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Fundamentos de red: La capa fsica del modelo OSI Francesc Prez Fdez.INTRODUCCIN

La capa fsica controla la manera en que se transmiten los datos en el medio de comunicacin. La funcin de la capa fsica de OSI es la de codificar en seales los dgitos binarios que representan las tramas de la capa de enlace de datos, adems de transmitir y recibir estas seales a travs de los medios fsicos (alambres de cobre, fibra ptica o medio inalmbrico) que conectan los dispositivos de red.

El objetivo de la capa Fsica es crear la seal ptica, elctrica o de microondas que representa a los bits en cada trama.

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Cuando la capa fsica codifica los bits en seales para un medio especfico, tambin debe distinguir dnde termina una trama y dnde se inicia la siguiente. De lo contrario, los dispositivos de los medios no reconoceran cundo se ha recibido exitosamente una trama.

Para habilitar un dispositivo receptor a fin de reconocer de manera clara el lmite de una trama, el dispositivo transmisor agrega seales para designar el comienzo y el final de una trama. Estas seales representan patrones especficos de bits que slo se utilizan para indicar el comienzo yel final de una trama.

Las tecnologas de la capa Fsica se definen por diferentes organizaciones

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Las tecnologas definidas por estas organizaciones incluyen cuatro reas de estndares de la capa fsica: Propiedades fsicas y elctricas de los medios Propiedades mecnicas (materiales, dimensiones, diagrama de pines) de los conectores Representacin de los bits mediante seales (codificacin) Definicin de las seales de la informacin de control

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Las tres funciones esenciales de la capa Fsica son: Los componentes fsicos: dispositivos electrnicos de hardware, medios y conectores que transmiten y transportan las seales para representar los bits. Codificacin de datos: es un mtodo que se utiliza para convertir un stream de bits de datos en un cdigo predefinido. Adems de crear cdigos para los datos, los mtodos de codificacin en la capa Fsica tambin pueden proporcionar cdigos para control, como la identificacin del comienzo y el final de una trama. Sealizacin: seales inalmbricas, pticas o elctricas que representan el "1" y el "0" en los medios. El mtodo de representacin de bits se denomina mtodo de sealizacin. Los estndares de capa Fsica deben definir qu tipo de seal representa un "1" y un "0".

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Sealizacin NRZ (No Return to Zero): este mtodo simple de sealizacin slo es adecuado para enlaces de datos de velocidad lenta. La sealizacin NRZ no utiliza el ancho de banda de manera eficiente y es susceptible a la interferencia electromagntica.

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Sealizacin Manchester: si bien no es lo suficientemente eficiente como para ser utilizada en velocidades de sealizacin superiores, la codificacin Manchester constituye el mtodo de sealizacin empleado por Ethernet 10BaseT (Ethernet se ejecuta a 10 megabits por segundo).

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Al utilizar el paso de codificacin antes de ubicar las seales en los medios, mejoramos la eficiencia mediante una transmisin de datos de mayor velocidad.

A medida que utilizamos mayores velocidades en los medios, existe la posibilidad de que los datos se daen. Al utilizar los grupos de codificacin, podemos detectar errores de manera ms eficiente.

A medida que aumenta la demanda de velocidades de datos, buscamos formas de representar ms datos a travs de los medios mediante la transmisin de menos bits.

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Las tcnicas de codificacin utilizan patrones de bits denominados smbolos.

La transmisin de smbolos mejora la capacidad para detectar errores y la sincronizacin de los tiempos entre los dispositivos receptores y transmisores.

Entre las ventajas de utilizar grupos de cdigos se incluyen: Reduccin de error en el nivel de bits: los grupos de cdigos se disean para que los smbolos obliguen la introduccin de un amplio nmero de transacciones de bits en los medios para sincronizar estos tiempos. Esto se logra utilizando smbolos para asegurar que no se utilicen demasiados 1 0 en forma consecutiva. Limitacin de la energa efectiva transmitida a los medios: El proceso de equilibrar la cantidad de nmeros 1 y 0 transmitidos se denomina equilibrio DC. Este mtodo evita que se incluyan Cantidades excesivas de energa en los medios durante una transmisin. De esta manera, se reduce la interferencia generada desde los medios.

Entre las ventajas de utilizar grupos de cdigos se incluyen: Ayuda para distinguir los bits de datos de los bits de control Mejoras en la deteccin de errores en los medios

Ethernet 100BASET utiliza codificacin 4B/5B con sealizacin NRZ.

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Ancho de banda: el ancho de banda digital mide la cantidad de informacin que puede fluir desde un lugar hacia otro en un perodo de tiempo determinado.

Rendimiento: es la medida de transferencia de bits a travs de los medios durante un perodo de tiempo determinado.

