Redes de telecomunicaciones

Un sistema de telecomunicaciones consiste en una
infraestructura física a través de la cual se
transporta la información desde la fuente hasta el
destino, y con base en esa infraestructura se ofrecen a los
usuarios los diversos servicios de telecomunicaciones (figura
V.1). En lo sucesivo se denominará "red de
telecomunicaciones" a la infraestructura encargada del transporte
de la información. Para recibir un servicio de
telecomunicaciones, un usuario utiliza un equipo terminal a
través del cual obtiene entrada a la red por medio de un
canal de acceso. Cada servicio de telecomunicaciones tiene
distintas características, puede utilizar diferentes redes
de transporte, y, por tanto, el usuario requiere de distintos
equipos terminales. Por ejemplo, para tener acceso a la red
telefónica, el equipo terminal requerido consiste en un
aparato telefónico; para recibir el servicio de
telefonía celular, el equipo terminal consiste en
teléfonos portátiles con receptor y transmisor de
radio, etcétera.

Figura V.1. Red y equipo
terminal.

Para fines ilustrativos, se puede establecer una
analogía entre las telecomunicaciones y los transportes.
En los transportes, la red está constituida por el
conjunto de carreteras de un país y lo que en ellas
circulan son vehículos, que a su vez dan servicio de
transporte a personas o mercancías. En las
telecomunicaciones se transporta información a
través de redes de transporte de
información.

En este capítulo se describen las redes con que
se cuenta en la actualidad para ofrecer distintos servicios de
telecomunicaciones, se presentarán los equipos terminales,
y se explicará el funcionamiento de algunos de los
servicios que se ofrecen al público en general.

La principal razón por la cual se han
desarrollado las redes de telecomunicaciones es que el costo de
establecer un enlace dedicado entre cualesquiera dos usuarios de
una red sería elevadísimo, sobre todo considerando
que no todo el tiempo todos los usuarios se comunican entre
sí. Es mucho mejor contar con una conexión dedicada
para que cada usuario tenga acceso a la red a través de su
equipo terminal, pero una vez dentro de la red los mensajes
utilizan enlaces que son compartidos con otras comunicaciones de
otros usuarios. Comparando nuevamente con los transportes, a
todas las casas llega una calle en la que puede circular un
automóvil y a su vez conducirlo a una carretera, pero no
todas las casas están ubicadas en una carretera dedicada a
darle servicio exclusivamente a un solo vehículo. Las
calles desempeñan el papel de los canales de acceso y las
carreteras el de los canales compartidos.

En general se puede afirmar que una red de
telecomunicaciones consiste en las siguientes componentes:
a) un conjunto de nodos en los cuales se procesa la
información, y b) un conjunto de enlaces o
canales que conectan los nodos entre sí y a través
de los cuales se envía la información desde y hacia
los nodos.

Desde el punto de vista de su arquitectura y de la
manera en que transportan la información, las redes de
telecomunicaciones pueden ser clasificadas en:

a) Redes conmutadas. La red consiste en una
sucesión alternante de nodos y canales de
comunicación, es decir, después de ser transmitida
la información a través de un canal, llega a un
nodo, éste a su vez, la procesa lo necesario para poder
transmitirla por el siguiente canal para llegar al siguiente
nodo, y así sucesivamente (figura V.2).

Figura V.2. Red
conmutada.

Existen dos tipos de conmutación en este tipo de
redes: conmutación de paquetes y conmutación de
circuitos. En la conmutación de paquetes, el mensaje se
divide en pequeños paquetes independientes, a cada uno se
le agrega información de control (por ejemplo, las
direcciones del origen y del destino), y los paquetes circulan de
nodo en nodo, posiblemente siguiendo diferentes rutas. Al llegar
al nodo al que está conectado el usuario destino, se
reensambla el mensaje y se le entrega (figura V.3). Esta
técnica se puede explicar por medio de una analogía
con el servicio postal. Supongamos que se desea enviar todo un
libro de un punto a otro geográficamente separado. La
conmutación de paquetes equivale a separar el libro en sus
hojas, poner cada una de ellas en un sobre, poner a cada sobre la
dirección del destino y depositar todos los sobres en un
buzón postal. Cada sobre recibe un tratamiento
independiente, siguiendo posiblemente rutas diferentes para
llegar a su destino, pero una vez que han llegado todos a su
destino, se puede reensamblar el libro.

