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Bloque 4 · Tema 6

Comunicaciones. Medios de transmisión. Modos de comunicación. Equipos terminales y equipos de interconexión y conmutación. Redes de comunicaciones. Redes de conmutación y redes de difusión. Comunicaciones móviles e inalámbricas.


1. Esquema introductorio (visión rápida)

Comunicación de datos: transmisión de información entre sistemas.

Medios de transmisión

  • Guiados: par trenzado (UTP/STP), coaxial, fibra óptica.
  • No guiados (inalámbricos): ondas de radio, microondas, infrarrojos.

Modos de comunicación

  • Simplex (un sentido), Half-duplex (alternado, ej. walkie-talkie), Full-duplex (bidireccional simultáneo).

Redes

  • Conmutación de circuitos (PSTN, RDSI): camino dedicado.
  • Conmutación de paquetes (Internet): los datos viajan en paquetes independientes.
  • Difusión (broadcast): todos reciben el mensaje (ej. Ethernet legacy, radio, TV).

2. Medios de transmisión

2.1 Medios guiados

Par trenzado

El cable más utilizado en redes de área local (LAN).

Tipo Descripción
UTP (Unshielded Twisted Pair) Sin blindaje; más económico y flexible
STP (Shielded Twisted Pair) Con blindaje; mejor protección contra interferencias
FTP Pantalla global sobre todos los pares

Categorías:

Categoría Ancho de banda Uso típico
Cat 5e 100 MHz Fast Ethernet (100 Mbps)
Cat 6 250 MHz Gigabit Ethernet
Cat 6A 500 MHz 10 Gigabit Ethernet
Cat 7 600 MHz 10 GbE con mejor blindaje
Cat 8 2000 MHz 40 GbE en CPD

Conectores: RJ-45 (8P8C).

Cable coaxial

  • Conductor central + aislante + malla conductora + cubierta exterior.
  • Usado en TV por cable, redes antiguas (10Base2, 10Base5).
  • En desuso en redes LAN modernas.

Fibra óptica

Transmite luz a través de un núcleo de vidrio o plástico. No sufre interferencias electromagnéticas.

Tipo Descripción Distancia
Monomodo (SMF) Solo un modo de propagación; núcleo muy fino (~9 µm); láser Decenas de km
Multimodo (MMF) Varios modos; núcleo más grueso (50/62,5 µm); LED o VCSEL Hasta ~2 km

Conectores: SC, LC, ST, MTP/MPO.
Velocidades: 1 Gbps, 10 Gbps, 40 Gbps, 100 Gbps, 400 Gbps+.

2.2 Medios no guiados (inalámbricos)

Medio Frecuencia Uso
Ondas de radio < 300 MHz Radiodifusión AM/FM, comunicaciones móviles
Microondas terrestres 300 MHz 300 GHz Enlace punto a punto (repetidores)
Microondas por satélite 1-30 GHz GPS, TV satélite, comunicaciones globales
Infrarrojos 300 GHz 430 THz Mandos a distancia; corto alcance; sin obstáculos

Wi-Fi (IEEE 802.11)

Estándar Frecuencia Velocidad máxima Nombre comercial
802.11b 2,4 GHz 11 Mbps Wi-Fi 1
802.11a 5 GHz 54 Mbps Wi-Fi 2
802.11g 2,4 GHz 54 Mbps Wi-Fi 3
802.11n 2,4/5 GHz 600 Mbps Wi-Fi 4
802.11ac 5 GHz 6,9 Gbps Wi-Fi 5
802.11ax 2,4/5/6 GHz 9,6 Gbps Wi-Fi 6 / 6E
802.11be 2,4/5/6 GHz 46 Gbps Wi-Fi 7

3. Modos de comunicación

Modo Descripción Ejemplo
Simplex Solo en un sentido TV, radio (emisión)
Half-duplex Ambos sentidos, pero no simultáneamente Walkie-talkie, CB radio
Full-duplex Ambos sentidos simultáneamente Teléfono, Ethernet moderno

