REDES SATELITALES

Un satélite puede definirse como un repetidor radioeléctrico ubicado en el espacio, que recibe señales generadas en la tierra, las amplifica y las vuelve a enviar a la tierra, ya sea al mismo punto donde se origino la señal u otro punto distinto.

 

Una red satelital consiste de un transponder (dispositivo receptor-transmisor), una estación basada en tierra que controlar su funcionamiento y una red de usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisión y recepción del tráfico de comunicaciones, a través del sistema de satélite.

 

Características

• Las transmisiones son realizadas a altas velocidades en Giga Hertz.
• Son muy costosas, por lo que su uso se ve limitado a grandes empresas y países
• Rompen las distancias y el tiempo.

 

Transponder

Es un tipo de dispositivo utilizado en telecomunicaciones cuyo nombre viene de la fusión de las palabras inglesas Transmitter (Transmisor) y Responder (Contestador/Respondedor). Se designa con este término (o con alguna de las abreviaturas XPDR, XPNDR, TPDR o TP) a equipos que realizan la función de:

  

• Recepción, amplificación y re emisión en una banda distinta de una señal (estos transpondendores se utilizan en comunicaciones espaciales para adaptar la señal satélite entrante/saliente a la frecuencia de los equipos en banda base).
• Respuesta automática de un mensaje (predeterminado o no) a la recepción de una señal concreta de interrogación (estos transpondedores se utilizan en aeronáutica para sistemas de pseudo-radar).

 Estación terrestre

Las estaciones terrenas controlan la recepción con el satélite y desde el satélite, regula la interconexión entre terminales, administra los canales de salida, codifica los datos y controla la velocidad de transferencia. Dependiendo del tipo de estación, ésta se puede encargar de transmitir y/o recibir información, controlar el estado del satélite y su situación orbital. Los tipos principales de estaciones son: Pequeñas estaciones receptoras de TV por satélite DBS; estaciones terrenas portátiles (deportes, conferencias); Estaciones o terminales VSAT, Terminales de Abertura Muy Pequeña (redes de difusión, transmisión de datos privados, intercambio de datos, etc.); y Grandes estaciones de comunicaciones internacionales. Su diseño es conceptualmente el mismo que una estación convencional de comunicaciones dado que, en principio, el procesamiento de la señal a transmitir es similar en todos los casos. Por consiguiente, la estación estará formada por el susbistema de antena, subsistema de seguimiento, transmisión/recepción en radiofrecuencia, etapa de conversión de frecuencia, modulación-demodulación, conexión con el Centro de Programas y suministro de energía eléctrica.

 

 Órbita terrestre baja (LEO)

Las órbitas terrestres de baja altura prometen un ancho de banda extraordinario y una latencia reducida. Existen planes para lanzar enjambres de cientos de satélites que abarcarán todo el planeta. Los LEO orbitan generalmente por debajo de los 5035 kilómetros, y la mayoría de ellos se encuentran mucho más abajo, entre los 600 y los 1600 kilómetros. A tan baja altura, la latencia adquiere valores casi despreciables de unas pocas centésimas de segundo. Tres tipos de LEO manejan diferentes cantidades de ancho de banda. Los LEO pequeños están destinados a aplicaciones de bajo ancho de banda (de decenas a centenares de Kbps), como los buscapersonas, e incluyen a sistemas como OrbComm. Los grandes LEO pueden manejar buscapersonas, servicios de telefonía móvil y algo de transmisión de datos (de cientos a miles de Kbps). Los LEO de banda ancha (también denominados megaLEO) operan en la franja de los Mbps y entre ellos se encuentran Teledesic, Celestri y SkyBridge.

 

 Órbita terrestre intermedia (MEO)

Los satélites de órbita terrestre media se encuentran a una altura de entre 10075 y 20150 kilómetros. A diferencia de los GEO, su posición relativa respecto a la superficie no es fija. Al estar a una altitud menor, se necesita un número mayor de satélites para obtener cobertura mundial, pero la latencia se reduce substancialmente. En la actualidad no existen muchos satélites MEO, y se utilizan para posicionamiento.

 

Órbita Terrestre Geosíncrona (GEO)

Los satélites GEO orbitan a 35848 kilómetros sobre el ecuador terrestre. A esta altitud, el periodo de rotación del satélite es exactamente 24 horas y, por lo tanto, parece estar siempre sobre el mismo lugar de la superficie del planeta. La mayoría de los satélites actuales son GEO, así como los futuros sistemas Spaceway, de Hughes, y Cyberstar, de Loral. Esta órbita se conoce como órbita de Clarke, en honor al escritor Arthur C. Clarke, que escribió por primera vez en 1945 acerca de esta posibilidad. Los GEO precisan menos satélites para cubrir la totalidad de la superficie terrestre. Sin embargo adolecen de un retraso (latencia) de 0.24 segundos, debido a la distancia que debe recorrer la señal desde la tierra al satélite y del satélite a la tierra. Así mismo, los GEO necesitan obtener unas posiciones orbitales específicas alrededor del ecuador para mantenerse lo suficientemente alejados unos de otros (unos 1600 kilómetros o dos grados). La ITU y la FCC (en los Estados Unidos) administran estas posiciones.

 

Banda C

Es un rango del espectro electromagnético de las microondas que comprende frecuencias de entre 3,7 y 4,2 GHz y desde 5,9 hasta 6,4 GHz. Fue el primer rango de frecuencia utilizado en transmisiones satelitales. Básicamente el satélite actúa como repetidor, recibiendo las señales en la parte alta de la banda y re emitiéndolas hacia la Tierra en la banda baja, con una diferencia de frecuencia de 2.225 MHz. Normalmente se usa polarización circular, para duplicar el número de servicios sobre la misma frecuencia.