Figura V.3. Conmutación de
paquetes.

Por otra parte, en la conmutación de circuitos se
busca y reserva una trayectoria entre los usuarios, se establece
la comunicación y se mantiene esta trayectoria durante
todo el tiempo que se esté transmitiendo
información (figura V.4).

Figura V.4. Conmutación de
circuitos.

Para establecer una comunicación con esta
técnica se requiere de una señal que reserve los
diferentes segmentos de la ruta entre ambos usuarios, y durante
la comunicación el canal quedará reservado
precisamente para esta pareja de usuarios.

b) Redes de difusión. En este tipo de
redes se tiene un canal al cual están conectados todos los
usuarios, y todos ellos pueden recibir todos los mensajes, pero
solamente extraen del canal los mensajes en los que identifican
su dirección como destinatarios. Aunque el ejemplo
típico lo constituyen los sistemas que usan canales de
radio, no necesariamente tienen que ser las transmisiones
vía radio, ya que la difusión puede realizarse por
medio de canales metálicos, tales como cables coaxiales.
En la figura V.5 se presentan ejemplos de redes de
difusión con diferentes formas y arreglos de
interconexión (topologías), aplicables a redes
basadas en radio o en cables. Lo que sí puede afirmarse es
que típicamente las redes de difusión tienen
sólo un nodo (el transmisor) que inyecta la
información en un canal al cual están conectados
los usuarios.

Figura V.5. Anillo, bus, red con
radio.

Para todas las redes cada usuario requiere de un equipo
terminal, por medio del cual tendrá acceso a la red, pero
que no forma parte de la misma. De esta forma, un usuario que
desee comunicarse con otro utiliza su equipo terminal para enviar
su información hacia la red, ésta transporta la
información hasta el punto de conexión del usuario
destino con la red y la entrega al mismo a través de su
propio equipo terminal (figura V.6)

Figura V.6. Operación de una
red.

Los usuarios no pueden transmitir información en
todas las redes. Por ejemplo, en televisión o
radiodifusión, los usuarios son pasivos, es decir,
únicamente reciben la información que transmiten
las estaciones transmisoras, mientras que, en telefonía,
todos los usuarios pueden recibir y transmitir
información.

La función de una red de telecomunicaciones
consiste en ofrecer servicios a sus usuarios, y cuando
ésta es utilizada para que sobre ella se ofrezcan
servicios de telecomunicaciones al público en general (por
ejemplo, la red telefónica) se le denomina una red
pública de telecomunicaciones. Cuando alguien instala y
opera una red para su uso personal, sin dar acceso a terceros,
entonces se trata de una red privada de telecomunicaciones: una
red de telecomunicaciones utilizada para comunicar a los
empleados y las computadoras o equipos en general, de una
institución financiera, es una red privada.

Una característica importante de una red es su
cobertura geográfica, ya que ésta limita el
área en que un usuario puede conectarse y tener acceso a
la red para utilizar los servicios que ofrece. Por ejemplo,
existen redes locales que enlazan computadoras instaladas en un
mismo edificio o una sola oficina (conocidas como LAN por su
nombre en inglés: local area network), pero
también existen redes de cobertura más amplia
(conocidas como WAN por su nombre en inglés: wide area
network), redes de cobertura urbana que distribuyen
señales de televisión por cable en una ciudad,
redes metropolitanas que cubren a toda la población de una
ciudad, redes que enlazan redes metropolitanas o redes urbanas
formando redes nacionales, y redes que enlazan las redes
nacionales, las cuales constituyen una red global de
telecomunicaciones (véanse las figuras V.7 y
V.8).

Figura V.7. Red local, red urbana,
red metropolitana.

Figura V.8. Una red
nacional.

