Cómo funcionan las redes de computadoras? Parte 2

La pregunta era, ¿Cómo se comunica la red a Internet? Pues, depende de tu infraestructura de acceso a Internet. En las casas el proveedor de internet ofrece una conexión DSL por medio de cable telefónico, una de fibra óptica, incluso ya se venden dispositivos que se conectan con 4G LTE. Este punto de acceso a internet lo ofrece el famoso módem. Al módem se conecta el dispositivo que concentra todas las conexiones de las máquinas, sea uno o varios switches. El objetivo de usar un Switch es que éste gestiona el acceso a Internet asignandole tiempos a cada usuario. Es decir, cuando una máquina quiere comunicarse almismo tiempo que otra, el Switch decide cual se conecta primero y cual después, ya que Internet es una señal discreta, no pueden estar enlazados muchos dispositivos al mismo tiempo. El enrutador instalado en el modem asigna los turnos a cada usuario, por eso nos parece como si todos pudieramos conectarnos al mismo tiempo, cuando la realidad es otra.
El acceso a internet es digital, no analógico. Como la información que cada usuario recibe es distinta, se necesita que cada uno espere su turno antes de transmitir o de recibir información, por eso el Internet funciona mejor cuando hay menos gente utilizándolo. 

Un switch identifica a cada usuario de acuerdo a su dirección IP. IP es otro protocolo estandarizado, se llama Internet Protocol. Consiste en asignar una dirección numérica a cada usuario conectado, esta asignación puede ser manual (un administrador elige la dirección de cada usuario) o automática (el switch asigna una dirección aleatoria de una lista de direcciones posibles), y con esta dirección el switch decide quién recibirá la información entrante de Internet. O bien, identifica quien transmite y cual es el destino, puede ser otro usuario de la red, o el destinatario debe ser alcanzado usando Internet (cuando tratas de accesar a una página). En otras palabras, es algo parecido a las direcciones de los domicilios. Cuando alguien nos pregunta ¿donde vivimos?, dependiendo de la situación la respuesta es distinta. Si estás en otro país, la respuesta sería tu país, México por ejemplo. Si quien pregunta también es mexicano, dirías tu estado natal. Si quien pregunta es de tu estado, dirás tu ciudad, si ambos son de la misma ciudad, dirás la dirección específica. Algo parecido ocurre en Internet, cuando una página te envia información, la envían a tu
proveedor, el cual la redirecciona al modem o punto de acceso de tu casa, el cual lo dirige al enrutador y éste lo dirige a tu computadora. La información pasa por muchas manos aunque con protocolos muy específicos que impiden a otros ver fácilmente lo que envias y recibes. Es un trabajo muy complejo interferir transmisiones, despreocúpate, pocos pueden leer tus mensajes comprometedores de Facebook, y los que pueden, difícilmente les interesaría hacerlo. Transacciones bancarias y movimientos financieros están protegidos por otros protocolos más complejos.

Las páginas y servicios Web son computadoras ubicadas en algún sitio en el mundo. Google, Facebook, Outlook, eBay. cualquier página es un conjunto de servidores o computadoras que reciben a los visitantes de todo el mundo que llegan a través de internet. Cada página, tiene su propia dirección IP, sólo que se utilizan protocolos para convertir las IPs, que son 4 grupos de 3 dígitos, a texto, y por eso escribimos www.google.com, y no una dirección IP para accesar a la página, como podría ser 13.205.145.29. Los sistemas operativos incluyen esta función para facilitar la vida de las personas, aunque los buscadores han resuelto todavía más el problema. Los buscadores son la verdadera razón de la popularidad de Internet, ya que permiten localizar cualquier página o contenido sin tener que memorizar las direcciones.

La red local se integra por todos los usuarios conectados al mismo dispositivo, como el enrutador o switch. Este dispositivo se enlaza a otros o se conecta a Internet, evitando así tener que conectar uno por uno a todos los usuarios. La enorme ventaja de la estandarización es precisamente que cualquiera puede conectarse sin mayores problemas, si se te acaba el espacio en un switch, ya conectaste los 10 puertos, puedes comprar otro switch, conectarlo al primero que tenías y listo. En esta parte, debes tener cuidado de los "cuellos de botella". Recordando que la transmisión es "por turnos", lo más recomendable es cambiar un switch por otro de mayor tamaño y no simplemente conectarle switches, hubs o enrutadores que "ramifiquen" la red, porque eso provoca que algunos tengan acceso directo, y otros tengan que esperar demasiado su turno.
Aquí termina por lo pronto un resumen de cómo funcionan las redes. Es una pequeñísima parte de todo lo que significan las redes e Internet, pero espero que sirva para orientarse.