 

 Banda Ku (Kurz-unten band)

Es una porción del espectro electromagnético en el rango de las microondas que va de los 12 a los 18 GHz. La banda Ku se usa principalmente en las comunicaciones satelitales, siendo la televisión uno de sus principales usos. Esta banda se divide en diferentes segmentos que cambian por regiones geográficas de acuerdo a la ITU. La cadena televisiva estadounidense NBC fue la primera en utilizar esta banda para sus transmisiones en 1983. Las señales de banda Ku pueden ser afectadas por la absorción por lluvia. En el caso de la recepción de TV, sólo la lluvia pesada (mayor a 100 mm/h) tendrá efectos que pueda notar el usuario.

 

Banda Ka

Es un rango de frecuencias utilizado en las comunicaciones vía satélite. El rango de frecuencias en las que opera la banda Ka son las comprendidas entre los 18 GHz y 31 GHz. Dispone de un amplio espectro de ubicaciones y sus longitudes de onda transportan grandes cantidades de datos, pero son necesarios transmisores muy potentes y es sensible a interferencias ambientales. Esta fue creada por los Ingenieros Adriano Cachele, Mauricio Delgado Hershlaq y Stephen Lutz. Esta banda también es utilizada en algunos modelos de radar (en España se usa tanto para radares fijos como móviles) por los servicios de control de tráfico (tanto nacionales como regionales y municipales).

XDSL

xDSL es un grupo de tecnologías de comunicación que permiten transportar información multimedia a mayores 

velocidades, que las que se obtienen actualmente vía modem, simplemente utilizando las líneas telefónicas convencionales.

DSL (Digital Subscriber Line) es un término utilizado para referirse de forma global a todas las tecnologías que proveen una conexión digital sobre línea de abonado de la red telefónica local.

Tienen en común que utilizan el par trenzado de hilos de cobre convencionales de las líneas telefónicas para la transmisión de datos a gran velocidad.

Canal downstream

Este canal discurre desde la central telefónica hasta el usuario, con el que se pueden alcanzar velocidades entre 1,5 Mb y 6,3 Mb por segundo. Este canal se puede presentar al usuario como uno solo o como múltiples subcanales siempre dependiendo de la función a realizar. Las transmisiones de recepción residen en la banda de espectro más alta (centenares de KHz).

Canal upstream

Desde el usuario hasta la central telefónica, con velocidades que varían entre 16 Kbps y 640 kbps. Las transmisiones de envío residen en la banda de espectro más baja (decenas de KHz).

CAP (Carrier-less Amplitude Modulation)

Esta modulación está basada en QAM (los fundamentos matemáticos son prácticamente idénticos). El receptor de QAM necesita una señal de entrada que tenga la misma relación entre espectro y fase que la señal transmitida, pero las líneas telefónicas instaladas no garantizan esta calidad. CAP es una implementación de QAM para xDSL, de bajo coste debido a su simplicidad y con una velocidad de 1.544 Mbps. CAP divide la señal modulada en segmentos que después almacena en memoria. La diferencia fundamental radica en que la señal portadora se suprime, puesto que no aporta ninguna información. Esto repercute en que el aparato receptor necesita más dispositivos electrónicos para recomponerla, pero el precio de los chips es muchísimo más barato hoy en día que cuando se diseñó QAM por lo que tampoco supone un gran desembolso y se gana mucha velocidad.

DMT (Discrete Multi-Tone modulation)

Es un tipo de modulación multiportadora, que elimina el problema de las altas frecuencias que aumentan considerablemente las pérdidas debido al ruido en las líneas de cobre, dividiendo el ancho de banda disponible en 256 subcanales, que son comprobados para determinar su capacidad portadora.

Splitter

Es un filtro pasa bajo analógico instalado entre dispositivos analógicos (tales como teléfonos y módems analógicos) y un línea telefónica POTS, usado para prevenir interferencia entre tales dispositivos y un servicio DSL operando en la misma línea. Sin los filtros DSL, las señales o ecos de los dispositivos analógicos pueden reducir el rendimiento y producir problemas de conexión con el servicio DSL, mientras que para los dispositivos analógicos puede resultar como ruido en la línea y otros problemas. La instalación típica requiere la instalación de filtros DSL en cada teléfono, fax, módem analógico, y otros dispositivos que utilicen la línea telefónica, dejando el módem DSL como el único dispositivo sin filtrar.

Tecnologias XDLS

HDSL (High bit rate Digital Subscriber Line)

Los primeros en aparecer fueron los módems HDSL, diseñados para ofrecer servicios a velocidades de hasta de 2,048 Mbit/s sobre 2 o 3 pares de cables en anchos de banda que varían entre 8 kHz y 240 kHz, según la técnica de modulación utilizada de forma simétrica. El HDSL original a 1,544 Mbps utilizaba 2 pares de cobre y se extendía hasta 4,5 Kilómetros. El HDSL a 2,048 Mbps necesitaba 3 pares para la misma distancia (pero no más). Las últimas versiones del HDSL, conocidas como HDSL2, emplean sólo un par de hilos y se espera que se conviertan en un estándar para garantizar la compatibilidad entre equipos. Aplicaciones típicas para HDSL serían para la conexión de centralitas PBX, las antenas situadas en las estaciones base de las redes telefónicas celulares, servidores de Internet, interconexión de LAN’s y redes privadas de datos.

SDSL (Single line Digital Subscriber Line)

Es prácticamente la misma tecnología que HDSL pero utiliza únicamente un par, por lo que se sitúa estratégicamente en el segmento de los usuarios residenciales que sólo disponen de una línea telefónica. Pero tiene su tope en los 3 kilómetros, al menos en sus especificaciones de diseño. No obstante, las velocidades son las mismas que en HDSL.

RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line)

Normalmente, cuando se instala un equipo se asume que se cumplen algunos criterios mínimos para operar a una velocidad dada. Esto ha sido así con tecnologías anteriores, tales como la portadora-T o la RDSI. De todos modos, ¿qué ocurre si las condiciones de la línea varía o las velocidades a las que operan los equipos hacen que éstos sean sensibles a los cambios atmosféricos? RADSL, al utilizar la modulación DMT (característica también de ADSL) puede adaptarse a cambios en las condiciones de la línea y ajustar las velocidades por separado para maximizar el rendimiento de cada línea individual.