4. Parámetros de la transmisión

Concepto Definición
Ancho de banda Rango de frecuencias disponible (Hz) o tasa máxima de transferencia (bps)
Velocidad de transmisión Bits por segundo (bps, Kbps, Mbps, Gbps)
Latencia / Retardo Tiempo que tarda un bit en ir de origen a destino
Jitter Variación en la latencia; crítico en voz/video en tiempo real
Tasa de error (BER) Bit Error Rate: proporción de bits recibidos con error
Throughput Tasa de transferencia real efectiva

Teorema de Nyquist (canal sin ruido)

C = 2B \cdot \log_2(M)

Donde B es el ancho de banda en Hz y M es el número de niveles de señal.

Teorema de Shannon (canal con ruido)

C = B \cdot \log_2(1 + S/N)

Donde S/N es la relación señal/ruido.


5. Equipos terminales y de interconexión

5.1 Equipos terminales (DTE Data Terminal Equipment)

Dispositivos que generan o consumen información:

  • Ordenadores, servidores.
  • Teléfonos, smartphones.
  • Impresoras en red.

5.2 Equipos de interconexión

Repetidor (capa 1)

  • Regenera la señal eléctrica para extender el alcance.
  • Opera en capa 1 del modelo OSI.
  • No filtra, no procesa: retransmite todos los bits.

Hub (concentrador capa 1)

  • Conecta varios equipos en estrella.
  • Retransmite a todos los puertos (dominio de colisión único).
  • En desuso: sustituido por el switch.

Bridge (puente capa 2)

  • Conecta dos segmentos de red.
  • Aprende direcciones MAC; filtra tramas por segmento.

Switch (conmutador capa 2)

  • Conecta dispositivos en LAN.
  • Crea una tabla MAC → envía la trama solo al puerto de destino.
  • Cada puerto es un dominio de colisión independiente.
  • Puede crear VLANs (redes virtuales).
  • Switch de capa 3: también enruta (tiene capacidades de router).

Router (encaminador capa 3)

  • Conecta redes distintas (LAN-WAN, entre subredes).
  • Trabaja con direcciones IP.
  • Selecciona la mejor ruta mediante protocolos de enrutamiento.
  • Separa dominios de broadcast.
Protocolo de enrutamiento Tipo Descripción
RIP Vector-distancia Métrica: número de saltos; max. 15
OSPF Estado del enlace Métrica: coste; más escalable
BGP Vector de ruta Enrutamiento entre sistemas autónomos (Internet)
EIGRP Híbrido Propietario Cisco

Gateway (pasarela capa 7)

  • Traduce entre protocolos distintos (ej. red IP a red X.25).
  • Opera en todas las capas si es necesario.

Comparación de dispositivos

Dispositivo Capa OSI Dirección usada Dominio de colisión Dominio broadcast
Hub 1 Único Único
Bridge 2 MAC Separado por puerto Único
Switch 2 (o 3) MAC (o IP) Separado por puerto Único (excepto VLAN)
Router 3 IP Separado Separado

6. Redes de comunicaciones

6.1 Clasificación por cobertura geográfica

Tipo Cobertura Ejemplo
PAN Personal (~10 m) Bluetooth, ZigBee
LAN Local (edificio) Ethernet, Wi-Fi
MAN Metropolitana (ciudad) Metro Ethernet, WiMAX
WAN Amplia (país/internacional) Internet, MPLS, ATM

6.2 Topologías de red

Topología Descripción Ventajas Desventajas
Bus Todos comparten un cable único Sencilla, barata Un fallo afecta a todos
Estrella Todos conectados a un nodo central Fácil de gestionar El nodo central es punto de fallo
Anillo Cada nodo conectado al siguiente y al anterior Predecible Un fallo afecta a todos
Malla Cada nodo conectado a todos los demás Alta redundancia Muy cara
Árbol Jerarquía de estrellas Escalable El nodo raíz es punto de fallo

7. Redes de conmutación y redes de difusión

7.1 Redes de conmutación de circuitos

  • Se establece un camino dedicado entre origen y destino antes de transmitir.
  • El circuito está reservado durante toda la comunicación, aunque no haya datos.
  • Ejemplo: red telefónica pública (PSTN), RDSI (ISDN).