Uno de los desarrollos más sorprendentes de los
últimos años es indudablemente la posibilidad de
conectar todas las redes de cobertura limitada en una red global
que, al menos en teoría, permite enlazar y comunicar
usuarios ubicados en cualquier parte del mundo. Esto es lo que ha
dado origen a términos como globalización de la
información. Actualmente existen redes de
telecomunicaciones que permiten comunicación
telefónica instantánea entre dos usuarios de dos
países del planeta, que envían información
financiera entre instituciones de dos países cualesquiera,
que envían señales de televisión de un
país a otro, o que permiten localizar personas por medio
de receptores de radio en muchos países del
mundo.

Como ya ha sido mencionado, las componentes de una red
son un conjunto de nodos y otro de canales que permiten que los
primeros se comuniquen. A continuación se
proporcionarán detalles acerca de estas
componentes.

Canales

El canal es el medio físico a través del
cual viaja la información de un punto a otro. Las
características de un canal son de fundamental importancia
para una comunicación efectiva, ya que de ellas depende en
gran medida la calidad de las señales recibidas en el
destino o en los nodos intermedios en una ruta. Los canales
pueden pertenecer a una de dos clases:

1) Canales que guían las señales
que contienen información desde la fuente hasta el
destino, por ejemplo: cables de cobre, cables coaxiales y fibras
ópticas. Por estos tipos de canales pueden ser
transmitidas las siguientes tasas:

Los cables de cobre son, sin lugar a duda, el medio
más utilizado en transmisiones tanto analógicas
como digitales; siguen siendo la base de las redes
telefónicas urbanas. El material del que están
formados produce atenuación en las señales, de
manera tal que a distancias de entre 2 y 6 km, dependiendo de la
aplicación, deben ser colocadas repetidoras. Los cables
coaxiales tienen un blindaje que aisla al conductor central del
ruido en la transmisión; han sido muy utilizados en
comunicaciones de larga distancia y en distribución de
señales de televisión. Recientemente se han
utilizado también en redes de transmisión de datos.
La distancia entre repetidoras es similar a la de los cables de
cobre, debido a que se utiliza una mayor banda para la
transmisión, permitiendo mayores tasas en las
comunicaciones digitales (figura V.9). Finalmente, las fibras
ópticas transmiten señales ópticas en lugar
de las eléctricas de los dos casos anteriores. Son mucho
más ligeras que los cables metálicos y permiten
transmitir tasas muchísimo más altas que los
primeros. Además, aunque las señales se ven
afectadas por ruido, no se alteran por ruido de tipo
eléctrico y pueden soportar distancias mayores entre
repetidoras (del orden de 100 km). Sus aplicaciones principales
son enlaces de larga distancia, enlaces metropolitanos y redes
locales.

Figura V.9. Tipos de cables
metálicos.

La diferencia fundamental entre las transmisiones que
utilizan fibras ópticas y las de naturaleza puramente
eléctrica está en el hecho de que en las primeras
la información se sobrepone a señales
ópticas, es decir, la información modula alguna
característica de una señal óptica. Las
ventajas de este tipo de transmisiones son múltiples: son
mucho menos sensibles a ruido de tipo eléctrico, y, por el
espacio que ocupan en el espectro las señales
ópticas, la capacidad de estas transmisiones es mucho
mayor que las de los sistemas basados en cables metálicos.
Un area en la cual las fibras ópticas han sido de
extraordinaria importancia es la de transmisiones
transoceánicas; la demanda de este tipo de transmisiones
ha crecido a tasas del orden de 24% al año en el
Atlántico, penetrando asimismo el Pacífico, el
Caribe y el Mediterráneo. La clave para este tipo de
aplicaciones está en disponer de dispositivos de alta
confiabilidad, grandes anchos de banda y pocas pérdidas;
esto originó que, alrededor de 1980, surgiera la primera
propuesta de un sistema transoceánico basado en fibras
ópticas, lo cual, a su vez, permitió instalar en
1988 el primer sistema de este tipo.

2) Canales que difunden la señal sin una
guía, a los cuales pertenecen los canales de radio, que
incluyen también microondas y enlaces satelitales. Las
microondas utilizan antenas de transmisión y
recepción de tipo parabólico para transmitir con
haces estrechos y tener mayor concentración de
energía radiada. Principalmente se utilizan en enlaces de
larga distancia, desde luego con repetidoras, pero a
últimas fechas se han utilizado también para
enlaces cortos punto a punto.