CDSL (Consumer Digital Subscriber Line)

Aunque está relacionada de manera cercana con ADSL y RADSL, CDSL mantiene algunas diferencias. CDSL es generalmente más modesto en términos de velocidad y distancia comparado con ADSL y RADSL, pero tiene una clara ventaja: con CDSL no hay que preocuparse por los dispositivos conocidos como splitters (filtros). La función de estos filtros en la casa del usuario es la de permitir la utilización de teléfonos y faxes de la misma manera que se utiliza bancon anterioridad. La ventaja de CDSL es que no necesita este filtro y su cableado asociado.

IDSL (ISDN Digital Subscriber Line de RDSI): Esta técnica toma el acceso básico (BRI) de la RDSI, compuesto por los canales 2B+D, que opera a 144 Kbps (dos canales B a 64 Kbps cada uno y un canal D a 16 Kbps), y lo desvía del conmutador de voz de la RTC para dirigirlo a los equipos xDSL. IDSL también funciona sobre un par de hilos y alcanza 5,5 kilómetros.

VDSL (Very High Digital Subscriber Line)

El miembro más reciente de la familia, VDSL. es considerado el «último objetivo» de la tecnología DSL. Las velocidades son las más altas posibles, pero con un alcance de sólo entre 300 y 1 .300 metros sobre un par de cobre trenzado. Esto no es un problema para VDSL. VDSL espera encontrar una red de fibra en ese punto, y también tiene proyectado transportar celdas ATM (Asvnchronous Transfer Mode- Modo de Transferencia Asíncrono), no como una opción, pero sí como una recomendación. Esta tecnología, coincide básicamente con ADSL y permite velocidades de hasta 52 Mbit/s aunque sobre distancias menores. La diferencia básica es la velocidad. Actualmente, el ADSL "sólo" llega a los 8 Mb/s de bajada y el VDSL puede llegar a los 52 Mb/s de bajada. Proporcionalmente, el VDSL tendrá menor cantidad de velocidad de subida que el ADSL.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

Esta nueva tecnología va suplantando a las anteriores, ofreciendo velocidades de acceso mayores y una configuración de canales que se adapta mejor a los requerimientos de las aplicaciones dirigidas a los usuarios privados como vídeo simplex (o TV en modo distribución), vídeo bajo demanda o acceso a Internet. Son estas las típicas aplicaciones donde se necesitan unos anchos de banda elevados para recibir la información multimedia y solo unos pocos kilobits por segundo para seleccionarla. SDSL utiliza sólo un par de hilos, pero la necesidad de soportar velocidades simétricas, limita la distancia. ADSL aprovecha la naturaleza asimétrica de muchos servicios de banda ancha y a la vez amplia la distancia a la que puede operar hasta los 5,5 kilómetros. El ADSL utiliza frecuencias que no utiliza el teléfono normal, por lo que es posible conectar con Internet y hablar por teléfono a la vez. Esto se consigue mediante la instalación de un splitter o filtro separador que, por otra parte, es fundamental para el funcionaminto del ADSL. ADSL establece tres canales de conexión: 

• El de envio de datos (que puede llegar a 1Mb/s).
• El de recepción de datos (hasta 8Mb/s).
• El de servicio telefónico normal.

DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer)

Es un multiplexor localizado en la central telefónica que proporciona a los abonados acceso a los servicios DSL sobre cable de par trenzado de cobre, este dispositivo separa la voz y los datos de las líneas de abonado, la comunicación se realiza a través de las interfaces: 

• (ATU-R) para los clientes.
• (ATU-C) para el proveedor.

RDSI (Integrated Services Digital Network)

Es una tecnología que permite transmisión de datos,imágenes, voz, video y texto en forma digital, permite la conexión de varios dispositivos sobre un solo medio de transmisión, pudiéndose utilizar simultáneamente dos (en el caso del acceso básico).

La RDSI ofrece numerosas ventajas respecto a la tecnología análoga tradicional, por ejemplo, los sistemas telefónicos típicos requieren una línea separada para cada aparato (teléfono, fax,computadora, etc.), si se desea usarlos al mismo tiempo.Una de las modalidades de la RDSI es el acceso básico (RDSI-Básico), la cual provee al cliente dos canales de comunicación independientes con velocidad de 64 kbps cada uno.

Canales de Transmisión

Canal B: Es el canal de usuario básico. Admite una velocidad de transmisión de 64 Kbps. Se utiliza para la transmisión digital de datos y/o de voz a baja velocidad. Todo el tráfico debe de hacerse hacia el mismo destino final.

Canal D: Sirve tanto para señalización como para conmutación de paquetes. Como señalización se utiliza para el control y señalización de los canales B

En RDSI, el canal D tiene implementados los niveles 1,2 y 3 del modelo OSI, mientras que los canales B sólo tienen el nivel 1, lo que permite a los usuarios utilizar sus propio protocolos desde el nivel 2 hasta el 7.

Niveles canal D

• Nivel 1: describe la conexión física entre el Equipo Terminal (ET) y el Terminal de Red (NT2). Define las características eléctricas, el tipo de conector, codificación en línea…
• Nivel 2: Describe los procedimientos que aseguran la comunicación libre de errores sobre el enlace físico y define la conexión lógica entre el usuario y la red.
• Nivel 3: Define la interfaz y los mensajes de señalización entre los usuarios y la red.

Niveles canal B

• Nivel 1: Tienen la misma especificación que el canal D ya que comparten la misma línea física.
• Nivel 2-7: No está definido ninguno de estos niveles, lo que permite al usuario utilizar los protocolos que prefiera.
  

Canal H: Es un Canal a velocidades superiores a 64 Kbps utilizado para la transmisión de información de usuario. Existen tres modos distintos de canal H.

1. Canal H0 a 384 Kbps: Con una capacidad equivalente a 6 canales a 64 Kbps.
2. Canal H10 a  1.536 Kbps: Con una capacidad de 23 canales a 64 Kbps.
3. Canal H11 a 1.536 Kbps: Con una capacidad equivalente a 24 canales a 64 Kbps. Es utilizado en países como Estados Unidos y Japón, donde se manejan transmisiones digitales MIC a 1.544 Kbps.
4. Canal H12 a 1.920 Kbps: Con una capacidad equivalente a 30 canales a 64 Kbps. Es utilizado en países donde se manejan transmisiones digitales MIC a 2.048 Kbps, como por ejemplo, en Europa.