Cómo funcionan las redes de computadoras?

Pues la respuesta a esta pregunta es muy pero muy compleja. Pero trataré de ser breve según lo que conozco y lo que he aprendido, y utilizar pocas terminologías. Para construir una idea básica del funcionamiento de las redes actualmente, hablaré de las redes caseras o de oficina con las cuales todos hemos trabajado.

Para empezar, hablaremos de la estandarización. Muchas de las estandarizaciones son aprobadas y establecidas por el IEEE, instituto de ingenieros en electrónica y electricidad, por las siglas en Inglés. Esta organización no gubernamental e independiente, es un grupo gigante de ingenieros en electrónica y ciencias eléctricas de todo el mundo, donde uno puede proponer un estándar. Para que todos podamos utilizar cables como los ethernet, los telefónicos, USB, los mini USB, los RCA, los coaxiales, o cualquier otro conector o cable, o bien, que una laptop pueda conectarse a cualquier señal de WiFi en el mundo, ésta debe estar estandarizada, lo cual permite al fabricante de electrónicos asegurarse de que su producto no va a tener problemas al acceder a ninguna red, igual al fabricante de dispositivos de red asegurarse de que su dispositivo va a poder ser accesado desde cualquier computadora. WiFi es un estándar que involucra hardware y software, si requieres vender algo que se conecte a través de WiFi, debes asegurarte respetar todas y cada una de las reglas. Igual con los cables y conectores, por comodidad de tus clientes no puedes proponer tus propios conectores exclusivos, ni tampoco decir que tu máquina tiene acceso a Ethernet si el puerto no es de la medida y la característica que exije el estándar. Esta es una de las grandes críticas a la empresa Apple, pues sus productos por lo general no utilizan estándares, sino que la empresa propone sus propios conectores, y muchas veces, los cambia entre los modelos. El iPhone 5 por ejemplo, no utiliza el estándar miniUSB como los otros teléfonos, y ni siquiera el conector antiguo, obligando a quienes tienen uno a comprar un cable y accesorios nuevos.

Volviendo a las redes. Para interconectar máquinas, es muy recomendable tener dispositivos de red como switches, access points o enrutadores inalámbricos. Es posible hacerlo directamente, una máquina puede conectarse con un cable ethernet a otra, pero es incómodo y poco práctico, lo mejor es utilizar concentradores de red como switches, hubs, enrutadores, access points, entre otros.

Un switch se utiliza para redes cableadas, consiste en un número significativo de puertos de red, pueden ser hasta 100, cuando hablamos de redes amplias, se interconectan varios switches a un mismo punto de acceso. Un enrutador inalámbrico es un dispositivo menos complejo, tiene por lo general 4 puertos de red, e incorpora la tecnología WiFi. Se llama enrutador porque gestiona mejor las conexiones. Un access point simplemente sirve para conectar dispositivos, los AP sufren el efecto cuello de botella cuando tienen muchos usuarios conectados, ya que a diferencia del enrutador, estos dispositivos no gestionan tan bien los accesos de cada usuario. Los hubs funcionan parecido al AP aunque son para redes cableadas. Estos son los dispositivos más utilizados.

Los modem son dispositivos muy diferentes. Mucha gente cree que el modem es un enrutador, y lo que sucede es que el modem está combinado con un enrutador. Pero en teoría, son dispositivos diferentes, se les incorpora la función de enrutador para hacerlos más prácticos. El modem se encarga de transmitir los datos que un usuario comunica a la Internet, pero lo hace de una manera específica, modulando la señal. La modulación es un proceso muy complejo, pero básicamente es codificar los datos que enviamos, como imágenes, texto, canciones, etc, convirtiendola en una señal codificada, también de acuerdo a un estándar, para enviarla a través de una fibra óptica, de la línea telefónica, via inalámbrica, según sea el caso. Al mismo tiempo, demodula, o descodifica las señales que provienen del exterior y las transforma en pulsos eléctricos, que una computadora interpreta y los convierte en videos, imágenes, texto, etc. Por eso se llama modulador-demodulador, o modem, para los cuates. 

¿Basta con switches, enrutadores o hubs para construir una red? pues básicamente si. Una red local, como las que construyen en las empresas, se pueden construir con un solo switch si el número de máquinas no supera el número de puertos del switch. Estas máquinas se pueden comunicar entre si, aunque también importa mucho el sistema operativo que tengan. En Windows, es posible compartir carpetas y protegerlas con contraseña, o desprotegerlas y que todos puedan accesarlas. Sin embargo, aquí no habría acceso a Internet, ese es otro apartado y se encuentra en la parte 2 de este post.

