en cascada par formar una red jerárquica.
FIGURA 1.8 TOPOLOGÍA TIPO MIXTA
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1.5 ENRUTAMIENTO Y PROTOCOLOS
Direccionamiento de red y de host: El router utiliza la dirección de red para identificar la red de destino de un paquete dentro de un internetworking de redes. Muestra tres números de red que identifican los segmentos conectados al router.
RED HOST
1
1 2 3
2 1 3 1
FIGURA 1.9
DIRECCIONES DE RED CON PARTES DE HOST
La mayoría de los esquemas de protocolo de direccionamiento de red usan alguna forma de dirección de nodo o host. En algunos protocolos de la capa de red, un administrador asigna las direcciones de host de red siguiendo un plan de direccionamiento de internetwork predeterminado. En otros protocolos, la asignación de direcciones de host es parcial o completamente dinámica. En la figura anterior, tres host comparten el número de red.
Selección de una ruta y conmutación de paquetes: Generalmente, un router transmite un paquete desde un enlace de datos a otro usando dos funciones básicas:
1. Una función de determinación de ruta 2. Una función de conmutación
La figura que a continuación se muestra es la forma en que los routers usan el direccionamiento para las funciones de enrutamiento y conmutación. El router utiliza la parte de red de la dirección para seleccionar la ruta y pasar el paquete al siguiente router de la misma.
15 La función de conmutación permite al router aceptar un paquete de una interfaz y reenviarlo a otra, mientras que la función de determinación de la ruta le permite seleccionar la interfaz más adecuada para el reenvío de dicho paquete. El router final (el que está conectado a la red de destino) utiliza la parte de nodo de la dirección para entregar el paquete al host correcto.
Red de Destino
Dirección y Puerto de
router 1.0
2.0 3.0
1.1 2.1 3.1
FIGURA 1.10
FORMA EN QUE LOS ROUTERS USAN EL DIRECCIONAMIENTO PARA LAS FUNCIONES DE ENRUTAMIENTO Y CONMUTACIÓN
1.5.1 Protocolos enrutados frente a protocolos de enrutamiento
Debido a lo parecido en ambos términos, suelen producirse confusiones acerca del protocolo enrutado y el protocolo de enrutamiento. Lo que sigue a continuación puede ayudar a clarificar algo los conceptos.
Protocolo enrutado: Es cualquier protocolo de red que ofrezca suficiente información en su dirección de capa de red como para permitir que un paquete sea enviado desde un host a otro en base al esquema de direccionamiento. Los protocolos enrutados definen el formato de los campos dentro de un paquete. Generalmente, los paquetes suelen ser transportados entre sistemas finales.
Un protocolo enrutado utiliza la tabla de enrutamiento para enviar paquetes. IP
(Protocolo Internet, Internet Protocol) es un buen ejemplo de protocolo enrutado.
16 Protocolo de enrutamiento: Es cualquier que soporte un protocolo enrutado y que suministre los mecanismos necesarios para compartir la información de enrutamiento. Los mensajes de un protocolo de enrutamiento se mueven entre los routers.
Un protocolo de enrutamiento permite a los routers comunicarse con otros routers para actualizar y mantener las tablas. A continuación se muestran diversos protocolos de enrutamiento TCP/IP:
• RIP (Protocolo de información de enrutamiento, Routing Information Protocol)
• IGRP (Protocolo de enrutamiento de gateway interior, Interior Gateway Routing Protocol)
• EIGRP (Protocolo de enrutamiento de gateway interior mejorado, Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)
• OSPF (Primero la ruta libre más corta, Open Shortest Path First)
FIGURA 1.11
PROTOCOLO ENRUTADO DE IP
FIGURA 1.12
PROTOCOLOS DE ROUTER DE ENRUTAMIENTO
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1.5.2 FUNCIONAMIENTO DEL PROTOCOLO DE LA CAPA DE RED
Suponga que una aplicación host tiene que enviar un paquete a una red diferente. El host direcciona la trama del enlace de datos al router usando la dirección de una de las interfaces del router. La capa de red del router examina la cabecera de capa 3 del paquete entrante para determinar la red de destino y poder referenciar después la tabla de enrutamiento, la cual asocia las redes con las interfaces salientes.