Tipos de Servicio o modos de Acceso

RDSI está basada en una de las dos estructuras:

Acceso Básico o BRI (Basic Rate Interface)

• Acceso simultáneo a 2 canales de 64 Kbps, denominados canales B para voz o datos.
• Un canal de 16 Kbps o canal D, para la realización de la llamada y otros tipos de señalización entre dispositivos de la red.
• En conjunto se denomina 2B+D o I.420, el conjunto proporciona 144 Kbps.2.

Acceso Primario o PRI (Primary Rate Interface)

• Acceso simultáneo a 30 canales tipo B, de 64 Kbps para voz y datos.
• Un canal de 64 Kbps o canal D para la realización de la llamada y la señalización entre dispositivos de la red.
• En conjunto, se referencia como 30B+D o I.421 que proporciona 1.984 Kbps.
• En algunos países (US) sólo existen 23 canales tipo B por lo que se denomina 23B+D. El total corresponde a 1.536 Kbps.

NT-1 (Network Termination 1)

Es un dispositivo que básicamente convierte los dos hilos del interface U en los cuatro hilos empleados en un interface T (o S/T) realizando operaciones de multiplexado y temporización. Así, este dispositivo realiza funciones del Nivel Físico. En Europa el NT-1 lo debe suministrar la compañía telefónica y al usuario se ofrece un interface T (o S/T) directamente. En EE.UU. también hay dispositivos RDSI que incorporan el NT-1 internamente y por ello se pueden conectar directamente al interfaz U.

NT-2 (Network Termination 2)

Es un dispositivo que convierte el interface T en un interface S. Incluye funciones de los niveles físico, enlace y red de la arquitectura OSI, como por ejemplo multiplexado en las capas física y de enlace, conmutación, y tratamiento de protocolo de las capas de enlace y red.

Protocolo LAP-D (Link access protocol)

Proporciona una o más conexiones sobre un mismo canal D y por tanto permite cumplir con los requerimientos de señalización para múltiples canales B, asociados a un único canal D. 

La funcionalidad del protocolo LAP-D permite:

• Mensajes a un único o múltiples (broadcast) destinatarios.
• En caso de un único destinatario, se garantiza que no hay pérdida de ningún mensaje, así como su transmisión libre de errores, en la secuencia en que son originados.
• En caso de mensajes tipo "broadcast" LAP-D garantiza la transmisión libre de errores en la secuencia original, pero si hay errores durante la transmisión, los mensajes se pierden.

LAP-D proporciona direccionamiento y chequeo de errores en la capa 2, mediante una secuencia de verificación de tramas FCS (Frame Check Sequence).

Elementos de una llamada RDSI

1. SETUP: Para iniciar una llamada.
2. ALERT: Indicar el inicio de la fase de generación del tono.
3. CONNECT: Señalizar el comienzo de la conexión.
4. CONNECT ACKNOWLEDGE: Reconocimiento local del mensaje de conexión.
5. DISCONNECT: Enviado por el terminal cuando va a colgar.
6. RELEASE: Respuesta a un mensaje de desconexión, iniciando la misma.
7. RELEASE COMPLETE: Reconocimiento local del mensaje de desconexión, confirmando la liberación correcta de la llamada.
8. INFORMATION: Empleado por el terminal para enviar información adicional a la central en cualquier momento, durante una llamada.

ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Es una arquitectura de conmutación de celdas que utiliza la multiplexación por división en el tiempo asíncrona para implementar subredes de comunicación: tanto WAN como LAN, segmentando el ancho de banda en paquetes de tamaño fijo denominados celdas estas celdas son las unidades de transferencia de información en ATM y se caracterizan por tener un tamaño fijo de 53 bytes. Esto permite simplificar los nodos y que la conmutación sea realizada por hardware, permitiendo transportar información de datos, voz y video a altas velocidades.

Caracteristicas de ATM

• ›Es una tecnología de naturaleza conmutada y orientada a la conexión. 
• Si el tamaño de las celdas son muy pequeñas la eficiencia de la red sera baja. 
• Si el tamaño de las celdas son muy grandes el retardo de propagación en la red aumentara. 
• Protección de cabecera (garantiza enrutamiento)

Multiplexación ATM

ATM emplea multiplexación TDM asíncrona para multiplexar las celdas que vienen de los distintos canales y

emplea ranuras de tamaño fijo que los multiplexadores rellenan con una celda de cualquier canal de entrada con celdas.

Si no hay celdas para enviar en ningún canal la ranura ira vacía las celdas de una misma conexión mantienen su orden secuencial. En ningún sitio de la red una celda de una conexión puede “adelantar” a otra celda de esa misma conexión que ha sido enviada antes que ella.

Este tipo de multiplexación ofrece la posibilidad de trabajar tanto en modo de circuitos como de paquetes.

1. El modo de circuitos (por ejemplo, voz), se denomina también CBR o "Continuous BitRate". 
2. El modo de paquetes, casi siempre datos, es denominado VBR ("Variable BitRate"). 

De este modo, se logra compatibilidad con el equipamiento de red existentes, así como con todos los servicios de red.

El modelo de referencia ATM

ATM tiene su propio modelo de referencia, el cual es diferente del OSI y del TCP/IP, esta arquitectura  está basada en la existencia de 3 capas fundamentales y 3 planos.

Capas

1. Capa Física. 
2. Capa ATM. 
3. Capa de Adaptación ATM.

Planos

1. Usuario: Permite la transferencia de información de usuario, así como de determinados controles asociados a dicha transferencia como son el control del flujo y de algunos errores.
2. Control: Realiza funciones de control de llamada y de control de la conexión. Es realmente el que se encarga del establecimiento y liberación de la conexión.
3. Administración: Se encarga de la gestión de las diferentes capas y planos y se relaciona con la administración de recursos.

