Transmisión de datos

La transmisión de datos implica mover datos de un lugar a otro —por ejemplo, desde su computadora hacia un sitio web, o desde un teléfono hacia una impresora—.

Los datos a menudo viajan por un cable. Dos comunes se muestran a continuación.

Antes de ser enviada, los datos se dividen en pequeños fragmentos de tamaño igual llamados paquetes. Cada paquete viaja por separado y se reagrupan en el extremo receptor.

Using packets has benefits:

• si se pierde o daña un paquete, solo ese paquete se envía de nuevo, no todo el archivo;
• los paquetes pueden tomar rutas diferentes, por lo que se puede evitar una ruta congestionada o rota;
• muchos usuarios pueden compartir la misma conexión al mismo tiempo.

Every packet has three parts.

The packet header holds:

• la dirección IP del emisor (de dónde proviene el paquete),
• la dirección IP del receptor (a dónde va),
• el número de paquete (para que los paquetes puedan ser ordenados correctamente).

Conmutación por paquetes es la forma en que se envían los paquetes a través de una red.

• Dispositivos especiales llamados routers leen el encabezado de cada paquete y eligen la mejor ruta para él.
• Cada paquete puede tomar su propia ruta, por lo que los paquetes pueden viajar por caminos diferentes.
• Packets may arrive out of order.
• Cuando el último paquete ha llegado, los paquetes se reordenan utilizando sus números de paquete.

Serial y paralelo

Serial envía un bit tras otro a lo largo de un camino de datos. Paralelo envía varios bits al mismo tiempo a lo largo de caminos de datos separados. Con tiempos comparables, esto puede transferir más bits por ciclo de reloj, pero la transmisión paralela no siempre es más rápida que un enlace serial moderno.

Simplex, semidúplex y dúplex completo

These describe the direction data can travel.

Elección de un método

La elección depende de la distancia, la velocidad necesaria, el costo y si los datos deben viajar en ambas direcciones al mismo tiempo.

Ejemplo resuelto. Una escuela conecta (a) una computadora a una impresora en la misma habitación, que solo recibe documentos, y (b) dos oficinas separadas por 200 m, que se envían archivos durante todo el día. Sugiere un método para cada caso y justifícalo.

(a) Serie, símplex: los datos solo necesitan ir de la computadora a la impresora, y la transmisión en serie necesita un único cable económico. (La transmisión en paralelo también funcionaría a esta distancia corta, pero el punto clave es el modo símplex: la impresora nunca devuelve datos).

(b) Serie, dúplex completo: a lo largo de 200 m, los bits en cables paralelos podrían llegar en momentos diferentes y quedar desfasados, por lo que la transmisión en serie es más fiable y económica. El dúplex completo permite que ambas oficinas envíen datos al mismo tiempo sin esperar.

Relaciona siempre la elección con una característica de la situación: una respuesta de una sola palabra no obtiene puntos.

El bus serial universal (USB) es un interfaz común (un punto de conexión) para unir dispositivos a un ordenador.

Benefits:

• el mismo conector es utilizado por muchos dispositivos (un único estándar);
• el dispositivo se detecta automáticamente y se carga el controlador correcto;
• transporta energía, por lo que puede cargar o alimentar un dispositivo;
• el conector solo encaja en una dirección, por lo que es difícil enchufarlo incorrectamente.

Drawbacks:

• el cable tiene una longitud limitada (unos pocos metros);
• older USB versions are slower than newer ones;
• las velocidades de transferencia pueden ser inferiores a las de otros tipos de conexión.

Mientras viajan los datos, la interferencia puede alterarlos. Pueden ocurrir tres cosas:

• data loss — some bits do not arrive;
• data gain — extra bits are added;
• data change — some bits are flipped.

Por lo tanto, el receptor verifica si los datos llegaron correctamente.

Verificación de paridad

Una comprobación de paridad añade un bit extra, el bit de paridad, a cada byte. Hay dos tipos:

• paridad par — el número total de 1s en el byte (incluyendo el bit de paridad) debe ser par;
• paridad impar — el número total de 1s debe ser impar.