El paquete se encapsula de nuevo en la trama de enlace de datos adecuada a la interfaz seleccionada y se pone en cola para su distribución al siguiente salto en la ruta.
FIGURA 1.13 SERVICIOS DE ROUTER
Este protocolo se realiza cada vez que el paquete se envía de un router a otro. Cuando dicho paquete alcanza el router conectado a la red del host de destino, se encapsula en el tipo de trama del enlace de datos de la LAN y se envía en dicho host.
1.5.3 ENRUTAMIENTO MULTIPROTOCOLO
Los routers son capaces de soportar múltiples protocolos de enrutamiento independientes y de mantener las tablas de enrutamineto de diversos protocolos enrutados. Esta capacidad les permite entregar paquetes de diferentes protocolos enrutados a través de los mismos enlaces de datos.
Enrutamiento estático: El enrutamiento no es nada más que direcciones para llegar de una red a otra. Estas direcciones, también conocidas como rutas, puede ser facilitadas a un router dinámicamente por otro router, aun que también pueden asignarse estáticamente por parte de un administrador. Esta sección se centra en las rutas asignadas por un administrador.
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FIGURA 1.14 TRÁFICO DE UN ROUTER
Rutas estáticas contra rutas dinámicas: La configuración de una ruta estática es una tarea manual llevada a cabo por un administrador de redes, el cual la introduce en la configuración de un router. Dicho administrador debe actualizar también la ruta siempre que una modificación en la topología de la internetwork obligue a dicha actualización.
La configuración de una ruta dinámica funciona de forma algo diferente. Después de que un administrador de redes ha introducido los comandos de configuración para iniciar un enrutamiento dinámico, un proceso de enrutamiento lleva acabo la actualización de la ruta siempre que se recibe nueva información desde la internetworking de redes. Estos cambios dinámicos son comunicados a otros routers como parte del proceso de actualización.
Propósito de una ruta estática: El enrutamiento estático tiene diversas aplicaciones útiles.
El enrutamiento dinámico tiene a revelar toda la información posible acerca de un internetworking de redes, sin embargo, puede que por motivos de seguridad necesite que parte de dicho espacio permanezca oculto. El enrutamiento estático le permite indicar la información a revelar en redes restringidas. Cuando una red es accesible por una sola vía, puede ser suficiente una ruta estática a la red. Este tipo de red recibe el nombre de red de conexión única. Una red de conexión única es un área OSPF que dispone de una ruta predeterminada, rutas-áreas y rutas interáreas, pero no de rutas externas. El enrutamiento estático de una de estas redes evita la sobrecarga del enrutamiento dinámico.
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CAPÍTULO II TELEFONÍA
2.1 INVENCIÓN DEL TELÉFONO
Desde tiempos inmemoriales, el hombre ha utilizado algún método de señales a través del espacio para ponerse en contacto con sus semejantes, tratando de vencer las distancias, y satisfacer así una de las mayores necesidades humanas como es la comunicación.
Algunos de los métodos están explicados en la literatura actual con lujo de detalles, mientras otros, son tan sólo mencionados casualmente en alguna antigua obra literaria.
El hecho de que la electricidad podía enviarse a través de un alambre de longitud considerable fue demostrado primeramente por Stephen Gray (1666-1736) en 1729; pero al parecer no se le ocurrió que su descubrimiento proporcionaba el medio para la rápida transmisión de señales. La primera indicación acerca del empleo de la electricidad en la comunicación aparece en una carta anónima al Scot's Magazine en 1753. Se cree que esa carta ha sido escrita por Charles Morrison, un cirujano escocés.
El método que propuso Morrison, como muchos otros que le siguieron, exigía el uso de tantos hilos como letras habían de ser transmitidas. Cargando los hilos sucesivamente con una máquina electrostática (en aquel tiempo no había pilas ni dínamos), y haciendo que las respectivas cargas atrajesen pedazos de papel al otro extremo de la línea; se podían enviar despachos a una o dos millas de distancia con considerable rapidez.