Ventaja: latencia predecible, calidad constante.
Desventaja: ineficiente (recursos reservados aunque no se usen).

RDSI (Red Digital de Servicios Integrados / ISDN)

  • Digitaliza la línea telefónica convencional.
  • Canales B (64 Kbps, para datos/voz) y canal D (señalización).
  • BRI (Basic Rate Interface): 2B+D (128 Kbps de datos + señalización).
  • PRI (Primary Rate Interface): 30B+D en Europa (E1 = 2 Mbps).
  • Actualmente en desuso; sustituida por ADSL, fibra y VoIP.

7.2 Redes de conmutación de paquetes

  • Los datos se dividen en paquetes, cada uno con cabecera (origen, destino, número de secuencia).
  • Los paquetes viajan de forma independiente por la red y pueden tomar rutas distintas.
  • El receptor reensambla los paquetes.
  • Ejemplo: Internet (IP/TCP), Frame Relay, X.25, ATM.

Ventaja: uso eficiente de la red; comparte recursos entre muchos usuarios.
Desventaja: latencia variable (jitter); no garantizado por defecto.

Variantes

Variante Descripción
Datagramas Paquetes completamente independientes (UDP)
Circuito virtual Se establece un camino lógico antes de transmitir pero los recursos no son dedicados (ATM, Frame Relay)

7.3 Redes de difusión (broadcast)

  • Un nodo transmite y todos los nodos de la red reciben el mensaje.
  • Ejemplo: Ethernet en hub, Wi-Fi, radio, televisión terrestre.

Multidifusión (multicast): los datos se envían a un grupo de receptores suscritos, no a todos.


8. Comunicaciones móviles e inalámbricas

8.1 Generaciones de la telefonía móvil

Generación Tecnología Velocidad Características
1G AMPS, NMT ~2,4 Kbps Analógica; solo voz
2G GSM, CDMA 14,4 Kbps 384 Kbps Digital; SMS; GPRS/EDGE
3G UMTS, HSPA 384 Kbps 42 Mbps Internet móvil; vídeo llamada
4G LTE, LTE-A 100 Mbps 1 Gbps Totalmente basado en IP
5G NR (New Radio) Hasta 20 Gbps Baja latencia (<1 ms); IoT masivo

Términos de 2G

  • GSM (Global System for Mobile communications): estándar europeo de 2G.
  • SIM (Subscriber Identity Module): tarjeta identificadora del usuario.
  • GPRS: extensión de GSM para transmisión de datos (hasta 172 Kbps).
  • EDGE: mejora de GPRS (hasta 384 Kbps); también llamado 2,5G.

8.2 Bluetooth

Versión Velocidad Alcance Notas
Bluetooth 4.0 (BLE) 1 Mbps ~50 m Bajo consumo; IoT
Bluetooth 5.0 2 Mbps ~240 m Más alcance y velocidad
Bluetooth 5.4 2 Mbps Seguridad mejorada

Usa la banda de 2,4 GHz (ISM); frecuencia hopping para evitar interferencias.