Jerarquía de Transmisión

›Bajo un punto de vista basado exclusivamente en la transmisión, el ATM se puede dividir en tres niveles que se combinan de forma jerárquica de modo que cada capa superior puede tener uno o varios de los elementos inferiores:

• VC (Canal Virtual): Así llamada a la conexión unidireccional entre usuarios, además de transportar datos entre usuarios también son utilizados para transportar la señalización y la gestión de la red. 
• VP (Trayecto Virtual): Se entiende al conjunto de canales virtuales que atraviesan multiplexadamente un tramo de la red ATM, también facilitan la conmutación de los canales virtuales, pues conectan tramos enteros de la red ATM. 
• PS (›Sección Física): Conecta y proporciona continuidad digital entre los diferentes elementos que componen la red controlando el flujo de bits, manteniendo en óptimas condiciones las señales físicas, eléctricas u ópticas regenerándolas cuando resultan afectadas por atenuaciones, ruido o distorsiones.

Capa Física

La capa física define las interfaces y los protocolos de las tramas para la red ATM, Las velocidades de transferencia en la capa física van de 25’6Mbps hasta 622Mbps. La velocidad mas comúnmente usada es a 155Mbps, pero se elige la velocidad de 155 Mbps porque ésta es la que se requiere para transmitir televisión de alta definición y 622Mbps para enviar 4 canales de video.

La capa física se subdivide en dos subcapas: 

1. PM (Physical Medium Dependent): Proporciona las funciones de transferencia de bits y de la sincronización de señales.
2. TC (Transmission Convergence): Controla la transmisión de las tramas a través del medio físico y se encarga de:

• Delimitar las celdas.
• Generar y verificar el campo HEC de las celdas.
• Insertar y suprimir celdas vacías.
• Empaquetar y desempaquetar las celdas de acuerdo al servicio de transporte físico. 

Capa ATM

La capa ATM define la estructura de la célula y la señalización a través de las conexiones en una red, esta capa es la encargada de:

• Transmitir las celdas en orden 
• Insertar y remover el encabezado de la celda 
• Multiplexar las celdas 
• Manejar los identificadores de circuito virtual 
• Controlar el flujo

Celdas ATM

Son estructuras de datos de 53 bytes compuestas por dos campos principales: 

1. Header: Sus 5 bytes tienen tres funciones principales identificación del canal, información para la detección de errores y si la célula es o no utilizada. Eventualmente puede contener también corrección de errores, número de secuencia. 
2. Payload: tiene 48 bytes fundamentalmente con datos del usuario y protocolos AAL que también son considerados como datos del usuario.

›Dos de los conceptos más significativos del ATM, Canales Virtuales y Rutas Virtuales, están materializados en dos identificadores en el header de cada célula VCI (Virtual Circuit Identifier) y VPI (Virtual Path Identifier) ambos determinan el routing entre nodos.

Existen dos formatos de células: la UNI (User Network Interface) utilizado en el interfaz red/usuario y la NNI (Network Interface) cuando circulan por la red.

Su estructura es de 53 bytes reservandose los 5 primeros para el encabezado y el restante para los datos y consisten en los siguientes campos.

• CFG (Control de Flujo Genérico): De 4 bits regula el flujo de trafico en una red ATM. 
• VPI (Identificador de Ruta Virtual): De 8 bits, parte de identificador de conexión de ATM. 
• VCI (Identificador de Canal Virtual): De 16 bits, también parte del identificador de conexión ATM. Identifica una conexión entre dos estaciones de conmutación ATM.
• PT(Tipo Carga Util): De 3 bits, indica si el campo de datos es dato de usuario o información de administración. 
• PPC(Prioridad de Perdida de Celdas): De 1 bit, indica si la ceda se puede desechar al encontrar congestión en la red. 
• HEC(Control de Error de Encabezado): De 8 bits, llenado con una secuencia derivada matemáticamente que permite a la estación terminal determina si la información del encabezado es correcta o si ha ocurrido un error. 
• Payload (Carga Util): De 48 bits, los datos de usuario se colocan en este campo.

Los comités de estándares han definido dos tipos de cabeceras ATM:

1. UNI (User-to-Network Interface): Es un modo nativo de interfaz ATM que define la interfaz entre el equipo del cliente (Customer Premises Equipment), tal como hubs o routers ATM y la red de área ancha ATM (ATM WAN). La NNI define la interface entre los nodos de la redes (los switches o conmutadores) o entre redes. 
2. NNI (Network to Network Interface): Puede usarse como una interface entre una red ATM de un usuario privado y la red ATM de un proveedor público (carrier).

La función principal de ambos tipos de cabeceras es identificar las VPIS (Virtual paths identifiers) y los   VCIS (virtual circuits o virtual channels) como identificadores para el ruteo y la conmutación de las celdas.

Capa de Adaptación

La capa de adaptación al medio AAL (ATM Adaptation Layer) realiza las funciones de segmentación y reensamblado que componen la información de las capas de niveles superiores, También gestiona el control de tiempos para las transmisiones y maneja células perdidas u ordenadas incorrectamente.

Hay cinco versiones de la capa de adaptación al medio:

1. AAL1: Soporta servicios CBR, orientados a conexión y tráfico síncrono, para servicios de voz y vídeo sin comprimir, emulación de circuitos, en los que se requiere una fuerte sincronización entre el emisor y el destinatario, pero a velocidades fijas.
2. AAL2: Soporta servicios VBR, orientados a conexión y tráfico síncrono, para servicios de voz y vídeo comprimidos, donde la sincronización entre el emisor y el destinatario también es importante, pero la velocidad es variable.
3. AAL3/4: Proporciona servicios para comunicación de datos, tanto orientados a conexiones como sin ellas de tráfico asíncrono. Permite el empleo de ATM con funciones de LAN, en general transferencias cortas pero con grandes ráfagas de datos.
4. AAL5: Es una versión más eficiente de la AAL3/4, diseñada para los requerimientos de redes locales de alta velocidad, sin conexión y con servicios.