El desarrollo del telégrafo eléctrico como se lo conoció en los primeros años del siglo XX, desde esta primitiva sugestión, exigió muchos años de descubrimientos e invenciones. De esta manera se crearon las bases técnicas para la posterior invención del aparato telefónico.
En 1854, Carlos Bourseul, en Francia, sugirió la idea de un diafragma conectado a uno de los dos contactos de una línea telegráfica, de modo que las vibraciones del diafragma al abrir y cerrar el circuito pudiese producir corrientes intermitentes en la línea de la misma frecuencia que las ondas sonoras que actuaban sobre el diafragma. Explicó además que un diafragma semejante, colocado cerca de un electroimán en el otro extremo de la línea, debía vibrar por la atracción magnética y reproducir el sonido primitivo. Ninguna aplicación práctica se derivó de esta idea; pero en 1861, Felipe Reis, en Alemania, construyó un aparato que realizaba prácticamente el mismo propósito. Reis denominó a su instrumento
" teléfono " y consiguió transmitir sonidos musicales con gran éxito; pero la transmisión del lenguaje resultó en general imperfecta. Ya veremos en los desarrollos posteriores de la idea, que una pequeña alteración en el teléfono de Reis lo hubiera hecho funcionar perfectamente. En 1885 se erigió un monumento a la memoria del inventor en su ciudad natal, Gelnhausen.
En 1874, Alexandro Graham Bell, profesor en la Universidad de Boston, se interesó en el estudio de los aparatos telegráficos "múltiplex", asunto popular en aquel tiempo, a causa del rápido desarrollo de la industria telegráfica. Concibió la idea de transmitir varios despachos por un solo hilo, mediante un cierto número de pares de resortes de acero.
20 Daremos una breve explicación del telégrafo armónico de Bell, porque éste representó un eslabón importante en el desarrollo del teléfono. Cuando se baja el manipulador en A, el resorte de la estación emisora es atraído por el electroimán; pero al moverse rompe el circuito, así que el resorte vibrará continuamente con su frecuencia natural mientras el manipulador esté bajo. Como se producirá en la línea telegráfica una corriente intermitente con la misma frecuencia que la del resorte vibrante, otro resorte en B, al otro extremo de la línea, con la misma frecuencia de vibración, será atraído intermitentemente por el electroimán Así se puede conseguir que dos resortes semejantes vibren al unísono en los extremos de una línea telegráfica. Bell creía que se podían unir a los extremos de una línea telegráfica simple un cierto número de estas unidades y que se podrían enviar así al mismo tiempo varios despachos, si cada par de resortes estaba ajustado a una distinta frecuencia de vibración. Aunque él construyó diferentes modelos de estos aparatos telegráficos múltiples, nunca consiguió que funcionasen satisfactoriamente.
Durante estos ensayos indicó a varios amigos la posibilidad de transmitir eléctricamente la palabra hablada, y es evidente que conocía los intentos hechos por Reis en ese sentido.
Se le aconsejó, sin embargo, que perseverase en el desarrollo de su telégrafo armónico; y el teléfono parlante inventado por Bell debe en parte su existencia a un descubrimiento casual hecho durante estos experimentos telegráficos. Su mecánico, Tomás A. Watson, informa que él estaba encargado el 2 de junio de 1875 de hacer vibrar uno de los resortes en la estación emisora de una corta línea en un desván en la calle Court, en Boston, mientras el profesor Bell estaba concordando un resorte en otra habitación en el otro extremo de la línea. Los dos cuerpos que se ponían en contacto por la vibración del resorte accidentalmente llegaron a soldarse por el calor de la chispa que entre ambos saltaba, y Watson, tratando de romper esta unión tiró del resorte varias veces.
El profesor Bell se precipitó desde la habitación inmediata gritando: "¿Qué estaba usted haciendo? “, Bell había oído el sonido exacto del resorte emisor reproducido por el resorte en el extremo receptor de la línea. No necesitó más que un momento para darse cuenta de que la vibración de una lámina colocada cerca de un electroimán conectado en un circuito cerrado haría variar a la corriente del circuito en intensidad y con igual frecuencia que la de las vibraciones de la lámina.
