¿Cómo se transmiten los datos a través de Internet? (O cualquier otra red)

La capa física y enlace: El cable

Explicación sucinta de la capa física y de enlace dentro del modelo de referencia OSI y TCP.

Este artículo es un resumen con una explicación básica para ayudar a entender a aquellos usuarios nóveles, principiantes y personas que quieran conocer un poquito acerca de cómo funciona la transmisión de datos a través de los cables y de qué modo se comunican los sistemas para “entender” qué se envía, a dónde se envía y cómo se controlan los errores de transmisión en esta capa.

1. El mensaje

Cuando solicitamos una página web, enviamos un mensaje por correo electrónico o realizamos una llamada por skype o telefonía IP, en realidad estamos solicitando a una aplicación que prepare paquetes de información que deberán ser llevados hasta el cable que realizará el transporte de esta información hasta el punto de destino y vuelta.

Capas TCP

Capas TCP

Estos datos bajan desde la capa de aplicaciones hasta la capa física mediante varios procesos de encapsulado, dividiendo el contenido del mensaje en varios paquetes que contendrán las cabeceras de cada capa.

El mensaje en la capa de aplicaciones se introduce en un sobre  se envía a la siguiente capa que, a su vez, lo coloca en otro sobre y así sucesivamente hasta llegar a la capa física. El mensaje final, en la parte inferior, está cubierto por varias capas con una imagen similar a una cebolla (onion).

Este proceso lo explicaremos en otro artículo con más detalle.

Transporte de Datos

Transporte de Datos

2. ¿De qué estamos hablando?

De cómo crear señales que permitan enviar bits a través de un enlace.

3. Elementos de la transmisión en esta capa

Ratio en bits/segundo. También llamado capacidad, velocidad o ancho de banda (bandwidth).

Delay (retardo). En segundos, relacionado con la distancia.

Latencia (latency). Es el tiempo que tarda un mensaje en enviarse a través de un enlace.

  • La Latencia L viene a ser la suma del tiempo que se tarda en colocar el mensaje en el cable y el tiempo que tarda este mensaje en propagarse por el enlace.

Así tenemos que la Latencia es:

Transmission delay: tiempo que se requiere para poner un mensaje en bits dividido por el Ratio en bits por segundo:

T-delay = M (bits) / Ratio (bits/seg) = M/R segundos

Propagation delay: tiempo que se requiere para propagar bits por el cable:

P-delay = Longitud / velocidad de la señal = Longitud / ²/³C = D segundos (siendo C la velocidad de la luz).

Combinando ambas fórmulas, tenemos la Latencia:

[alert color=blue align=center]L = M/R + D[/alert]

Un par de ejemplos:

– Envío de 1250 bytes por módem:

D = 5 ms, R = 56kbps, M = 1250 bytes

[alert color=blue align=center]L = 5 ms + (1250×8) / (56×10³) segs = 184 ms[/alert]

– Envío de 1250 bytes línea de alta velocidad:

D = 50 ms, R = 10Mbps, M = 1250 bytes

[alert color=blue align=center] L = 50 ms + (1250×8) / (10×10⁶) segs = 51 ms [/alert]

Largas distancias o baja tasa (ratio) significan alta latencia. Normalmente, predomina uno de los componentes del retardo.

 

A continuación una de la partes que a mí me parecen más divertidas y que suele pasar desapercibida. Los mensajes ocupan espacio en el cable y, por tanto, no están en ningún ordenador, host, servidor o dispositivo de almacenaje cuando viajan.

La Bandwidth-Delay es la cantidad de datos que están en el cable mientras el mensaje viaja por el enlace.

La B-D es el producto del Ratio por la Propagation-Delay: BD = R x D

Ejemplo de Bandwidth-Delay

Ejemplo de Bandwidth-Delay

Ejemplo: Envío de datos a través de fibra de costa a costa australiana.

R = 40Mbps, D = 50ms

BD = 40 x 10⁶ x 50 x 10⁻³ bits

= 2000 Kbit

= 250Kb

El cable almacena 250Kb de datos, lo que supone una gran cantidad de información que queda fuera de cualquier tipo de control.

Imaginad, a nivel mundial, la cantidad de información que hay almacenada en los cables y enlaces y que queda fuera de cualquier ordenador o servidor.

 Para próximas publicaciones dejo:

Tipos de soporte: Par trenzado, coaxial, fibra y wifi
Señales: Sobre cable, fibra y wifi
Modulación: Esquemas
Límites Fundamentales:  Velocidad de transmisión máxima por enlace: Nyquist y Shannon
Framing: Byte count, byte stuffing, bit stuffing
Detección y corrección de errores: Paridad, checksums y CRCs (comprobación de redundancia cíclica)

Bibliografia y referencias:

Redes de Computadores, TANENBAUN 5ºEdición

Coursera.org Introduction to Computer Networks by Arvind Krishnamurthy, David Wetherall, John Zahorjan

TCPIP Guide, The OSI Physical Layer

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