Capacidad de transferencia til: es la medida de datos utilizables transferidos durante un perodo de tiempo determinado. Por lo tanto, es la medida de mayor inters para los usuarios de la red.

Considere dos hosts en una LAN que transfiere un archivo. El ancho de banda de la LAN es de 100 Mbps. Debido al uso compartido y al encabezado de los medios, el rendimiento entre los equipos es de 60 Mbps. Con una sobrecarga del proceso de encapsulacin de stack TCP/IP, la velocidad real de los datos recibidos por la computadora de destino, es decir la capacidad de transferencia til, es de 40 Mbps.

Fundamentos de red: La capa fsica del modelo OSI Francesc Prez Fdez.2.TIPOS DE MEDIOS FSICOS

Medios de cobre: los datos se transmiten en cables de cobre como impulsos elctricos. Los tipos de cable con blindaje o trenzado de pares de alambre estn diseados para minimizar la degradacin de seales debido al ruido electrnico.

Fundamentos de red: La capa fsica del modelo OSI Francesc Prez Fdez.2.TIPOS DE MEDIOS FSICOS

Medios de cobre: el cableado de par trenzado no blindado (UTP), como se utiliza en las LAN Ethernet, consiste en cuatro pares de alambres codificados por color que han sido trenzados y cubiertos por un revestimiento de plstico flexible. Como se muestra en la figura, los cdigos de color identifican los pares individuales con sus alambres y sirven de ayuda para la terminacin de cables. Este efecto de cancelacin ayuda adems a evitar la interferencia proveniente de fuentes internas que se denomina crosstalk. Crosstalk es la interferencia ocasionada por campos magnticos alrededor de los pares adyacentes de alambres en un cable.

Fundamentos de red: La capa fsica del modelo OSI Francesc Prez Fdez.2.TIPOS DE MEDIOS FSICOS

Medios de cobre: el cable coaxial consiste en un conductor de cobre rodeado de una capa de aislante flexible, como se muestra en la figura.

El cable STP cubre todo el grupo de alambres dentro del cable al igual que los pares de alambre individuales. STP ofrece una mejor proteccin contra el ruido que el cableado UTP pero a un precio considerablemente superior.

Fundamentos de red: La capa fsica del modelo OSI Francesc Prez Fdez.2.TIPOS DE MEDIOS FSICOS

Medios de fibra: el cableado de fibra ptica utiliza fibras de plstico o de vidrio para guiar los impulsos de luz desde el origen hacia el destino. Los bits se codifican en la fibra como impulsos de luz.

El medio es inmune a la interferencia electromagntica y no conduce corriente elctrica no deseada cuando existe un problema de conexin a tierra. Las fibras pticas pueden utilizarse en longitudes mucho mayores que los medios de cobre sin la necesidad de regenerar la seal, ya que son finas y tienen una prdida de seal relativamente baja.

Se requieren dos fibras para realizar una operacin full-duplex ya que la luz slo puede viajar en una direccin a travs de la fibra ptica.

Fundamentos de red: La capa fsica del modelo OSI Francesc Prez Fdez.2.TIPOS DE MEDIOS FSICOS

Medios de fibra: la fibra ptica monomodo transporta un slo rayo de luz, generalmente emitido desde un lser. Este tipo de fibra puede transmitir impulsos pticos en distancias muy largas, ya que la luz del lser es unidireccional y viaja a travs del centro de la fibra. La fibra ptica multimodo normalmente utiliza emisores LED que no generan una nica ola de luz coherente. En cambio, la luz de un LED ingresa a la fibra multimodo en diferentes ngulos. Los tendidos extensos de fibra puedengenerar impulsos poco claros al recibirlos en el extremo receptor ya que la luz que ingresa a la fibra en diferentes ngulos requiere de distintos perodos de tiempo para viajar a travs de la fibra. Este efecto, denominado dispersin modal, limita la longitud de los segmentos de fibra multimodo.

Fundamentos de red: La capa fsica del modelo OSI Francesc Prez Fdez.2.TIPOS DE MEDIOS FSICOS

Medios inalmbricos: transportan seales electromagnticas mediante frecuencias de microondas y radiofrecuencias que representan los dgitos binarios de las comunicaciones de datos.

Tipos de redes inalmbricas: IEEE 802.11: WIFI IEEE 802.15: Bluetooth IEEE 802.16: WiMAX GSM/GPRS

Tipos de estndares WIFI IEEE 802.11a: 5Ghz, 54Mbps IEEE 802.11b: 2,4Ghz, 11Mbps IEEE 802.11g: 2,4Ghz, 54Mbps IEEE 802.11n: 2,4 o 5Ghz, 210Mbps

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