Windows se reinicia y no arranca

No hay mayor frustración que encender tu computadora y que Windows decidió que hoy no tiene ganas de trabajar. Te aparece la pantalla de inicio:

Después de la pantalla de inicio, se reinicia. Vuelves a encender la computadora, y se vuelve a reiniciar. No importa cuantas veces lo intentes, el Windows se reinicia.

Es en ese momento cuando estás al borde de la locura y el enojo... o la preocupación porque quizá haya que formatear, pero, no siempre es necesario.

¿Que le pasa a mi computadora?, en la mayoría de los casos, este comportamiento se trata de un error en el sistema de archivos. Puede que se descompensó la corriente en el disco duro y generó errores, puede que un proceso cortó la transferencia de datos y el disco almacenó este error, puede que la máquina se apagó sin cerrar Windows mientras el disco intercambiaba datos con la tarjeta madre. El caso es que es un error en el disco duro que impide que Windows se ejecute.

¿Cómo repararlo?, pues es relativamente sencillo. Primero, necesitas un dvd de Windows. Cualquier versión de Windows sirve, aunque recomiendo usar la de Windows 7, es más sencilla de utilizar que la de XP, y el tutorial lo haré usando un disco de Windows 7. (Tutorial después del salto)

Introducción a la tecnología 4G-LTE

Traducción. Artículo original en la revista Electronic Design
http://electronicdesign.com/4g/introduction-lte-advanced-real-4g

La nueva tecnología publicitada es la red 4G, la verdadera banda ancha móvil, la tecnología que permite transferir datos casi tan rápido como las infraestructuras cableadas... los nuevos modelos de smartphones incorporan ya el LTE 4G, pero ¿que es?, ¿de que se trata?

LTE significa Long Term Evolution, es una tecnología para transmitir datos de forma inalámbica. Actualmente, convive con CDMA y GSM, las tecnologías actuales, pero se espera que desplace a estándares anteriores como 2G y 3G, debido a la posibilidad de trabajar con tasas de datos muy superiores, ofreciendo verdadera velocidad. Hasta hace unos años el LTE era inviable, hoy en dia la fabricación de circuitos integrados permite que se puedan instalar radiobases con soporte para LTE sin costes extratosféricos para los operadores.

LTE tardará un par de años en establecerse y se seguirá trabajando con otras tecnologías como las mencionadas, pero su ventaja es que es una tecnología que recién implementada ofrece prestaciones muy superiores y aún podría optimizarse.

Las bandas de operación. 4G-LTE opera en distintas bandas, tanto en algunas frecuencias ya usadas para comunicación celular, como otras nuevas recién asignadas. Cada operador utiliza bandas distintas de acuerdo a la licitación que posean y del país donde operen. La mayoría de los teléfonos que ejecutan LTE usan 2 bandas y difiere para cada compañía operadora. La mayoría de las bandas están habilitadas para Duplexado por división de frecuencia (FDD), el cual usa dos bandas separadas, una para enlace de subida de datos, y la otra para enlace de descarga. Esta tecnología utiliza canales amplios para lograr tasas de datos muy altas y dar soporte a muchos usuarios. El estandar está configurado para permitir anchos de banda de 1.4, 3, 5, 10, 15 y 20 MHz. El operador elige el ancho de banda dependiendo de la licitación que tiene disponible y el servicio que pretende ofrecer, principalmente datos a alta velocidad de transferencia. Las anchuras de 5 y 10 MHz son las más comunes.

La Modulación. LTE utiliza el esquema de modulación multiplexado ortogonal por división de frecuencia, el OFDM. Este provee un uso eficiente del espectro radioeléctrico que permita las tasas de datos altas y el uso compartido de canales comunes. OFDM divide un determinado canal en muchas sub-portadoras, cada sub portadora está separada de otra gracias a que existen "bandas guardián", es decir, anchos de banda que no se utilizan para evitar que las sub-portadoras se interfieran. Cada sub-portadora posee un número entero de ciclos sinusoidales cuya sumatoria después de la demodulación sumará cero.

Cuando se transmiten los datos, por ejemplo, en un canal de 5 MHz, se pueden utilizar cerca de 333 sub portadoras y se puede utilizar distintas técnicas en cada una para demodulación, como QPSK, o 64QAM, dependiendo de las necesidades de velocidad. Por cada sub portadora la información a transmitir es enviada en símbolos secuenciales, cada símbolo representa un gruo de bits. Entre más sofisticada sea la modulación, mayores tasas de datos se pueden alcanzar. Un canal de 20 MHz podría usar hasta 1024 sub portadoras.