Las funciones AAL están organizadas en dos subcapas lógicas:

1. CS (Subnivel de Convergencia): Es capa más externa y ejecuta funciones como la detección y de Multiplexación de datos, detección de células perdidas y mantenimiento del sincronismo de la conexión
2. SAR (Subnivel Segmentación y Reensamble): Esta capa segmenta los datos en células y las envía al nivel ATM para que les ponga la cabecera. El proceso inverso se verifica al lado opuesto cuando recibe células y reconstruye la información original.

QoS (Calidad de servicio)

La información que llega a un nodo terminal ATM es captada, segmentada y dispuesta en células con las cabeceras adecuadas para cada tipo de tráfico. Este servicio proporcionado por el nivel AAL se denomina QoS que queda definido por tres parámetros:

1. Caudal: Define el volumen de información que puede ser enviada en un período de tiempo, si el tráfico es constante, el parámetro es único: velocidad pico; pero si el tráfico es a ráfagas, está expresado por tres parámetros de conexión: velocidad pico, velocidad media y duración de la ráfaga.
2. Retardo: Definido por su media y su varianza que relaciona el retardo global medio de toda la transmisión y la variación entre los retardos individuales que afectan a cada célula.
3. Nivel de Seguridad: Se refiere a la tolerancia de un determinado tipo de tráfico a la pérdida de células que puede ocurrir durante períodos de congestión.

Frame Relay

Es una tecnología de comunicación mediante la retransmisión de tramas para redes de circuito virtual, consiste en una forma simplificada de tecnología de comunicación de paquetes que transmite una variedad de tamaños de tramas o marcos "Frames" para datos, perfecto para la transmisión de grandes cantidades de datos se utiliza para el servicio de transmisión de voz y datos a alta velocidad que permite la interconexion de redes de área local separadas geográficamente a un costo menor, naciendo como una extencion de ISDN (Red Digital de Servicios Integrados) y el protocolo de interfaz de acceso a una red de comunicación de paquetes X.25.

Características de Frame Relay

• Esta basado en paquetes "Fast Packet".
• orientado a conecion utilizando PVC (Circuitos Virtuales Permanentes).
• Su estructura es HDLC de tipo estándar.
• Sus medios de con trol son FECN y el BECN.
• Una conexio fisica puede tener multiples conexiones virtuales.

Circuitos Virtuales 

Una red de circuitos virtuales tiene una ruta con enlaces y routers para comunicar los host origen y destino, distintos números de circuito virtual para diferenciarlos de otros y una tabla de reenvío en los routers. Los routers deben mantener el estado de las conexión activas, es decir, deben actualizar constantemente su tabla de reenvío, tanto para añadir como para borrar entradas.

• Se establece una ruta fija antes de enviar cualquier paquete
• Paquetes de llamada y aceptación establecen la conexión.
• Cada paquete contiene un identificador de circuito virtual en vez de una dirección destino.
• No se toman decisiones de enrutado para cada paquete. En datagramas sí.
• Un paquete de liberación libera el camino.
• No son rutas dedicadas pues se siguen utilizando colas. La misma ruta la pueden establecer distintos Circuitos Virtuales. Puede haber varios circuitos virtuales entre un mismo origen y destino.
• Se gestiona por tablas.

Datargramas

Cada vez que un host desea enviar un paquete, introduce en el paquete la dirección del sistema terminal de destino y luego lo envía a la red, no se configuran circuitos virtuales (datagramas == no orientado a conexión), la introducción de estas direcciones ocurre en cada salto, es decir, por cada router donde el paquete pasa, debe introducir la dirección del siguiente hasta llegar al destino.

• Cada paquete es tratado independientemente.
• Los paquetes pueden tomar cualquier ruta.
• Los paquetes pueden llegar desordenados.
• Algún paquete puede perderse.
• El nodo destino debe re-ordenar paquetes y solicitar paquetes perdidos (si la red ofrece servicio orientado a conexión).
• Se gestiona por colas.

Comparación Datagramas - Circuitos Virtuales

• Circuitos Virtuales:
• La red proporciona secuenciamiento y control de errores
• Los paquetes se reenvían mas rápidamente (no es necesario un 
• procesamiento de rutas).
• Menos fiable (si un nodo falla, fallan todos los CV de ese nodo)
• Datagramas:
• No hay fase de establecimiento
• Mas flexible

Arquitectura de Frame Realy

Frame Realy trabaja en el nivel 2 del modelo osi donde se encuentran los protocolos orientados a bits como: 

1. HDLC: transmisión asíncrona de tramas.
2. SDLC: Especifica un formato de encapsulación de tramas enlaces de datos sincronos.

PVC (Circuito Virtual Permanente)

Este tipo de circuitos son conexiones establecidas en forma permanente, que se utilizan en transferencia de datos frecuentes y constantes entre dispositivos DTE a través de la red Frame Relay. La comunicación a través de un PVC no requiere los estados de establecimiento de llamada y finalización que se utilizan con los SVC (Servicios Virtuales Conmutados), los PVC siempre operan en alguno de los estados siguiente:

• Transferencia de datos: Los datos se transmiten entre los dispositivos DTE a través del circuito virtual.
• Ocioso: Ocurre cuando la conexión entre los dispositivos DTE está activa, pero no hay transferencia de datos. A diferencia de los SVC los PVCs no se darán por finalizados en ninguna circunstancia ya que se encuentran en estado ocioso.

Los dispositivos DTE pueden comenzar la transferencia de datos en cuanto estén listos, pues el circuito está establecido de manera permanente.

Formato de Trama Frame Relay

Este formato de trama se encuentra compuesto 

• Flags (indicadores): Delimitan el comienzo y la terminación de la trama. 
• DLCI: Este valor representa la conexión virtual entre el dispositivo DTE y el switch. Cada conexión virtual que se multiplexe en el canal físico será representada por un DLCI único.
• EA (dirección extendida): Puesto que se permiten más de dos octetos en el campo de control, este primer bit de cada octeto indica (cuando está marcado con un '0') si detrás siguen más octetos o bien (cuando está marcado con un '1') si se trata del último del campo de control.
• CR: Es el bit que sigue después del byte DLCI más significativo en el campo de direcciones.

