Tutorial red (1)

Durante todo el año recibimos muchos mail, pidiéndonos información para realizar trabajos sobre autómatas. Así que ahora es el momento para recordaros que necesitamos de vuestra colaboración enviándonos los que ya habéis presentado.

Tutorial de redes 1ª Parte

«Reproducción del Cuaderno Técnico nº 147 de Schneider Electric»

Terminología

Asíncrona: >se dice de una transmisión en la que el receptor se resincroniza, es decir, regula su reloj sobre el emisor a cada inicio de carácter.

Bit (Binary digit): unidad elemental de información que sólo puede adoptar dos valores: 0 ó 1.

Bus paralelo: sistema de transmisión de información que permite transmitir varias señales digitales a la vez, sobre hilos diferentes (por ejemplo, 16 ó 32 bits a la vez en el caso de los BUS de ordenadores). Estos BUS disponen en general de hilos suplementarios que permiten el control de la transmisión.

Bus serie: sistema de transmisión de información en el que estas informaciones, incluidas las de control, se transmiten sucesivamente una tras otra.

Canal: camino por el que circulan informaciones; vía que permite transferir datos.

Checksum: (suma de control): es un código detector de errores; consiste en una información reduntante, transmitida generalmente al final de la trama, y que permite detectar errores simples.

Codificación: conjunto de reglas que establecen una correspondencia entre dos conjuntos de elementos.

CRC: (Cyclic Redundancy Code): código de repetición cíclica. Es un código detector de errores; consiste en una información redundante, calculada según un algoritmo particular, transmitido generalmente al final de la trama, y que permite detectar errores sobre varios bits a la vez. Existen varios tipos de CRC:

CRC16, CRC CCITT, etc.

Destinatario: equipo a quien va destinado un mensaje.

Determinista: se dice de una red en la que la transmisión de mensajes está asegurada en un tiempo dado. Las uniones centralizadas o semicentralizadas son siempre deterministas.

Dirección: información que permite dirigirse a un destinatario dado.

Emisor: equipo que es el que inicia la emisión de un mensaje.

GTB: Gestión Técnica de Edificios.

GTC: Gestión Técnica Centralizada.

GTE: Gestión Técnica de la electricidad.

GTP: Gestión Técnica de Procesos.

Medio: soporte físico de un canal de transmisión de información (por ejemplo, un par trenzado); normalmente conocido como «BUS».

Octeto: conjunto de información constituido por 8 bits.

Protocolo: conjunto de reglas necesarias para hacer cooperar entidades generalmente distantes, en particular para establecer y mantener intercambios de información entre dichas entidades. Corrientemente se habla de «protocolo a nivel aplicación» o «protocolo de acceso al medio».

Red: sistema de transmisión de datos numéricos.

Síncrona: se dice de aquella transmisión en la que el emisor y el receptor están exactamente sincronizados, es decir, que tienen un reloj idéntico al menos durante todo el tiempo el tiempo de duración de un mensaje.

Trama: conjunto de bits o de octetos consecutivos, que constituyen un elemento de información transmitido como un todo por los niveles 2 «enlace». El equivalente de una trama en una conversación es la frase; la frase puede ser muy corta («OK») o ser un elemento de discusión más largo.

Nota de los traductores: En este Cuaderno Técnico se ha preferido traducir la palabra «numérique» por «numérico» y no por «digital».

1 Historia de la transmisión de la

El primer corredor de Maratón entró en la leyenda: este soldado griego recorrió 42,195 km para transmitir su mensaje: «hemos ganado», antes de morir agotado.

La transferencia de información ha mejorado a lo largo de los siglos: desde la malla de torres para el telégrafo óptico su progreso ha sido constante. No obstante, estos avances han sido relativamente lentos hasta la revolución resultante del empleo de la electricidad: con las llamadas señales de «baja intensidad».

La primera aplicación de la electricidad, en el sector de la información, fue la invención del telégrafo, registrado en 1 840. Samuel Morse le asoció su nombre, definiendo el primer código para la transmisión de información.

En nuestros días, tanto en el sector de gran público como en el industrial y terciario, existen numerosas y variadas transmisiones.

	en el primer sector, todo el mundo conoce y utiliza los enlaces telefónicos, de radio, de TV, etc–
	en los demás sectores, los enlaces hilo a hilo del tipo «todo o nada» dan paso cada vez más a la transferencia de informaciones numéricas conducidas sobre «BUS».

Esta evolución es el resultado del extraordinario desarrollo del tratamiento de la información, que tuvo su origen en la informática, después en la automática industrial, y ahora en la gestión técnica de edificios y de la distribución eléctrica (GTB y GTE).

