LA CAPA FÍSICA



LA CAPA FÍSICA
Introducción


Analizaremos la capa que está en la parte más baja de la jerarquía. Dicha capa define las interfaces mecánica, eléctrica y de temporización de la red. Comenzaremos con un análisis teórico de la transmisión de datos, el cual nos llevará a descubrir que la Madre Naturaleza establece límites en lo que se puede enviar a través de un canal.
Después trataremostres tipos de medios de transmisión: dirigidos (cable de cobre y fibra óptica), inalámbricos (radio terrestre) y por satélite. Proporcionaremos información a fondo de las principales tecnologías de transmisión que se utilizan en las redes actuales.
Abarcaremos los sistemas de comunicación que se utilizan en la práctica en las redes de computadora de área amplia: el sistema telefónico (fijo), elsistema de telefonía móvil y el sistema de televisión por cable. Los tres utilizan una red dorsal de fibra óptica, pero están organizados de diferente manera y utilizan tecnologías distintas en la última milla (la conexión hacia el cliente).




































1. LA BASE TEÓRICA DE LA COMUNICACIÓN DE DATOS
Mediante la variación de algunaspropiedades físicas, como el voltaje o la corriente, es posible transmitir información a través de cables. Al representar el valor de este voltaje o corriente como una función simple del tiempo, podemos modelar el comportamiento de la señal y analizarlo matemáticamente. Este análisis es el tema de las siguientes secciones.

1.1 El análisis de Fourier
A principios del siglo XIX, el matemático francésJean Fourier probó que cualquier función periódica de comportamiento razonable, g(t) con un periodo T, se puede construir sumando una cantidad (posiblemente infinita) de senos y cosenos:



El análisis de Fourier surgió a partir del intento de éste matemático francés por hallar la solución a un problema práctico, la conducción del calor en un anillo de hierro. Demostró que se puede obteneruna función discontinua a partir de la suma de funciones continuas. Esta tesis fue defendida por Fourier ante la Academia Francesa, lo que motivó severas objeciones de los matemáticos más importantes de su época.




1.2 Señales de ancho de banda limitado
Para ver cómo se relaciona todo esto con la comunicación de datos, consideremos un ejemplo específico: la transmisión del carácter ASCIIcodificado en 1 byte de 8 bits. El patrón de bits que se va a transmitir es 01100010. La figura muestra la salida de voltaje que produce la computadora transmisora. El análisis de Fourier de la señal produce los coeficientes:












1.3 La tasa de datos máxima de un canal

En 1924, un ingeniero de AT&T, Henry Nyquist, se dio cuenta de que incluso un canal perfecto tiene unacapacidad de transmisión finita. Derivó una ecuación que expresa la tasa de datos máxima para un canal sin ruido de ancho de banda finito. En 1948, Claude Shannon continuó el trabajo de Nyquist y lo extendió al caso de un canal sujeto a ruido aleatorio (es decir, termodinámico)
(Shannon, 1948).
Nyquist probó que si se pasa una señal cualquiera a través de un filtro pasa-bajas de ancho de banda H,la señal filtrada se puede reconstruir por completo tomando sólo 2H muestras (exactas) por segundo. No tiene sentido muestrear la línea a una rapidez mayor que 2H veces por segundo porque los componentes de mayor frecuencia que tal muestreo puede recuperar ya se han filtrado.
Si la señal consiste en niveles discretos, el teorema de Nyquist establece:



2.MEDIOS DE TRANSMISIÓN GUIADOS
El propósito de la capa física es transportar un flujo de datos puro de una máquina a otra. Es posible utilizar varios medios físicos para la transmisión real. Cada uno tiene su propio nicho en términos de ancho de banda, retardo, costo, facilidad de instalación y mantenimiento. Los medios se clasifican de manera general en medios guiados, como cable de cobre y...