Los enlaces satelitales funcionan de una manera muy
parecida a las microondas. Un satélite recibe en una banda
señales de una estación terrena, las amplifica y
las transmite en otra banda de frecuencias. El principio de
operación de los satélites es sencillo, aunque al
transcurrir los años se ha ido haciendo más
complejo: se envían señales de radio desde una
antena hacía un satélite estacionado en un punto
fijo alrededor de la Tierra (llamado "geoestacionario" por ello).
Los satélites tienen un reflector orientado hacia los
sitios donde se quiere hacer llegar la señal reflejada. Y
en esos puntos también se tienen antenas cuya
función es precisamente captar la señal reflejada
por el satélite. De ese punto en adelante, la señal
puede ser procesada para que por último sea entregada a su
destino.

Las ventajas de las comunicaciones vía
satélite son evidentes: se pueden salvar grandes
distancias sin importar la topografía o la
orografía del terreno, y se pueden usar antenas que tengan
coberturas geográficas amplias, de manera tal que muchas
estaciones receptoras terrenas puedan recibir y distribuir
simultáneamente la misma señal que fue transmitida
una sola vez. Y por lo mismo, las comunicaciones vía
satélite han servido para una gran variedad de
aplicaciones que van desde la transmisión de
conversaciones telefónicas, la transmisión de
televisión, las teleconferencias, hasta la
transmisión de datos. Las tasas de transmisión
pueden ser desde muy pequeñas (32 kbps) hasta del orden de
los Mbps. Los requerimientos en cuanto a acceso múltiple,
manejo de diversos tipos de tráfico, establecimiento de
redes, integridad de los datos, así como seguridad, se
satisfacen con las posibilidades ofrecidas por la
tecnología VSAT (terminales de apertura muy pequeña
o very small aperture terminals). Entre los servicios
que pueden ser ofrecidos por medio de la tecnología VSAT
se encuentran: radiodifusión y servicios de
distribución, bases de datos, información
meteorológica y bursátil, inventarios,
facsímiles, noticias, música programada, anuncios,
control de tráfico aéreo, televisión de
entretenimiento, educación, colección de datos y
monitoreo, climatología, mapas e imágenes,
telemetría, servicios interactivos bidireccionales,
autorizaciones de tarjetas de crédito, transacciones
financieras, servicios de bases de datos, servicios de
reservaciones, servicio a bibliotecas, interconexión de
redes locales, correo electrónico, mensajes de emergencia,
videoconferencias comprimidas, etcétera.

Para entender mejor la operación de los sistemas
basados en transmisiones vía satélite (y su
asociación con "antenas parabólicas"), a
continuación se presenta el principio en que se basan este
tipo de antenas. La geometría de una parábola es
tal, que una emisión que llega a la parábola
paralela a su eje es reflejada pasando por su foco, y una
emisión que sale de su foco, al incidir sobre la
superficie parabólica, es reflejada paralela a su eje
(figura V.10).

Figura V. 10. Operación de
una antena parabólica.

Aplicando estas ideas a las telecomunicaciones se puede
ver que si se orienta el eje de la antena parabólica hacia
el satélite, las emisiones provenientes del mismo
llegarán a la antena paralela a su eje, y aquellas
emisiones provenientes del foco de la parábola
seguirán una trayectoria paralela al eje de la
parábola hasta llegar al satélite. Como
consecuencia, en el foco de la parábola debe ser colocado
un "colector" de energía que capte todo lo que proviene
del satélite (que fue reflejado por la parábola) y
lo envíe a los circuitos de procesamiento. En ese mismo
punto debe ser ubicado el transmisor, cuya función
consiste en hacer llegar la información hacia el
satélite para que éste, a su vez, la retransmita
hasta su destino final.