Ejemplo (paridad par): los datos 1011001 tienen cuatro 1s, que ya es par, por lo que el bit de paridad es 0:

parity bit + data
    0        1011001

Para detectar un error: el receptor cuenta los 1s. Si se acordó paridad par, pero llega un byte con un número impar de 1s, ha ocurrido un error durante la transmisión.

Una comprobación de paridad no puede encontrar todos los errores. Si dos bits cambian, el conteo podría seguir pareciendo correcto.

Ejemplo resuelto. Un único bit de paridad te indica que ocurrió un error, pero no dónde. Un bloque de paridad puede encontrar el bit exacto. Se envían varios bytes juntos, cada uno con un bit de paridad de fila, y un byte de paridad adicional en la parte inferior contiene un bit de paridad para cada columna. A continuación se usa paridad par y un bit fue invertido durante la transmisión. Encuéntralo.

          b1 b2 b3 b4 b5 | parity
 byte 1    1  0  1  1  0 |   1
 byte 2    0  1  1  0  1 |   1
 byte 3    1  1  1  1  0 |   1    <- row: odd number of 1s
 byte 4    0  0  1  1  0 |   0
 ------------------------------
 parity    0  0  1  1  1 |   1
                 ^ column b3: odd number of 1s

La fila byte 3 rompe la paridad par, y la columna b3 rompe la paridad par. El bit invertido está donde se cruzan: byte 3, bit b3. Cambiarlo de vuelta de 1 a 0 repara los datos. Con la suposición de error de un solo bit mencionada, la fila y columna fallidas localizan el bit, por lo que el receptor puede corregirlo. Los errores de múltiples bits pueden pasar desapercibidos o dar un resultado ambiguo.

Suma de verificación

Un suma de verificación es un valor calculado a partir de todos los datos antes de enviarlos. El receptor vuelve a calcular la suma de verificación con los datos recibidos. Si los dos valores no coinciden, se ha producido un error y los datos se reenvían.

Los pasos:

1. el emisor calcula la suma de verificación a partir del bloque de datos, usando un algoritmo acordado;
2. la suma de verificación se envía junto con los datos;
3. el receptor calcula de nuevo la suma de verificación a partir de los datos recibidos, usando el mismo algoritmo;
4. compara los dos valores: si coinciden, se aceptan los datos; si no, solicita que se vuelvan a enviar.

Verificación por eco

En una comprobación de eco, el receptor devuelve los datos al emisor. El emisor los compara con los originales. Si difieren, ocurrió un error. (Esto requiere que los datos se envíen dos veces, por lo que es lento.)

Petición automática de retransmisión (ARQ)

Petición automática de repetición (ARQ) utiliza mensajes llamados acuses de recibo.

El programa de estudios denomina esto consulta automática de repetición; petición automática de repetición es otro nombre para el mismo método. El emisor inicia un temporizador de tiempo límite al enviar un paquete. El receptor realiza una comprobación de errores en el paquete recibido. Si la comprobación es exitosa, envía un acuse de recibo positivo. Si se detecta un error, envía un acuse de recibo negativo.

*ARQ: un acuse de recibo positivo avanza; un acuse de recibo negativo o una expiración de temporizador hacen que el emisor reenvíe

Intenta hacerlo — paquete 4. En tres casos separados, el paquete 4 (A) supera la comprobación de errores del receptor, (B) falla la comprobación, o (C) nunca llega. Para cada caso, elige la respuesta del receptor y la próxima acción del emisor.

Trazado resuelto.

Una respuesta negativa puede provocar una repetición antes de que expire el temporizador. Si no llega ninguna confirmación positiva antes del tiempo límite, el emisor repite la transmisión. El temporizador gestiona la ausencia de respuesta, incluido un paquete perdido o una respuesta perdida.

Transferencia — una respuesta perdida. El paquete 4 llega y supera su verificación. El receptor envía una confirmación positiva, pero esta respuesta se pierde. ¿Qué hace el emisor cuando expira su temporizador? ¿Acusa el tiempo límite de que el paquete 4 estuviera dañado?