Como el profesor Bell, lo mismo que antes su padre, era un perito en la ciencia del sonido, y había dedicado muchos años al problema de enseñar a los sordomudos a hablar vio rápidamente la posibilidad de reemplazar el resorte por un diafragma lo bastante grande para vibrar de acuerdo con las variaciones en la presión del aire producidas por la voz.
Después de muchos experimentos con diafragmas de diferentes formas hizo su transmisor y su receptor que transmitían la palabra completamente bien.
La patente por este invento fue obtenida el 7 de marzo de 1876, y resultó ser la más valiosa que se haya obtenido nunca en cualquier país. El aparato fue presentado en la Exposición del Centenario, en Filadelfia, en el año 1876, y causó sensación entre los que fueron capaces de apreciar su importancia. Lord Kelvin, que, con Don Pedro del Brasil, estaba entre aquellos, al oír su misteriosa repetición de la palabra hablada lo calificó como la cosa más maravillosa de América.
21 El receptor que se descolgaba del gancho usado hacia los primeros años del siglo XX (analógico, antes de que se pasara a la etapa de la era digital en años posteriores) era en esencia el mismo que empleó Bell en su aparato primitivo. La principal diferencia estaba en la substitución del núcleo de hierro dulce por un imán permanente, cambio que Bell introdujo en 1877. Al mismo tiempo, un grupo de investigadores en la Universidad de Brown realizó varias reformas en la construcción del teléfono, resultando de una forma más sencilla y reducida. Con este aparato perfeccionado el profesor Bell inauguró una serie de conferencias en varias ciudades, en las que describió y presentó su teléfono ante grandes auditorios.
Se organizó entonces la Bell Telephone Company, asociación de propietarios de patente
"Bell", y empezó a alquilar teléfonos para usos privados a 10 dólares por año. En 1878 se formó la American Speaking Telephone Company, subsidiaria de la Western Union Telegraph Company, y procedió a construir teléfonos del tipo Bell, en abierta competencia con la primera compañía. Se hizo una importante mejora en el teléfono, casi simultáneamente por Emilio Berliner y Tomás A. Edison quienes, independientemente, indicaron la substitución de un micrófono como transmisor en vez del transmisor electromagnético de Bell. El micrófono de Berliner contenía una pequeña prominencia de metal mantenida en ligero contacto con una placa unida al centro del diafragma emisor, mientras que el micrófono de Edison contenía un contacto semejante de carbón con una placa de metal. En ambos aparatos, la cambiante presión de las ondas sonoras sobre el diafragma produce una variación correspondiente en la resistencia del contacto en el micrófono, haciendo con esto que la corriente en la línea varíe en intensidad con la misma frecuencia que las ondas sonoras. Reis hubiera obtenido un resultado semejante si hubiese impedido a su diafragma vibrante abrir el circuito.
La Western Union Telegraph Company compró la patente del micrófono de Edison, y como ella dirigía la mayoría de las líneas telegráficas del país llegó a ser un competidor serio de Bell.
En 1878, la Bell Company adoptó como transmisor un micrófono perfeccionado que había inventado Francis Blake, hijo, y entabló un pleito contra la Western Union Telegraph Company por violación de la primitiva patente de Bell. En 1879 la Westem Union fue requerida para retirarse de los negocios telefónicos, y los valores de la Bell Company, que habían sido ofrecidos anteriormente a 50 dólares por acción, con pocos compradores, subieron de valor hasta 1.000 dólares por acción. En 1879 varió el nombre de la Compañía por el de National Bell Telephone Company, y en 1880 por el de American Bell Telephone Company, en 1885, adoptó el nombre, American Telephone and Telegraph Company.
El enorme éxito del teléfono de Bell no fué alcanzado, sin embargo, sin una serie continua de obstáculos, tanto técnicos como comerciales. En sus primeros años un solo diafragma servía como transmisor y como receptor, de modo que era preciso hablar y oír con el mismo diafragma alternativamente. El abonado llegaba a confundirse muy fácilmente en esta operación, hasta el punto de que en algunos teléfonos llegó a ponerse un letrero diciendo: "No habléis con los oídos ni escuchéis con la boca”.
