Transmisión de datos

Transmisión de datos 数据传输 means moving data from one place to another — for example from your computer to a website, or from a phone to a printer.

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

Antes de ser enviado, los datos se dividen en piezas pequeñas y de tamaño igual llamadas paquetes 数据包. Cada paquete viaja por separado y se vuelven a ensamblar en el otro extremo.

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.

El packet header holds:

• la dirección IP del remitente 地址 (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 de paquetes 数据包交换 es la forma en que se envían los paquetes a través de una red.

• Dispositivos especiales llamados routers 路由器 leen la cabecera 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 único cable. Paralelo envía varios bits al mismo tiempo a lo largo de varios cables, por lo que es más rápido en distancias cortas.

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.

El bus serie universal (USB) es una interfaz común (un punto de conexión) para conectar 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 errores:

• 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. Existen 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 bit de paridad indica que se produjo un error, pero no dónde. Un bloque de paridad 奇偶校验块 puede localizar el bit exacto. Se envían varios bytes juntos, cada uno con un bit de paridad de fila, y un byte de paridad 奇偶校验字节 adicional en la parte inferior contiene un bit de paridad para cada columna. A continuación se utiliza paridad par y se invirtió un bit 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 nuevo de 1 a 0 repara los datos. Un único bit de paridad solo indica que ocurrió un error; un bloque de paridad indica exactamente dónde, por lo que el receptor incluso puede repararlo.

Suma de verificación

Una suma de verificación es un valor calculado a partir de todos los datos antes del envío. El receptor vuelve a calcular la suma de verificación a partir de los datos recibidos. Si los dos valores no coinciden, ha ocurrido un error y se reenvían los datos.

Verificación por eco

En una comprobación por eco, el receptor envía los datos de vuelta al remitente. El remitente 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)

Automatic Repeat reQuest 自动重传请求 (ARQ) uses messages called acknowledgements 确认.

• El receptor envía un acuse de recibo positivo si un paquete llegó correctamente, o un acuse de recibo negativo si no lo hizo.
• El remitente inicia un temporizador de tiempo de espera. Si no llega una confirmación positiva a tiempo, el remitente vuelve a enviar el paquete.

Dígito de control

Un dígito de control es un dígito extra 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, se vuelve a calcular el dígito de control y se compara. Puede detectar:

• 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 libro).

Por qué necesitamos cifrado

La cifrado enmaraña los datos para que no puedan entenderse si son interceptados por la persona equivocada. Los datos legibles se denominan texto claro; después del 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 para cifrar y descifrar los datos. El remitente y el receptor deben compartir esta misma clave secreta. El riesgo es que la clave en sí pueda ser robada durante el intercambio.

Cifrado asimétrico

Cifrado asimétrico 非对称加密 uses two different keys:

• 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 nunca tiene que compartirse. Esto es más seguro que compartir una única clave secreta.

• 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 único bit de paridad solo indica que ocurrió un error; un bloque de paridad localiza el bit exacto incorrecto: la fila y la columna que fallan ambas.
• 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.