Control de saturación: Este campo consta de 3 bits que controlan los mecanismos de notificación de la saturación en Frame Relay. Éstos son los bitas FECN, BECN y DE, que son los últimos bits en el campo de direcciones.

• FECN (Notificación de la Saturación Explícita Hacia Adelante): Es un campo de un solo bit que puede fijarse con el valor de 1 por medio de un interruptor para indicar a un dispositivo DTE terminal, como un ruteador, que ha habido saturación en la dirección de la trama del origen al destino. La ventaja principal de usar los campos FECN y BECN es la habilidad que tienen los protocolos de las capas superiores de reaccionar de manera inteligente ante estos indicadores de saturación. Hoy día, los protocolos DECnet y OSI son los únicos protocolos de las capas superiores que implementan estas características.

• BECN (Notificación de Saturación Explicita Hacia Atrás): Es un campo de un solo bit que, al ser establecido en 1 el valor po un switch, indica que ha habido saturación en la red en la dirección opuesta a la de la transmisión de la trama desde el origen al destino.

• DE (Eligibilidad para Descartes): Este bit es fijado por el dispositivo DTE, un ruteador por ejemplo, para indicar que la trama marcada es de menor importancia en relación con otras tramas que se marcan como "elegible para descartes" deben ser descartadas antes de cualquier otra. Lo anterior representa un mecanismo justo de establecimiento de prioridad en las redes Frame Relay.
• Payload (Datos de Usuario):  Los datos contienen información encapsulada de las capas superiores. Cada trama en este campo de longitud variable incluye un campo de datos de usuario o carga útil que varía en longitud y podrá tener hasta 16,000 bytes. Este campo sirve para transportar el PDU (Paquete de Protocolo de las Capas Superiores) a través de una red Frame Relay.
• FCS (Secuencia de verificación de tramas): Asegura la integridad de los datos transmitidos. Este valor calculado por el dispositivo de origen y verificado por el receptor para asegurar la integridad de la transmisión.

Se encuentran agrupados de la siguiente manera

Formato de la trama LMI (Local Management interface)

Permiten que el conmutador de Frame Realy anuncie al host o router sobre el estado operativo de los PVC (activos, nuevos, eliminados) de esta forma el router se puede 

Control de Ancho de Banda

Es posible contratar para cada conexión una calidad de servicio distinta. Dicha calidad está definida mediante ciertos parámetros.

1. CIR (Tasa de información comprometida). Caudal medio garantizado que la red se compremete a dar en una conexión.
2. EIR (Excess Information Rate): especifica la cantidad de información mayor o igual que el CIR, hasta el cual las tramas son transmitidas sin pérdidas.
3. BC (Commited burst size): Es la máxima cantidad de datos (bits) que la red se compromete a transmitir durante un intervalo de tiempo definido.
4. BE (Excess burst size): La máxima cantidad permitida de datos que pueden exceder BC durante el intervalo de tiempo TC.
5. TC (Commited rate measurement interval): Intervalo de tiempo durante el cual al usuario sólo se le permite transmitir.
6. DE (Discard Eligibility): Este bit se utiliza para indicar si una trama puede ser descartada en caso de congestión en la red.

Protocolo PPP (Point to Point Protocol)

Es un protocolo o un conjunto de estandares para establecer la conexión a nivel de la capa de enlace TCP/IP entre dos computadoras, generalmente se utiliza para establecer la conexion a internet con el proveedor de acceso o a travez de un modem telefónico. PPP Facilita dos funciones importantes:

1. Autenticación: Generalmente mediante clave de acceso.
2. Asignación dinámica de IP: Los proveedores de acceso cuenta con un numero limitado de direcciones IP y cuentan con mas clientes que direcciones. Lógicamente no todos los clientes se conectan al mismo tiempo, así es como es posible asignar una dirección IP a cada cliente en el momento en que se conectan al proveedor, esta dirección IP se conserva hasta que termina la conexión PPP y despues es asignada a otro cliente.

Enlaces Seriales PP (Punto a Punto)

• V.35: Es un estandar de la ITU (International Telecommunication Union) utilizada en el intercambio de datos sincronicos de alta velocidad.
• HSSI (Interfaz Serial de Alta Velocidad): Ofrece conexiones en serie de alta densidad individuales o dobles que aumentan la velocidad de transferencia de paquetes.
• TDM (Multipexion por División de Tiempo): Su función es la de transmitir varias fuentes de información por un canal o señal común la cual es reconstruida originalmente en el extremo remoto, un ejemplo es la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN).
• DEMARC (Punto de demarcación): Es el punto en la red en donde termina la responsabilidad del proveedor de servicio de telefonía.
• NTU (Unidad de Terminacion de la Red)
• DTE (Equipo Terminal de Datos) /DCE (Equipo de comunicación de Datos): Estas normas definen las siguientes especificaciones.

1. Mecánica/Física: Numero de pins y tipo de conector
2. Eléctrica: Define los niveles de tensión de 1 y 0.
3. Funcional: Especifica las funciones en ejecución asignando significado a dada una de las lineas de señalización de interfaz.
4. Procesal: Especifica la secuencia de eventos para la transmisión de datos.

• Encapsulamiento HDLC: Es un protocolo estándar de enlace de datos orientado a bit  que encapsula los datos en enlaces seriales y sincronos. Protocolos derivados de HDLC:

• LAPB (Procedimiento de acceso al enlace balanceado)
• LAPD (Procedimineto de acceso al enlace en el canal D)
• LAPM (Procedimineto de acceso al enlace para modems)
• LAPF (Procedimineto de acceso al enlaces para Frame Relay)

• El encapsulamiento HDLC define tres tipos de tramas cada una con diferente formato de control.

1. Tramas de información (tramas I): Transportan los datos que se transmitirán para la estación, cuenta con control adicional de flujo y de errores y los datos pueden ser adicionados a una trama de información.
2. Tramas de supervisión (tramas S): Proporcionan los mecanismos de petición/respuesta cuando no se utiliza el adicionar datos.
3. Tramas no enumeradas (tramas U): Brindan funciones de control de enlace suplementarias tales como configuración inicial de la conexión. El campo del código identifica el tipo de trama U.