22 Después del invento del hilo de cobre estirado a mano, llevado a cabo por Thomas B.
Doolittle, se construyó una línea telefónica entre Boston y Nueva York y empezó a funcionar en 1884. En esta época llegó a ser tan grande la congestión de hilos aéreos en la ciudad de Nueva York, que se consideró necesario tenderlos en cañerías subterráneas.
Desde entonces y hasta la fecha, tanto el aparato como los sistemas adyacentes a este han sufrido cambios considerables en lapsos de tiempo cortos entre sí, debido en gran parte al crecimiento en la demanda, así como a la propia evolución tecnológica que obliga tanto a usuarios como a proveedores de servicio a mantener un proceso de actualización constante.
2.2 EL TELÉFONO
Teléfono, instrumento de comunicación, diseñado para la transmisión de voz y demás sonidos hasta lugares remotos mediante la electricidad, así como para su reproducción. El teléfono contiene un micrófono (transmisor) que recibe el impacto de ondas de sonido. El micrófono transforma las vibraciones en impulsos eléctricos. La corriente eléctrica así generada se transmite a distancia. Un altavoz (receptor) vuelve a convertir la señal eléctrica en sonido.
FIGURA 2.1
DIAGRAMA SIMPLE DEL TELÉFONO
En el lenguaje coloquial, la palabra “teléfono” también designa todo el sistema al que va conectado un aparato de teléfono.
23 Un sistema que permite enviar no sólo voz, sino también datos, imágenes o cualquier otro tipo de información que pueda codificarse y convertirse en señal sonora. Esta información viaja entre los distintos puntos conectados a la red. La red telefónica se compone de todas las vías de transmisión entre los equipos de los abonados y de los elementos de conmutación que sirven para seleccionar una determinada ruta o grupo de ellas entre dos abonados.
En los receptores de los teléfonos más modernos, el imán pasó a ser plano como una moneda y el campo magnético que actuaba sobre el diafragma de hierro era de mayor intensidad y homogeneidad. Los transmisores llevaban un diafragma muy fino montado debajo de una rejilla perforada. En el centro del diafragma había un pequeño receptáculo con los gránulos de carbono. Las ondas sonoras que atraviesan la rejilla provocan un vaivén del receptáculo. En el movimiento descendente, los gránulos quedan compactados y producen un aumento de la corriente que circula por el transmisor.
Dado que el transmisor de carbono no resultaba práctico a la hora de convertir energía eléctrica en presión sonora, los teléfonos fueron evolucionando hacia receptores separados de los transmisores. Esta disposición permite colocar el transmisor cerca de los labios para recoger el máximo de energía sonora, y el receptor en el auricular, lo cual elimina los molestos ruidos de fondo.
En estos teléfonos, el receptor seguía siendo un imán permanente con un arrollamiento de hilo conductor, pero con un diafragma de aluminio sujeto a una pieza metálica. Los detalles del diseño han experimentado enormes mejoras, pero el concepto original continúa permitiendo equipos robustos y eficaces.
El equivalente eléctrico del imán permanente es una sustancia plástica denominada electreto. Al igual que un imán permanente produce un campo magnético permanente en el espacio, un electreto genera un campo eléctrico permanente en el espacio.
Tal como un conductor eléctrico que se mueve en el seno de un campo magnético induce una corriente, el movimiento de un electrodo dentro de un campo eléctrico puede producir una modificación del voltaje entre un electrodo móvil y otro estacionario en la parte opuesta del electreto.
Aunque este efecto se conocía de antiguo, fue sólo una curiosidad de laboratorio hasta la aparición de materiales capaces de conservar una carga electrostática durante años. Los transmisores telefónicos actuales se basan actualmente en este efecto, en vez de en la variación de la resistencia de los gránulos de carbono en función de la presión.
Hoy día los micrófonos de carbono han sido sustituidos por micrófonos de electretos, que son más pequeños y baratos, reproducen mejor el sonido y son más robustos que aquéllos. La amplificación de la señal se consigue utilizando circuitos electrónicos (de transistores y/o circuitos integrados). El receptor es normalmente un altavoz de pequeño diámetro, sea de diafragma o de cono vibrante.