Algunos lectores habrán observado que en muchos
puntos de una ciudad existen antenas de tipo parabólico
cuyas orientaciones son más horizontales que apuntando
hacia un satélite. Éstas son antenas de microondas,
en las cuales se utiliza el mismo principio de "direccionalidad"
descrito antes. Cabe destacar finalmente, que la diferencia
principal entre emisiones de radio y de microondas está en
que las primeras son omnidireccionales (en todas las
direcciones), mientras que las segundas son unidireccionales: por
lo tanto, la radio no requiere antenas de tipo parabólico.
Aunque, estrictamente hablando, el término radio incluye
todas las transmisiones electromagnéticas, las
aplicaciones de la radio se asignan de acuerdo con las bandas del
espectro en que se realizan las transmisiones. Como la longitud
de onda de una señal depende de su frecuencia, hablar de
un segmento espectral en específico es equivalente a
hablar del rango en que se encuentra la longitud de las ondas en
ese segmento. Por ejemplo, a las frecuencias entre 300 MHz y 300
GHz (1 GHz = 1 000 MHz) se les llama microondas: las longitudes
de onda están contenidas en un rango de 100 cm y 1 mm,
aunque al rango entre 30 GHz y 300 GHz (correspondiente a
longitudes de onda entre 10 mm y 1 mm) también se lo
conoce como ondas milimétricas. En el siguiente cuadro se
presentan las aplicaciones de los distintos rangos del
espectro.

Esta clasificación es muy burda, ya que dentro de
cada uno de los rangos anteriores existen muchísimas
más aplicaciones que no han sido mencionadas
aquí.

Finalmente, cabe hacer hincapié en que una red
moderna de telecomunicaciones normalmente utiliza canales de
distintos tipos para lograr la mejor solución a los
problemas de telecomunicaciones de los usuarios; es decir, con
frecuencia existen redes que emplean canales de radio en algunos
segmentos, canales vía satélite en otros,
microondas en algunas rutas, radio en otras y, desde luego, en
muchos de sus enlaces, la red pública
telefónica.

Nodos

Los nodos, parte fundamental en cualquier red de
telecomunicaciones, son los equipos encargados de realizar las
diversas funciones de procesamiento que requieren cada una de las
señales o mensajes que circulan o transitan a
través de los enlaces de la red. Desde un punto de vista
topológico, los nodos proveen los enlaces físicos
entre los diversos canales que conforman la red. Los nodos de una
red de telecomunicaciones son equipos (en su mayor parte
digitales, aunque pueden tener alguna etapa de procesamiento
analógico, como un modulador) que realizan las siguientes
funciones:

a) Establecimiento y verificación de un
protocolo. Los nodos de la red de telecomunicaciones
realizan los diferentes procesos de comunicación de
acuerdo con un conjunto de reglas que les permiten comunicarse
entre sí. Este conjunto de reglas se conoce con el nombre
de protocolos de comunicaciones, y se ejecutan en los nodos para
garantizar transmisiones exitosas entre sí, utilizando
para ello los canales que los enlazan.

b) Transmisión. Existe la necesidad de
hacer un uso eficiente de los canales, por lo cual, en esta
función, los nodos de la red adaptan al canal la
información o los mensajes en los cuales está
contenida, para su transporte eficiente y efectivo a
través de la red.

c) Interfase. En esta función el nodo se
encarga de proporcionar al canal las señales que
serán transmitidas, de acuerdo con el medio de que
está formado el canal. Esto es, si el canal es de radio,
las señales deberán ser electromagnéticas a
la salida del nodo, independientemente de la forma que hayan
tenido a su entrada y también de que el procesamiento en
el nodo haya sido por medio de señales
eléctricas.

d) Recuperación. Cuando durante una
transmisión se interrumpe la posibilidad de terminar
exitosamente la transferencia de información de un nodo a
otro, el sistema, a través de sus nodos, debe ser capaz de
recuperarse y reanudar en cuanto sea posible la
transmisión de aquellas partes del mensaje que no fueron
transmitidas con éxito.

e) Formateo. Cuando un mensaje transita a lo
largo de una red, pero principalmente cuando existe una
interconexión entre redes que manejan distintos
protocolos, puede ser necesario que en los nodos se modifique el
formato de los mensajes para que todos los nodos de la red (o de
la conexión de redes) puedan trabajar exitosamente con
dicho mensaje; esto se conoce con el nombre de formateo (o, en su
caso, de reformateo) (en la figura V. 11 se muestra el formato
típico de un paquete).

