1. Enlaces de datos

Mensaje

En los sistemas de comunicaciones se denomina genéricamente mensaje a la información que que se pretende que llegue al receptor (“información con significado” para el destinatario). La información puede ser de distinta naturaleza: texto, datos numéricos enviados como textos (caracteres correspondientes a las cifras numéricas) o procedentes de sensores, sonidos o imágenes estáticas o en movimiento (vídeo). En cualquier caso, la información transmitida se estructura en datos y cada uno de ellos se codifica por medio de valores binarios que denominamos bits.

El bit es la unidad elemental de información, y representa uno entre dos valores/niveles/estados de una magnitud física (tensión o corriente eléctrica, polaridad de magnetización, ausencia o presencia de luz) y, por simplificar, cada uno de los dos valores posibles los denominamos cero o uno {0,1}.

Los mensajes se configuran como señales eléctricas con valores (niveles) que van variando a lo largo del tiempo de acuerdo con los patrones de bits que se desean enviar.

En la Figura 2.a se muestra un ejemplo de cómo podría ser la señal correspondiente al mensaje {1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0}.

Emisor

La transmisión de datos puede realizarse a distancias muy diversas: a centímetros (dentro de un mismo computador o dispositivo digital), a unos pocos metros (a una impresora, por ejemplo), decenas de metros (dentro de un mismo edificio), kilómetros (en el interior de un campus) o a distancias aún mayores como puede ser entre ciudades, estados, continentes e incluso a satélites artificiales. En las distancias más cortas tenemos comunicaciones locales y en las más largas comunicaciones remotas.

La información (cadenas o ráfagas de bits) a transmitir fuera de las unidades centrales de los computadores (procesador y memoria central) es necesario prepararla o transformarla adecuadamente en una señal variable en el tiempo que pueda transitar adecuadamente por el canal y ser recuperada en el receptor. Estas transformaciones se realizan en los DCE (Figura 1).

Una de las preparaciones que se suele hacer es dividir el mensaje en unidades de datos de tamaño máximo preestablecido denominadas paquetes. En todos los casos, cada unidad lleva una cabecera que incluye, entre otra información, códigos indicando la dirección de origen y de destino y se les añaden bits adicionales (redundantes) para poder detectar posibles errores en la transmisión a través del medio (ruido ambiental, interferencias, colisiones, etc.).

Por otra parte, una señal de un mensaje tal y como se muestra en la Figura 2 no se puede transmitir sin más a grandes distancias (aproximadamente a más de 1,5 Km). Para realizar esas transmisiones es necesario efectuar un proceso que se denomina modulación, y en el que debe utilizarse otra señal, por lo general sinusoidal de mayor frecuencia, denomina señal portadora (Figura 2.b). Los parámetros de la señal portadora (amplitud, frecuencia o fase) de modifican o “modulan” de acuerdo con la señal del mensaje que denominaremos señal moduladora. En la Figura 2.c se puede observar un ejemplo de modulación de fase, ya que la fase de la portadora (Figura 2.b) se modifica cuando la señal moduladora cambia de 0 a 1, o de 1 a 0 como se muestra en la Figura 2.c. La señal que se transmite por el emisor es la señal modulada.

En el espacio libre coexisten muchas señales, y lo que caracteriza a un emisor es la frecuencia de la portadora con la que emite todos sus mensajes. Este es el caso, por ejemplo, de las emisoras y receptores de radio de una localidad. El canal es la atmósfera y en ella se encuentran simultáneamente las radiaciones emitidas por las distintas emisoras. Las emisoras modulan sus emisiones de forma tal que cada una de ellas ocupa frecuencias distintas. Por ejemplo, la emisora OndaCero tiene asignada la frecuencia 92,0 MHz, ello quiere decir que sus mensajes (voz y música) están modulados con una portadora que tiene una frecuencia de 92 millones de ciclos por segundo (MHz). Para captar esa emisora en un receptor tenemos que “sintonizarlo” a dicha frecuencia.

La forma de emisión descrita permite compartir un medio (la atmósfera) por muchos emisores y se dice que las distintas emisoras comparten el medio realizando una multiplexación en frecuencia. En definitiva, las técnicas de modulación permiten transmitir señales a grandes distancias con atenuación muy baja, y utilizar el mismo canal para transferir varios mensajes simultáneamente (multiplexación).

Un problema que se presenta es que toda la gama (espectro) de frecuencias electromagnéticas útiles (Figura 3.b) puede no ser suficiente para transferir todas las señales del mundo, ya que las frecuencias de distintas señales moduladas no pueden solaparse puesto que entonces interferirían unas con otras. Para evitar este problema se asignan por organismos internacionales y estatales distintos rangos o bandas de frecuencia a servicios concretos e incluso frecuencias de emisión a empresas concretas. Para emitir en las distintas bandas de frecuencia es necesario disponer de una licencia, aunque hay bandas libres, para las que no es necesario solicitar autorización, esto es lo que sucede, por ejemplo, en WiFi cuando se utilizan los rangos de 2,4 GHz y 5 GHz. ^[4]

Receptor

En el receptor se efectúan las operaciones inversas al emisor con objeto de recuperar el mensaje original: amplificación de la señal captada por la antena, demultiplexación (es decir, selección o sintonización) de la señal, demodulación, etc. Los circuitos que realizan estas funciones se integran en el DCE del receptor (Figura 1). El destinatario del mensaje puede ser, por ejemplo, una persona, en cuyo caso el DTE del receptor puede ser una pantalla de visualización, una impresora, un actuador (sirena de alarma, conmutador inteligente) o un computador que puede almacenar o procesar los datos recibidos, etc.