En otras palabras, el logro de LTE 4G es que su técnica de transmisión de datos consiste en separar la información y enviarla de manera "paralela", la información a transmitir se separa y se utiliza para modular diferentes portadoras dentro de un mismo canal asignado. Los datos se separan en Resource Blocks, RB's, el cual es el tamaño mínimo de paquete a enviar. Este RB se envia a través de 12 sub portadoras ocupando un ancho de 180 KHz.

Se utilizó OFDM en LTE porque es poco sensible a los efectos de las multirutas. Cuando se envían distintas señales al mismo receptor al mismo tiempo, éstas pueden interferirse, rebotar, disminuirse o distorsionarse. Como la fase, la amplitud, o la combinación amplitud-fase representan bits, que la señal se distorsione origina errores de bits. Estos pueden ser detectados por software o utilizando un ecualizador, pero hacer uso de ellos le genera un costo extra al proceso y vuelve complicado implementarlo. Transmitir usando múltiples sub portadoras en un canal amplio reduce estos problemas. LTE añade también un prefijo cíclico, CP, para cada secuencia de bits transmitida. Un bit se genera en el proceso DSP y se copia al principio del paquete. Este bit permite al receptor reconocer cuando el tiempo de dispersión es más corto que el prefijo cíclico, es decir, compara diferencias entre el ciclo de la señal en teoría y el ciclo real, sin hacer uso de ecualizador.

MIMO. Otra de las características sello de 4G-LTE es el uso de múltiples antenas, Multiple In, Multiple Out, o MIMO. Se utilizan dos o más antenas para aprovechar mejor los canales. El arreglo más utilizado es 2x2, 2 para transmitir, y 2 para recibir, en ese orden. El standar de LTE permite arreglos de 4x4 antenas. Como se explicó, el objetivo es enviar las series de datos a través de distintas rutas sobre un mismo canal. El uso de antenas aisladas y específicas permite que se cumpla mejor este objetivo.
El problema de MIMO es la dificultad de implementarlo en terminales como los teléfonos móviles, los cuales ya implementan antenas para otros estándares como WiFi, sumado al poco espacio en un móvil. La optimización de antenas ha permitido configuraciones de 2x2 en móviles, mientras que las radiobases si pueden implementar fácilmente arreglos de antenas múltiples. Para una radiobase, un arreglo 4x2 resulta suficiente considerando que requieren más capacidad para transmitir que para recibir. 

Las prestaciones de 4G-LTE. En cuanto a transferencia de datos, LTE permite alcanzar velocidades hasta de 300 Mbits/s. Para que se de este desempeño, se necesitan condiciones óptimas como baja interferencia, dia despejado, energía suficente en receptor y transmisor, etc. Sin embargo, no deja de llamar la atención que LTE en promedio, puede alcanzar velocidades de 5 a 15 Mbits/s lo cual supera a algunas conexiones cableadas. Sobre Voz en 4G-LTE, aún no funciona. LTE es una red basada en paquetes de datos IP. Actualmente, los teléfonos celulares utilizan una especie de "switching", cambian de protocolo cuando requieren transmitir voz o datos, según sea el caso, y el uso de 4G se puede desactivar sin perder el uso de voz. Sin embargo se espera que se implemente pronto.

Sobre el futuro de 4G, la predicción es que este protocolo domine por lo menos la siguiente década. La nueva investigación sobre un posible 5G, sería simplemente optimizar en la modulación y el uso de frecuencias más altas para lograr con un estándar parecido, una velocidad superior.

Electrónica en Español

Durante 5 años he buscado material de electrónica y computación en español, y es que francamente me aburre leer en Inglés. Poco y nada, aunque publicaciones en línea y documentos completos sobre nuevas tecnologías abundan en el idioma inglés.

Me decidi, por lo tanto, a crear este blog, traducir lo que pueda y aportar mi propia experiencia solucionando problemas en electrónica o en Computación.

Aclaro de antemano, que no soy el autor de lo que publicaré aquí. Habrá tutoriales o manuales que yo mismo estoy escribiendo, métodos o procesos que yo mismo aprendí, pero la idea es traducir documentos y post realizados en páginas anglosajonas, a las cuales trataré siempre de darles crédito.

No hay fines de lucro ni publicitarios, todos los derechos pertenecen a sus respectivos autores. Lo único que busco es un ejercicio de práctica para mi, y traducir a mi idioma textos que puedan servir a otros estudiantes.