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Capa física


Definición de la capa 1 (nivel físico)

  1. Nivel físico o capa física: Es la que se encarga de las conexiones físicas de todos los dispositivos conectados a la red. En primer lugar ha de elegirse el medio físico (cable coaxial, fibra óptica, cable de cobre) u otros tipos como el aire que nos rodea (radio, infrarrojos, etc). Otro paso es elegir las características del medio (por ejemplo, el tipo de cable, calidad del mismo, tipo de antena). El otro paso es elegir la forma en la que se transmite la información por el medio entre los distintos dispositivos (calificación de la señal, niveles de tensión/intensidad, etc). En definitiva, es la encargada de transmitir los bits de información a través del medio para la perfecta transmisión o comunicación entre los dispositivos de la red. Se puede resumir en:
  • Definir el medio (cable, radio, etc).
  • Definir los materiales (componentes) y características eléctricas (niveles de intensidad) que se van a usar.
  • Definir el establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico.
  • Transmitir el flujo de bits al medio físico.
  • Manejar las señales eléctricas.
  • Especificar cables, conectores y componentes de la interfaz.
  • Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad).

Conceptos básicos de la capa física

Dentro de la misma capa podemos definir varias partes importantes. Una de ellas es la temporización, o en otras palabras, la forma de llegar a un acuerdo en cuantos elementos de señal, se van a transmitir por el medio en un intervalo de tiempo. Definiendo elemento de señal como unidad básica de transmisión. Por ejemplo: un bit.

Otra parte importante es la señalización, o dicho de otra forma, elegir la forma en la que se transmite la información. Por ejemplo: transmitimos un cero (0) si no hay luz, y un uno (1) si emitimos luz. En la corriente continua determinada por 2 parámetros básicos, voltaje e intensidad, se suelen usar estos dos parámetros para la señalización. En concreto el mas usado es la intensidad. Sin embargo en corrientes alternas se suele usar como parámetro de señalización la frecuencia, siendo esta el numero de ciclos/seg., aunque también se usa la fase.

OndaSenoidal.svg
Dentro de ella podemos definir banda base: cuando no se emite una frecuencia básica o modulación de la onda. Se puede transmitir sin la necesidad de señal portadora. Es la que se utiliza hoy en día en los cables de red actuales. Sin embargo, modulación de portadora, es cuando la señal que se transmite es modulada y cambiante, por ejemplo, la radio que todos conocemos. Por cierto otra definición básica es el baudio, que la unidad de medida que representa el numero de elementos de señal transmitidos por segundo.

Otra parte muy importante es la codificación en línea. Esto básicamente consiste en la traducción de valores de tensiones/intensidades en señales binarias mediante reglas definidas. Antes de finalizar con esta capa recordar otra parte importante, el direccionamiento, o lo que es lo mismo, a quien o a que periferico va dirigida la informacion.

En la codificación en línea, se suelen añadir bits adicionales intercalados en la señal para sincronizar los dos dispositivos que se van a comunicar. Por ejemplo: la señal original enviada es “100010011”, la que se recibe es “1100101010110” o sea añado cada 3 bits, un bit de control (opuesto al anterior) que marca la sincronización entre el receptor y el emisor. En las redes modernas Ethernet se transmiten por 4 pares de cables (hay que recordar que se habla de pares porque en realidad cada “cable” está constituido por 2 cables fisicos, uno para emitir y otro para recibir). Por lo tanto suponiendo que elegimos intensidad como modo de señalización, se podrán emitir 4 intensidades diferentes. Por lo que resultan 16 combinaciones posibles de valores diferentes. (4 cables x 4 intensidades = 16 combinaciones). Ahora bien, ¿cuantos bits necesitariamos para transmitir las 16 combinaciones posibles?

0

0000
1

0001
2

0010
3

0011
4

0100
5

0101
6

0110
7

0111
8

1000
9

1001
10

1010
11

1011
12

1100
13

1101
14

1110
15

1111

Lo que se deduce es que necesitamos 4 bits para representar las 16 posibles combinaciones posibles. 2x2x2x2 = 16. Usamos 2 por ser base binaria siendo posible solo 2 valores: 0 o 1. A continuación pongo una tabla en la que se calcula los posibles valores para las combinaciones.

nº de bits

nº de combinaciones

1 2
2 4
3 8
4 16
5 32
6 64
7 128
8 256
9 512
10 1024
11 2048
12 4096
13 8192
14 16384
15 32768

Otra posiblidad o caso mas común de la codificación en linea sería: 4 cables conductores y 3 niveles diferentes de intensidad por par de cables. Resultaría entonces 3x3x3x3, o sea 3 niveles por 4 cables, en total 81 combinaciones. Si observamos la tabla, el numero de bits necesarios para representarlos sería 6 bits. Entonces 81 combinaciones – 64 (6 bits) = 17 posibles combinaciones libres o sobrantes. Los cuales podriamos usar para comprobacion de errores, sincronizar u otra cosa que se nos ocurra. Por ejemplo: usamos del 1-64 para enviar los datos, del 65-67 para control, y 68-81 para detectar errores.

De todo esto se deduce que para calcular las posibles combinaciones posibles según la codificación resulta:

Niveles de intensidad nº pares de cables

Codificación en Línea

Ejemplos de codificación usando algunos de los sistemas más comunes:
Ejemplos Codificacion en Linea

Ejemplos

Para calcular en el siguiente ejemplo, el ancho de banda y tasa real, disponemos de los siguientes datos:

  • Variante de la red: 100 base Tx
  • Codificación en linea: MLT3 – 4B5B
  • Tasa efectiva de la red: 100 Mbps

Pasamos a los cálculos:

  • Calculamos los Mbaudios de la siguiente manera:
\frac{100}{4}x\5=125 Mbaudios

grafica_ejemplo1

Donde 100 son los Mbps, 4 y 5 son obtenidos de 4B5B.
  • Ahora calculamos el ancho de banda:


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