24
2.3 PARTES DEL APARATO TELEFÓNICO
El aparato telefónico consta de un transmisor, un receptor, una alarma acústica, un dispositivo marcador y un circuito supresor de efectos locales. Si se trata de un aparato de dos piezas, el transmisor (micrófono) y el receptor (auricular) van montados en el microteléfono, el timbre se halla en la base y el elemento de marcado y el circuito supresor de efectos locales pueden estar en cualquiera de las dos partes, pero, por lo general, van juntos. Los teléfonos más complejos pueden llevar un micrófono y un altavoz en la pieza base, aparte del transmisor y el receptor en el microteléfono. En los teléfonos inalámbricos, el cable del microteléfono se sustituye por un enlace de radio entre éste y la base, aunque sigue teniendo un cable para la línea. Los teléfonos móviles o celulares suelen ser de una sola pieza, y sus componentes en miniatura permiten combinar la base, el micrófono y el auricular en un elemento portátil que se comunica con una estación remota de radio. No precisan línea ni cables para el auricular.
FIGURA 2.2
DIAGRAMA DE AURICULAR Y TECLADO TELEFÓNICO
La alarma acústica de los teléfonos se suele denominar timbre, referencia al hecho de que durante la mayor parte de la historia de estos equipos la función de alarma la proporcionaba un timbre eléctrico. La creación de un sustituto electrónico para el timbre, capaz de generar un sonido agradable a la vez que distintivo a un coste razonable, constituyó una tarea sorprendentemente ardua. Para muchas personas, el sonido del timbre sigue siendo preferible al de un zumbador electrónico. Sin embargo, dado que el timbre mecánico exige un cierto volumen físico para resultar eficaz, la tendencia hacia equipos de menor tamaño cada vez impone el uso de alarmas electrónicas en la mayoría de los teléfonos.
25 La sustitución progresiva del timbre permitirá asimismo cambiar, en un futuro próximo, el método actual de activación de la alarma -corriente alterna de 90 (V) y 20 (Hz) a la línea- por técnicas de voltajes menores, más compatibles con los teléfonos transistorizados.
Algo similar se está produciendo con el esquema de marcado de los teléfonos.
El marcado telefónico ya ha sufrido toda una evolución a lo largo de su historia. Existen dos formas de marcado, el de pulsos y el de multifrecuencia o tono. El sistema de pulsos está basado en un disco marcador. El disco de marcado tiene un diseño mecánico muy ingenioso; consta de los números 1 al 9 seguidos del 0, colocados en círculo debajo de los agujeros de un disco móvil y perforado. Se coloca el dedo en el agujero correspondiente al número elegido y se hace girar el disco en el sentido de las agujas del reloj hasta alcanzar el tope y a continuación se suelta el disco. Un muelle obliga al disco a volver a su posición inicial y, al mismo tiempo que gira, abre y cierra un conmutador eléctrico tantas veces como gire el disco, para marcar el número elegido. En el caso del 0 se efectúan 10 aperturas, ya que es el último número del disco.
El resultado es una serie de pulsos de llamada en la corriente eléctrica que circula entre el aparato telefónico y la centralita. Cada pulso tiene una amplitud igual al voltaje suministrado por la centralita, generalmente 50 V, y dura unos 45 ms (milisegundos, milésimas de segundo). Los equipos de la centralita cuentan estos pulsos y determinan el número que se desea marcar.
Los pulsos eléctricos producidos por el disco giratorio resultaban idóneos para el control de los equipos de conmutación paso a paso de las primeras centrales de conmutación automáticas. Sin embargo, el marcado mecánico constituye una de las fuentes principales de costes de mantenimiento, y el proceso de marcado por disco resulta lento, sobre todo en el caso de números largos. La disponibilidad de la amplificación barata y fiable que trajo el transistor aconsejó el diseño de un sistema de marcado basado en la transmisión de unos tonos de potencia bastante pequeña, en vez de los pulsos de marcado de gran potencia. Cada botón de un teclado de multifrecuencia controla el envío de una pareja de tonos. Se utiliza un esquema de codificación “2 de 7” en el que el primer tono corresponde a la fila de una matriz normal de 12 botones y el segundo a la columna (4 filas más 3 columnas necesitan 7 tonos).