Además, el empleo de microprocesadores en las lavadoras, captadores, actuadores, etc. ha hecho que se les califique de aparatos «inteligentes». Ahora bien, para poder utilizar satisfactoriamente esta inteligencia, debe de pasar su información y lo hace cada vez más gracias a los enlaces numéricos (gracias precisamente a los «BUS»)

Fig. >1: Evolución de la transmisión de las informaciones.

2 Noción de red

Las redes, en el sentido amplio, forman parte de nuestra vida cotidiana; unas realizan el transporte de la energía: redes eléctricas; otras son, por ejemplo, las redes de distribución de agua o del gas natural... Las redes de gas o de agua están formadas por tuberías o canales de diversas secciones. Las «tuberías» de la red eléctrica están también llenas; llenas de electrones, invisibles a simple vista y que se desplazan por su interior.

Actualmente, una gran parte del intercambio de informaciones se hace por medio de redes eléctricas.

La red eléctrica o electrónica más sencilla une un punto con otro: es el enlace punto a punto. Cuando se necesita unir varios puntos se debe realizar una red más compleja. En particular, una parte de la red puede ser común a varios puntos. La red de transporte de Muy Alta Tensión es un ejemplo de una red compleja.

Los canales eléctricos del mundo de la transmisión de información son de varios tipos:

	cable para transmitir información binaria (presencia/ausencia de tensión),
	corriente portadora por la que se envía una señal eléctrica (superpuesta a los 50 Hz),
	línea especial: par trenzado, cable coaxial, –

La transmisión de información por canales eléctricos se utiliza cada vez más.

Hay otras redes que también realizan el transporte de información. Sus canales adoptan formas físicas muy variadas:

	ciertas ondas electromagnéticas, llamadas ondas radio, se emplean para transmitir información. Entonces un canal corresponde a una banda de frecuencia dada. Pueden emplearse varios canales juntos para difundir informaciones diferentes.
	gracias a la fibra óptica también se han desarrollado canales ópticos; esta técnica, que transporta señales luminosas, permite la transferencia de gran cantidad de información a elevadas velocidades.

La información se transporta de dos formas:

en forma analógica: emplea la tensión o la corriente en una gama continua de valores: ondas radio, de teléfono (a nivel de terminales); por ejemplo, el uso de 0 a 10 V o de 4 a 20 mA es frecuente en la industria, en mediciones y regulación. La forma analógica de transmisión tiene un gran inconveniente: es sensible al ruido y a los parásitos. Un chisporroteo en una transmisión telefónica no es muy molesto, pero las «máquinas» no tienen la misma capacidad de «filtrado»– y puede dar lugar a falsa información.

forma numérica (digital): en todo momento se transmite una de las dos informaciones «on» u «off» (o mejor, «1» ó «0»). Esta información, la más simple que transmite, se llama «bit». Un conjunto de bits representa una información más rica.

En concreto, la asociación de bits permite transmitir cifras o letras según una codificación particular ( figura 2 ). El principio del lenguaje codificado no es nuevo; el ejemplo probablemente más conocido es el de Morse que se utilizaba en el telégrafo.

Pero la comunicación necesita de ciertas reglas. Tiene que hablar sin ambigüedades, el mismo lenguaje, tener un vocabulario común y un comportamiento bien definido. El diálogo entre individuos puede adoptar diversas formas. Cuando se encuentran juntos, por ejemplo, ¿qué comportamiento tienen?; ¿hablan todos entre ellos o separadamente en grupos de dos o tres?; ¿se trata de una conferencia o de un curso en el que el profesor pregunta sucesivamente a cada alumno? Todos estos comportamientos se dan en los intercambios de información en las redes.

Evidentemente, ya se trate de máquinas o de equipos electrónicos unidos por una red de transmisión numérica, estos comportamientos deben de tener una forma definida.

Estas nociones serán tratadas en profundidad en el capítulo IV y especialmente en el apartado: «el modelo OSI».

Fig. 2: Ejemplos de codificación.

3 Diferentes tipos de redes

Las redes responden a necesidades que pueden ser muy diferentes.

De la misma manera que los cables eléctricos están adaptados al valor de tensión y de corriente que han de transportar, existe una gran variedad de redes en función de cada una de las necesidades.

Tipos de redes según su extensión

Sus necesidades pueden definirse por su extensión geográfica:

	WAN («Wide Area Network» o red a gran distancia): cubre necesidades internacionales (servicios de reserva aérea) o nacionales (servicios de la Seguridad Social).
	MAN («Metropolitan Area Network» o red ciudadana): cubre necesidades a escala de una ciudad (gestión de edificios municipales).
	LAN («Local Area Network» o red local): cubre necesidades limitadas a uno o varios edificios próximos entre sí, que pueden ser de uso industrial, terciario o doméstico).

Estas necesidades son satisfechas por redes que permiten intercambios a distancias que pueden ser importantes; utilizan la conexión serie y se llaman «de enlace simple» (figura 3 a) .