Arquitectura PPP

Utiliza una arquitectura en capas interconectadas y proporciona un método para encapsular datagramas de varios protocolos en un enlace de punto a punto, utilizando la capa de enlace de datos para probar esta conexión esta compuesta por dos subprotocolos:

1. Protocolo de control de enlaces: Se utiliza para establecer el enlace de punto a punto.
2. Protocolo de control de red: Se utiliza para configurar los distintos protocolos de capa de red.

• LCP (Protocolo de Control de Enlace): Se encarga de negociar y configurar las opciones de control en el enlace de datos de la WAN, se ubica en la parte mas alta de la capa fisica.
• NCP (Protocolo de control de red): Se encarga de encapsular y negociar las opciones para los diferentes protocolos de capa de red.

Autenticación

Las opciones de autenticación requieren que la parte del enlace que realiza la llamada introduzca información de autenticación para ayudar a asegurar que el usuario cuente con el permiso del administrador de red para realizar la llamada, existen dos opciones de autenticacion que son:

• PAP (Protocolo de autenticación de contraseña)
• CHAP (Protocolo de autenticación de intercambio de señales)

Compresión 

Las opciones de compresión aumentan la tasa de transferencia efectiva en las conexiones PPP al reducir la cantidad de datos en la trama que debe recorrer el enlace. El protocolo descomprime la trama al llegar a su destino.

Detección de Errores

los mecanismos de detección de errores con PPP habilitan un proceso para identificar las condiciones de falla. Las opciones de Calidad y Número mágico ayudan a garantizar un enlace de datos confiable y sin bucles. 

Multienlace

Cisco IOS Versión 11.1 y posteriores admiten el PPP multienlace, Esta alternativa proporciona balanceo de la carga en las interfaces del router que usa PPP.

Redes Conmutadas

Desde la invención del teléfono, la conmutación de circuitos ha sido la tecnología dominante en las comunicaciones de voz, y así sigue siendo en la actualidad, donde la RDSI, el cable, el ADSL y las demas nuevas tecnologías de acceso (para voz y datos) siguen siendo redes conmutadas (en voz).

Las transmisiones a larga distancia se llevan a cabo a través de una red de nodos intermedios de conmutación. Así, es común el concepto de conmutación en redes WAN, aunque también está extendido en redes LAN.

A los nodos de conmutación no les afecta el contenido de los datos; el objetivo es proporcionar el servicio de conmutación que “traslada” los datos de un nodo a otro, los dispositivos terminales son estaciones, computadores, terminales, teléfonos, etc. El conjunto de nodos y conexiones es la red de comunicaciones. Los datos se encaminan al destino conmutándolos de un nodo a otro nodo.

RED PTSN (Public Switched Telephony Network)

La red telefónica pública conmutada es una red con conmutación de circuitos tradicional optimizada para comunicaciones de voz en tiempo real. Cuando llama a alguien, cierra un conmutador al marcar y establece así un circuito con el receptor de la llamada. PSTN garantiza la calidad del servicio al dedicar el circuito a la llamada hasta que se cuelga el teléfono. Independientemente de si los participantes en la llamada están hablando o en silencio, seguirán utilizando el mismo circuito hasta que la persona que llama cuelgue.

Este tipo de redes tiene tres campos fundamentales que son:

1. Comunicación
2. Transmición
3. Distribución

Conmutacion Analógica: Es una señal electrica modulada por la voz que se encuentra comprendida entre una frecuencia de 300 y 3400Hz.

Conmutacion Digital: Es utilizada por los circuitos de tipo NIC también conocidos como PCE o pulsos de código modulado, este tipo de circuitos utilizan una conmutación temporal llamada MDT o multiplicación por división de tiempo la cual se encuentra entre dos muestras de un mismo canal.

MDF (Main Distribution Frame)

Es el repartidor principal o conexión entre la planta interna y la planta externa ubicada en la central telefónica.

SS7 (Sistema de Señalización por Canal Común N°7)

Consiste en el uso de un canal distinto al canal de voz cuyo fin es la señalización, es un sistema que se caracteriza por por transmitir paquetes de datos a alta velocidad y permite la señalización entre diferentes elementos de red los cuales no tienen comunicacion directa. Estas redes tienen nodos que se conocen como:

• SP (Punto de Señalización)
• SPC (Codigos de Puntos de Señalización)

Esta arquitectura distingue tres diferentes puntos de señalizacion:

• SSPs (Puntos de Conmutacion de Señal)
• STPs (Puntos de Transferencia de Señal)
• SCPs (Puntos de Control de Señal)

PBX (Private Branch Exchange)

Es una central telefónica que se encuentra conectada directamente a la red publica de telefonía por medio de lineas troncales para gestionar las llamadas internas, las entrantes y salientes de forma autónoma sobre otras centrales telefónicas.

MÓDEM (Modulador/Demodulador)

Dispositivo que sirve para enviar una señal llamada moduladora mediante otra señal llamada portadora, se utiliza para la comunicación entre maquinas.

Existen tres tipos de comunicación para el intercambio de información por medio de un módem.

1. Modo Simplex: Solo tiene comunicación en un solo sentido "el receptor solo recibe".
2. Modo Half-Duplex: La comunicación se realiza de forma secuencial "cuando uno envía el otro recibe".
3. Modo Full-Duplex: La comunicación es simultanea "ambos transmiten y ambos envían".

Existen cuatro tipos de señales para conectarse con un módem:

1. DTR (Data Terminal Ready) Indica al módem que el PC se encuentra conectado y listo para la comunicación.
2. CD (Carrier Detect) Indica al PC que esta conectado con otro PC.
3. RTS (Request To Send) se encuentra en estado ON, cambia de estado a OFF cuando el módem no puede aceptar mas datos del PC.
4. CTS (Clear To Send) se encuentra en ON, cambia de estado  a OFF cuando el PC no puede aceptar datos del módem.