Actualmente, la mayoría de los teléfonos llevan botones en vez de disco de marcado y utilizan un sistema de tonos. Las centrales telefónicas modernas están diseñadas para recibir tonos; sin embargo, dado que durante muchos años el sistema de pulsos era el único disponible y que todavía existen teléfonos de este tipo, las centrales pueden seguir recibiendo pulsos. Como un usuario que compra un teléfono puede disponer de una línea antigua que todavía no admita señales de multifrecuencia, los teléfonos de botones disponen de un conmutador que permite seleccionar el envío de pulsos o tonos.
Hay un elemento funcional importante del teléfono que resulta invisible para el usuario: el circuito supresor de efectos locales. Las personas controlan el tono de voz al hablar y ajustan el volumen en consonancia, fenómeno que se denomina “efecto local”. En los primeros teléfonos, el receptor y el transmisor iban conectados directamente entre sí y a la línea. Esto hacía que el usuario oyera su propia voz a través del receptor con mucha más intensidad que cuando no lo tenía pegado al oído.
26 energía sonora al mismo tiempo que la convierte de acústica a eléctrica. Además de resultar desagradable, esto hacía que el usuario bajase el volumen de voz al hablar, dificultando la escucha por parte del receptor.
Los primeros circuitos supresores contenían un transformador junto con otros componentes cuyas características dependían de los parámetros eléctricos de la línea telefónica. El receptor y el transmisor iban conectados a diferentes “puertos del circuito”
(en este caso, diferentes arrollamientos del transformador), pero no entre sí.
El circuito supresor transfiere energía del transmisor a la línea (aunque parte también a otros componentes), sin que nada pase al receptor. Así se elimina la sensación de que uno grita en su propia oreja. Actualmente, el transmisor y el receptor están aislados entre sí, separados por circuitos electrónicos que eliminan completamente el “efecto local”.
2.4 CENTRALES TELEFÓNICAS
En los primeros teléfonos, la corriente estaba generada por una batería. El circuito local tenía, además de la batería y el transmisor, un arrollamiento de transformador, que recibe el nombre de bobina de inducción; el otro arrollamiento, conectado a la línea, elevaba el voltaje de la onda sonora. Las conexiones entre teléfonos eran de tipo manual, a cargo de operadores que trabajaban en pequeñas centrales ubicadas en las oficinas centrales de conmutación o centralitas.
A medida que se fueron desarrollando los sistemas telefónicos, las conexiones manuales empezaron a resultar demasiado lentas y laboriosas. Esto fue el detonante para la construcción de una serie de dispositivos mecánicos y electrónicos que permitiesen las conexiones automáticas.
En la actualidad, ya no existen prácticamente teléfonos atendidos por centralitas manuales. Todos los abonados son atendidos por centrales automáticas. En este tipo de central, las funciones de los operadores humanos las realizan los equipos de conmutación. Un relé de corriente de línea de un circuito sustituyó al cuadro de conexión manual de luz de la centralita, y un conmutador de cruce hace las funciones de los cables.
Los equipos electrónicos de la central de conmutación se encargan de traducir automáticamente el número marcado, sea por sistema de pulsos o de tonos, y de dirigir la llamada a su destino.
La llamada telefónica se inicia cuando la persona levanta el microteléfono y espera el tono de llamada. Esto provoca el cierre de un conmutador eléctrico. El cierre de dicho conmutador activa el flujo de una corriente eléctrica por la línea de la persona que efectúa la llamada, entre la ubicación de ésta y el edificio que alberga la centralita automática, que forma parte del sistema de conmutación. Se trata de una corriente continua que no cambia su sentido de flujo, aun cuando pueda hacerlo su intensidad o amplitud. La central detecta dicha corriente y devuelve un tono de llamada, una combinación concreta de dos notas para que resulte perfectamente detectable, tanto por los equipos como por las personas.