Canal o medio

El canal o medio de transmisión es el espacio o elementos físicos a través de los cuales se transmiten las señales que contienen los mensajes.

Como se ha comentado anteriormente, las señales que transportan la información físicamente pueden ser corrientes eléctricas, tensiones eléctricas u ondas electromagnéticas. Conviene aclarar que las señales de láser y ópticas, en general, son casos particulares de ondas electromagnéticas (ver Figura 2.a). Como curiosidad podemos indicar que los pueblos primitivos utilizaban otras formas físicas de transmitir información, como hogueras, sonidos (tam-tams de tambores), señales de humo, banderas para comunicarse entre los barcos, etc. [⁵]

Los medios de transmisión de las señales pueden ser de dos tipos: guiados o no guiados.

Medios guiados

En los medios guiados o confinados, las señales transitan dentro de caminos físicos específicamente diseñados con el objetivo concreto de guiar (conducir) las señales. Los más corrientes son:

- Pares de cables trenzados, para transmisión de señales de tensión o corriente.
- Cable coaxial, formado por un conductor central separado por un aislante de una funda o camisa conductora externa, tal como se utiliza para distribuir las señales de TV (cable de antena, por ejemplo).
- Fibra óptica, que es un cilindro de vidrio muy fino (núcleo) recubierto por otro cilindro concéntrico también de cristal (revestimiento), y protegido del exterior por una funda de plástico. Las señales se transmiten en forma de radiación óptica.

Medios no guiados

En los medios no guiados o inalámbricos las señales no se dirigen o encauzan, sino que transitan libremente. En este grupo se incluye la atmósfera y espacio libre para transmisión de señales electromagnéticas (enlaces de radio, telefonía celular, etc.). Hay que hacer notar que las señales electromagnéticas no necesitan un espacio material para transmitirse, pudiéndolo hacer a través del vacío. Ello hace posible las comunicaciones espaciales a satélites y entre satélites. La luz infrarroja es un caso particular de onda electromagnética y es utilizada, como veremos en la Sección 5, para transmisiones a distancias muy cortas (1 a 8 metros).

Las señales transmitidas en el medio pueden ser alteradas indeseablemente por dos motivos:

Atenuación

Las señales con la distancia se debilitan y deforman, siendo muchas veces necesario incluir en el canal, a ciertos intervalos de distancia, repetidores que reconstruyan y amplifiquen la señal original.

Ruido

Cuando interfiere con la señal transmitida, pudiendo incluso imposibilitar al receptor recuperar el mensaje original. Cuanto más potente sea la señal transmitida, menos le afectará el ruido

Un parámetro muy importante en las comunicaciones es el caudal de datos o tasa de bits (bitrate), r, que es el número de bits que se transmiten por segundo. Obviamente, cuanto mayor sea el caudal de datos, menor es el tiempo necesario para que un mensaje tarde en llegar al receptor desde el emisor. Por lo general, erróneamente, al caudal de datos se le denomina velocidad de transferencia o de propagación, lo cual no es correcto ya que la velocidad es la distancia recorrida (metros) por unidad de tiempo (segundos); es decir, la velocidad de propagación sería el espacio que recorre un bit por segundo.

En la Tabla 2 se muestran ejemplos de caudal de datos para distintos medios de transmisión.

Protocolo

Los componentes de un sistema informático (tanto físicos como programas) utilizan interfaces; es decir, conjuntos de informaciones (señales o variables) a través de las cuales se pueden interconectar o comunicar unos con otros. Estas informaciones están constituidas de una determinada manera y se pueden utilizar según formas preestablecidas.

Un protocolo entre dos componentes es el conjunto de reglas de procedimiento para conseguir desde uno de ellos, y a través de las interfaces respectivas, que el otro realice una función determinada. Estas reglas definen, para cada componente, la temporización de acciones y respuestas de las diversas informaciones que se pueden intercambiar. Según las definiciones anteriores las interfases y protocolos especifican la forma de interconectar dos o más componentes de un sistema informático. Uno de los problemas principales de la interconexión de distintos equipos informáticos construidos por muy diversos fabricantes es lograr la utilización de sistemas y procedimientos de intercambio de información comunes. En definitiva, el primer problema es establecer las interfaces y protocolos de interconexión. Los protocolos, estándares o normalizaciones son establecidos por asociaciones internacionales especializadas en estas cuestiones.

Concretamente en redes informáticas las dos asociaciones más relevantes son:

• La Organización Internacional de Normalización (ISO), en la que están representados diversos países.
• El Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico (CITT), que está formado por los organismos nacionales de los servicios de Correos y Telecomunicaciones

Los estándares facilitan considerablemente los diseños y desarrollos y garantizan que productos de distintas empresas puedan interaccionar entre ellos sin ningún problema de compatibilidad; de esta forma, al haber más competencia, se mejoran los productos y se abaratan los precios, abriéndose nuevos mercados.