También existen sistemas con «enlaces complejos», para los que las distancias a cubrir son muy pequeñas: algunos centímetros. Es el caso de diferentes elementos que trabajan en muy estrecha colaboración por medio de un sistema de BUS llamado conexión paralelo, (figura 3b).

Estos BUS paralelo se emplean en autómatas programables y ordenadores, asegurando las uniones entre las diversas tarjetas. El BUS VME es un ejemplo muy conocido.

Tipos de red según sus campos de aplicación

Los diferentes campos de aplicación son:

	telecomunicaciones,
	informática,
	control de procesos industriales,
	control de las utilidades para edificios,
	control de la distribución eléctrica.

Para cada uno de estos campos existe una oferta más o menos completa. Normalmente las necesidades están jerarquizadas (en pirámide) según varios niveles; cada una de estas redes tiene características y prestaciones adaptadas.

En el campo de las telecomunicaciones, el teléfono representa la necesidad básica.

Hoy en día, la mayor parte de las empresas están equipadas de télex y fax, y normalmente tienen un autoconmutador numérico. Esto permite funciones evolucionadas de transferencias, conferencias telefónicas, numeración abreviada, –

La introducción del RDSI (Red Digital de Servicios Integrados -llamada Numéris en Francia-), presta servicios de transferencia de voz, de datos y de imágenes, del mismo modo que ATM (Asynchronous Transfer Mode), que permite velocidades muy elevadas (de 25 a 155 Mbits/s; recordemos:

1 Mbit = 10 6 bit).

a - conexión serie (redes unifilares). (Atención, la palabra «serie» se aplica a la transmisión de informaciones y no al modo de conexión).

Consta de:

	medio: un par de hilos (hilos telefónicos, por ejemplo), o cable coaxial;
	transmisión de datos en serie: uno tras otro, en forma de bits;
	conexión de equipos o unidades: se "cuelgan" de la red o línea:
	por derivación desde un cable principal,
	en cadena de eslabones sucesivos.

b - conexión paralelo (redes multifilares).

Consta de:

	medio: varios hilos, por ejemplo la conexión VME (norma IEEE 996) en su configuración más sencilla consta de 96 hilos, para datos y direccionamiento.
	transmisión de datos: en grupo simultáneo (de 4, 8, 16, 24, etc...)
	conexión de los equipos o unidades: su conexión se realiza siempre con varios hilos en paralelo.

Fig. 3: Tipos de uniones numéricas.

En el campo informático, la oferta es muy completa y jerarquizada.

	Para unir grandes ordenadores, se precisa de una red de muy alto rendimiento, como la FDDI (Fiber Distributed Data Interface) y además ATM.
	Para unir varios mini o microordenadores entre ellos, se utilizan redes tales como Ethernet o Token Ring,
	Para unir terminales e impresoras, se emplea la unión punto a punto; existe una gran variedad de uniones de este tipo, entre ellas destacan:

- conexión Centronics, destinada a las impresoras,

- RS232C/V24: para transmisiones síncronas o asíncronas, generalmente punto a punto (líneas telefónicas especializadas, unión de terminales a corta distancia);

- RS422A/V11: permite la transmisión en entornos perturbados o a distancias importantes; también se emplea para uniones multipunto (máximo 10 receptores);

- RS485: de características equivalentes a la anterior, pero mejor adaptada a las redes locales industriales: hasta 32 emisores y otros tantos receptores (figura 5) .

En el campo del control de procesos industriales (GTP o Gestión Técnica de Procesos), la oferta es también muy rica y jerarquizada.

Cuando los captadores y actuadores «todo o nada» pasan a ser inteligentes, las uniones punto a punto se reemplazan por BUS de terreno.

Estos captadores y actuadores dialogan entre ellos y con los autómatas, robots, – utilizando redes de automatismos, como por ejemplo, JBUS o FIP.

A nivel superior, los ordenadores de gestión y de supervisión de taller dialogan gracias a una red MAP (Manufacturing Automation Protocol) o Ethernet (Figura 6).

En el campo del control de servicios para edificios, la oferta está naciendo.

Hasta ahora para los edificios de viviendas había algunos equipos programables sencillos, y algunas realizaciones de GTC (Gestión Técnica Centralizada) muy completas, pero en general desarrolladas enteramente a medida, con componentes de tipo autómata programable y calculador.

Hoy en día, es una realidad el control de los servicios para edificios:

automatismos de confort (calefacción, alumbrado, maquinaria) y de seguridad (incendio, intrusión).

Se emplea la inteligencia distribuida, y de ahí una previsible evolución de la Gestión Técnica Centralizada, y la necesidad de un BUS con prestaciones adecuadas.

Redes de unión de sistemas débilmente conectados