8.3 Otras tecnologías inalámbricas

Tecnología Frecuencia Velocidad Uso
ZigBee (IEEE 802.15.4) 2,4 GHz 250 Kbps Domótica, IoT, bajo consumo
Z-Wave 868/915 MHz 100 Kbps Domótica; menor interferencia con Wi-Fi
WiMAX (IEEE 802.16) 2-66 GHz Hasta 1 Gbps WAN inalámbrica; alternativa DSL en zonas rurales
NFC 13,56 MHz 424 Kbps Pago contactless; distancia < 20 cm
RFID 125 KHz 5,8 GHz Variable Identificación de objetos; logística
LoRa / LoRaWAN 868 MHz < 50 Kbps IoT de largo alcance y bajo consumo

8.4 WLAN Wi-Fi (IEEE 802.11)

Ya detallado en la sección de medios. Aspectos adicionales:

  • SSID: nombre de la red Wi-Fi.
  • WPA2 / WPA3: protocolos de seguridad actuales (reemplazaron WEP y WPA, que son inseguros).
  • 802.11i: estándar de seguridad; base de WPA2.
  • MIMO (Multiple Input Multiple Output): múltiples antenas para mejorar el rendimiento.
  • OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing): modulación usada en 802.11a/g/n/ac/ax.

9. Modelo OSI y TCP/IP (referencia de capas)

9.1 Modelo OSI (7 capas)

Capa Función Protocolos/tecnologías
7 Aplicación Interfaz con el usuario/app HTTP, FTP, SMTP, DNS, SSH
6 Presentación Formato, cifrado, compresión SSL/TLS, JPEG, MPEG
5 Sesión Control de diálogo, sesiones NetBIOS, RPC
4 Transporte Transporte extremo a extremo, control de flujo TCP, UDP
3 Red Enrutamiento, direccionamiento lógico IP, ICMP, BGP, OSPF
2 Enlace de datos Acceso al medio, direccionamiento físico Ethernet, Wi-Fi, PPP
1 Física Transmisión de bits por el medio Cables, señales, conectores

9.2 Modelo TCP/IP (4 capas)

Capa TCP/IP Capas OSI equivalentes Protocolos
Aplicación 5, 6, 7 HTTP, DNS, SMTP, FTP, SSH
Transporte 4 TCP, UDP
Internet 3 IP, ICMP, ARP
Acceso a red 1, 2 Ethernet, Wi-Fi, PPP

9.3 TCP vs UDP

Característica TCP UDP
Orientado a conexión Sí (three-way handshake) No
Fiabilidad Sí (ACK, retransmisión) No
Control de flujo No
Orden de llegada Garantizado No garantizado
Velocidad Más lento Más rápido
Uso Web, email, FTP Streaming, DNS, VoIP, juegos

10. Resumen: conceptos clave para el examen

Concepto Dato clave
Par trenzado Cat 6 Gigabit Ethernet; conector RJ-45
Fibra monomodo Larga distancia (km); láser; núcleo ~9 µm
Fibra multimodo Corta distancia (~2 km); LED; núcleo 50 µm
Full-duplex Transmisión bidireccional simultánea
Fórmula de Shannon C = B \cdot \log_2(1 + S/N)
Hub Capa 1; dominio de colisión único
Switch Capa 2; tabla MAC; por puerto dominio colisión
Router Capa 3; enrutamiento IP; separa broadcasts
Conmutación de circuitos Camino dedicado; PSTN, RDSI
Conmutación de paquetes Paquetes independientes; Internet, TCP/IP
RDSI BRI 2B+D; 128 Kbps de datos
4G/LTE 100 Mbps 1 Gbps; totalmente IP
5G Hasta 20 Gbps; latencia <1 ms; IoT masivo
WPA3 Protocolo de seguridad Wi-Fi actual
IEEE 802.11ax Wi-Fi 6; 2,4/5/6 GHz; hasta 9,6 Gbps
Bluetooth BLE 4.0; bajo consumo; IoT; 2,4 GHz
NFC 13,56 MHz; <20 cm; pago contactless
OSI capa 3 Red; enrutamiento; IP
TCP three-way handshake SYN → SYN-ACK → ACK
UDP No orientado a conexión; más rápido; streaming/VoIP