Figura V.11. Formato típico
de un paquete.

f) Enrutamiento. Cuando un mensaje llega a un
nodo de la red de telecomunicaciones, forzosamente debe tener
información acerca de los usuarios de origen y destino; es
decir, sobre el usuario que lo generó y aquel al que
está destinado. Sin embargo, cada vez que el mensaje
transita por un nodo y considerando que en cada nodo hay varios
enlaces conectados por los que, al menos en teoría, el
mensaje podría ser enviado a cualquiera de ellos, en cada
nodo se debe tomar la decisión de cuál debe ser el
siguiente nodo al que debe enviarse el mensaje para garantizar
que llegue a su destino rápidamente. Este proceso se
denomina enrutamiento a través de la red. La
selección de la ruta en cada nodo depende, entre otros
factores, de la situación instantánea de
congestión de la red, es decir, del número de
mensajes que en cada momento están en proceso de ser
transmitidos a través de los diferentes enlaces de la
red.

g) Repetición. Existen protocolos que
entre sus reglas tienen una previsión por medio de la cual
el nodo receptor detecta si ha habido algún error en la
transmisión. Esto permite al nodo destino solicitar al
nodo previo que retransmita el mensaje hasta que llegue sin
errores y el nodo receptor pueda, a su vez, retransmitirlo al
siguiente nodo.

h) Direccionamiento. Un nodo requiere la
capacidad de identificar direcciones para poder hacer llegar un
mensaje a su destino, principalmente cuando el usuario final
está conectado a otra red de
telecomunicaciones.

i) Control de flujo. Todo canal de
comunicaciones tiene una cierta capacidad de manejar mensajes, y
cuando el canal está saturado ya no se deben enviar
más mensajes por medio de ese canal, hasta que los
mensajes previamente enviados hayan sido entregados a sus
destinos.

Dependiendo de la complejidad de la red, del
número de usuarios que tiene conectados y a quienes les
proporciona servicio, no es indispensable que todas las redes de
telecomunicaciones tengan instrumentadas todas las funciones
precedentes en sus nodos. Por ejemplo, si una red consiste
solamente en dos nodos a cada uno de los cuales están
conectados una variedad de usuarios, es evidente que no se
requieren funciones tales como direccionamiento o enrutamiento en
los dos nodos que forman la red. Se han descrito aquí, sin
embargo, las funciones más importantes que deben tener
instrumentadas los nodos de una red compleja.

Una vez expuestas las componentes de una red de
telecomunicaciones, a través de la cual se transmite
información entre los usuarios, cabe mencionar que lo que
realmente da valor a las telecomunicaciones es el conjunto de
servicios que se ofrecen por medio de las redes y que se ponen a
disposición de los usuarios. Es decir, el valor depende
del tipo de comunicación que puede establecer un usuario y
del tipo de información que puede enviar a través
de la red. Por ejemplo, a través de la red
telefónica se prestan servicios telefónicos a
personas y empresas. Entre estos servicios destinados a la
comunicación oral están el servicio
telefónico local (tanto residencial como comercial e
industrial), el servicio telefónico de larga distancia
nacional y el servicio telefónico de larga distancia
internacional, aunque en los últimos años se pueden
hacer también por esta red transmisiones de fax y de
datos.

Por medio de una red de televisión por cable se
pueden prestar servicios de distribución de señales
de televisión a residencias en general, pero
últimamente se han iniciado servicios restringidos a
ciertos tipos de usuarios, como son los servicios del tipo "pago
por evento". Es posible que, gracias a los avances
tecnológicos en diversos campos, en un futuro no muy
lejano estén interconectadas las redes de telefonía
con las de televisión por cable, y a través de esta
interconexión los usuarios podrán explotar
simultáneamente la gran capacidad de las redes de cable
para televisión y la gran cobertura y capacidad de
procesamiento que tienen las redes telefónicas.

En el siguiente capítulo se utilizarán los
conceptos anteriores para describir algunos servicios de
telecomunicaciones, la forma en que son ofrecidos por medio de
las redes existentes, la forma en que el usuario tiene acceso al
servicio y las diferencias importantes que existen entre
ellos.

Enviado por:

Pablo Turmero