Respuesta. El emisor reenvía el paquete 4 y reinicia su temporizador. El receptor sabe que el paquete llegó correctamente, pero el emisor no tiene confirmación. El tiempo límite no le dice al emisor si se perdió o retrasó el paquete o la respuesta. ARQ solicita otra transmisión; no repara bits dañados por sí mismo. Utiliza una comprobación de errores para decidir si acepta un paquete recibido.

Dígito de control

Un dígito de control es un dígito adicional colocado al final de un número, calculado a partir de los demás dígitos. Se utiliza para detectar errores cuando un número se introduce manualmente.

Cuando se introduce el número, el dígito de control se recalcula y se compara. Según el método, puede detectar algunos de estos errores; ningún dígito de control garantiza que se encuentren todos los errores de entrada:

• an incorrect digit entered,
• un error de transposición (dos dígitos intercambiados, p. ej., 21 escrito como 12),
• un dígito omitido o un dígito extra añadido,
• un error fonético (un dígito que suena similar, p. ej., 13 y 30).

Los dígitos de control se utilizan en códigos de barras e ISBNs (números de libros).

Ejemplo resuelto (ISBN-13). Los primeros 12 dígitos del número de un libro son 978034083988. Calcula el dígito de control. El método ISBN-13 multiplica los dígitos sucesivamente por 1, 3, 1, 3, …, suma los resultados y elige el dígito de control que hace que el total sea múltiplo de 10.

El total es $139$. Divide entre 10: el resto es $9$ y $10 - 9 = 1$, por lo que el dígito de control es 1 (si el resto es 0, el dígito de control es 0). El número completo es 9780340839881.

Supón ahora que los dígitos en las posiciones 9 y 10 se intercambian al escribirlos: ...8 9 3 8 8.... Los productos de esos dos dígitos pasan a ser $9 \times 1 + 3 \times 3 = 18$ en lugar de $3 + 27 = 30$, por lo que el total de los primeros 12 dígitos es $127$ y $127 + 1 = 128$ no es múltiplo de 10: se detecta el error de transposición.

Por qué necesitamos cifrado

La cifrado mezcla los datos para que no puedan entenderse si son interceptados (capturados) por personas no autorizadas. Los datos legibles se llaman texto plano; tras el cifrado, se convierten en texto cifrado.

El cifrado no evita que los datos sean interceptados. Solo evita que los datos sean comprendidos.

Cifrado simétrico

El cifrado simétrico utiliza una única clave tanto para cifrar como para descifrar los datos. El emisor y el receptor deben compartir esta misma clave secreta. El riesgo es que la propia clave pueda ser robada durante su transferencia.

Cifrado asimétrico

El cifrado asimétrico utiliza dos claves diferentes:

• una clave pública que cualquiera puede tener, utilizada para cifrar;
• una clave privada que se mantiene en secreto, utilizada para descifrar.

Los datos cifrados con la clave pública solo pueden descifrarse con la clave privada correspondiente, por lo que la clave privada nunca necesita compartirse. Esto es más seguro que compartir una clave secreta única.

• Los datos se envían en paquetes (una cabecera con las direcciones y el número de paquete, una carga útil y un trailer). Los paquetes pueden tomar rutas diferentes y llegar fuera de orden, luego se reordenan según sus números de paquete.
• Relacionar los tipos de transmisión: serie (un bit a la vez, bueno para largas distancias) frente a paralelo (varios bits a la vez, cortas distancias); simplex / semidúplex / dúplex completo describen la dirección.
• Un bit de paridad detecta un número impar de bits invertidos. Un bloque de paridad localiza el bit incorrecto cuando exactamente un bit ha cambiado — la fila y columna fallidas se cruzan allí.
• Aprende los métodos de detección de errores y qué hace cada uno: comprobación de paridad, suma de verificación, comprobación por eco, ARQ y dígito de control (para números introducidos manualmente).
• El cifrado simétrico utiliza una única clave compartida; el asimétrico utiliza una clave pública para cifrar y una privada para descifrar, por lo que nunca se comparte una clave secreta.