Conceptos Básicos de Comunicaciones

La telemática es una disciplina científica y tecnológica, originada por la convergencia entre las tecnologías de las telecomunicaciones y de la informática.

Algunas de las aplicaciones de la telemática podrían ser cualquiera de las siguientes:

  • Cualquier tipo de comunicación a través de internet (como por ejemplo el acceso a páginas web o el envío de correos electrónicos) es posible gracias al uso de las tecnologías desarrolladas en este ámbito.
  • El uso de las mensajerías instantáneas está directamente relacionado con la telemática, ya que esta materia se encarga en parte de controlar ese intercambio de mensajes entre dos entidades distintas.
  • Los sistemas GPS (Global Positioning System).

Más información: http://es.wikipedia.org/wiki/Telem%C3%A1tica

Protocolos de comunicación

Un protocolo de comunicación es un conjunto de normas que están obligadas a cumplir todos las máquinas y programas que intervienen en una comunicación de datos entre ordenadores, o cualquier otro dispositivo sin las cuales la comunicación resultaría caótica y por tanto imposible.

En nuestro caso vamos a ver Arduino como el elemento para comunicar cualquier elemento físico con otro mediante una red interna o Internet usando diversos protocolos estándar. Arduino es capaz de implementar estos protocolos mediante programación o usando librerías.

Por ejemplo, podemos usar Arduino para conectar un sistema de riego y una estación meteorológica o con una plataforma de terceros (https://opendata.aemet.es/centrodedescargas/inicio) a través de Internet usando protocolos estándar.

Los protocolos de comunicación permiten el flujo información entre equipos distintos con diferentes características pero que hablan el mismo lenguaje (protocolo) que lo tienen implementado internamente o usan una pasarela intermedia, por ejemplo, dos ordenadores conectados en la misma red pero con protocolos diferentes no podrían comunicarse jamás, para ello, es necesario que ambas “hablen” el mismo idioma. El protocolo TCP/IP fue creado para las comunicaciones en Internet. Para que cualquier ordenador o dispositivo que se conecte a Internet es necesario que tenga instalado este protocolo de comunicación, ya sea mediante una tarjeta de red o WiFi.

Más información en: http://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_comunicaciones

Capas OSI

En el campo de las redes informáticas, los protocolos se pueden dividir en varias categorías. Una de las clasificaciones más estudiadas es la OSI.

Según la clasificación OSI, la comunicación de varios dispositivos se puede estudiar dividiéndola en 7 niveles, que son expuestos desde su nivel más alto hasta el más bajo:

Nivel Nombre Categoría
Capa 7 Nivel de aplicación Aplicación
Capa 6 Nivel de presentación
Capa 5 Nivel de sesión
Capa 4 Nivel de transporte
Capa 3 Nivel de red Transporte de datos
Capa 2 Nivel de enlace de datos
Capa 1 Nivel físico

Pinchando en cada capa hay una explicación detallada de cada una.

  • Capa física: Es la que se encarga de la topología de la red y de las conexiones globales de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico como a la forma en la que se transmite la información.
    Más información: http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_f%C3%ADsica
  • Capa de enlace de datos: Esta capa se ocupa del direccionamiento físico, del acceso al medio, de la detección de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo. Es uno de los aspectos más importantes a revisar en el momento de conectar dos ordenadores, ya que está entre la capa 1 y 3 como parte esencial para la creación de sus protocolos básicos, para regular la forma de la conexión entre ordenadores determinando el paso de tramas. (trama = unidad de medida de la información en esta capa, que no es más que la segmentación de los datos trasladándose por medio de paquetes)
    Más información: http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_enlace_de_datos
  • Capa de red: Se encarga de identificar el enrutamiento existente entre una o más redes. Las unidades de información se denominan paquetes, y se pueden clasificar en protocolos enrutables y protocolos de enrutamiento. El objetivo de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aún cuando ambos no estén conectados directamente. Los dispositivos que facilitan tal tarea se denominan encaminadores o enrutadores, aunque es más frecuente encontrarlo con el nombre en inglés routers.
    Más información: http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_red
  • Capa de transporte: Capa encargada de efectuar el transporte de los datos (que se encuentran dentro del paquete) de la máquina origen a la de destino, independizándolo del tipo de red física que esté utilizando. En el caso del protocolo TCP/IP, la PDU de la capa 4 se llama Segmento o Datagrama, dependiendo de si corresponde a TCP o UDP. Sus protocolos son TCP y UDP; el primero orientado a conexión y el otro sin conexión. Trabajan, por lo tanto, con puertos lógicos y junto con la capa red dan forma a los conocidos como Sockets IP:Puerto (191.16.200.54:80).
    Más información: http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_transporte
    Listado de puertos TCP/UDP: http://www.iana.org/assignments/service-names-port-numbers/service-names-port-numbers.xhtml
  • Capa de sesión: Esta capa es la que se encarga de mantener y controlar el enlace establecido entre dos dispositivos que están transmitiendo datos de cualquier índole. Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda usar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándose en caso de interrupción. En muchos casos, los servicios de la capa de sesión son parcial o totalmente prescindibles.
    Más información: http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_sesi%C3%B3n
  • Capa de presentación: El objetivo es encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres los datos lleguen de manera reconocible. Esta capa cumple tres funciones principales. Estas funciones son las siguientes: Formateo de datos, Cifrado de datos y Compresión de datos.
    Más información: http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_presentaci%C3%B3n
  • Capa de aplicación: Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico (Post Office Protocol y SMTP), gestores de bases de datos y servidor de ficheros (FTP), por UDP pueden viajar (DNS y Routing Information Protocol). Hay tantos protocolos como aplicaciones distintas y puesto que continuamente se desarrollan nuevas aplicaciones el número de protocolos crece sin parar.
    Cabe aclarar que el usuario normalmente no interactúa directamente con el nivel de aplicación. Suele interactuar con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación pero ocultando la complejidad subyacente. En el caso de Arduino se utilizan unas librerías que implementan el protocolo y ofrecen una serie de métodos que son usando de forma sencilla en el sketch para realizar la comunicación.
    Más información: http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_aplicaci%C3%B3n

Pila OSI:

Estas imágenes explican claramente lo que ocurre al pasar de capa a capa antes de mandar los bits por el medio físico.

Más información en: http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_OSI

Por ejemplo modbus es un protocolo de capa 7 y en su parte física usa el protocolo RS-485 que engloba las capas 1 y 2 y define la características físicas de la comunicación como el voltaje de las señales enviadas.

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Un pensamiento en “Conceptos Básicos de Comunicaciones

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