La Capa Física (III)
por Luciano Moreno, del departamento de diseño web de BJS Software.

Codificación y señales.-

La Capa de Enlace de Datos prepara la información para su envío en forma de trenes de bits, sucesiones de ceros y unos binarios que contienen los datos a transmitir junto a las cabeceras necesarias para el funcionamiento correcto de los diferentes protocolos.

Ahora bien; si pensamos en que un ordenador es un dispositivo eléctrico/electrónico, que funciona a base de impulsos de corriente eléctrica contínua, comprenderemos claramente cómo estos ceros y unos lógicos son interpretados por nuestra máquina como variaciones de tensión eléctrica.

Es decir, que para que la información circule por las diferentes partes de nuestro ordenador es preciso una transformación de dígitos binarios en impulsos de electricidad contínua. El mecanismo general de transformar información (datos) en "algo" que la represente y que sea apto para su transmisión por un medio cualquiera se denomina Codificación, y a esos "algo" que representan la información se les conoce con el nombre de señales.

La codificación de datos se ha usado desde tiempos remotos. Pensemos en las señales de humo, en el alfabeto Morse o en la misma escritura, que no es más que un sistema de codificación de ideas.

Si pensamos detenidamente en los procesos que tienen lugar dentro de nuestro equipo llegaremos a la conclusión de que en ellos se producen diferentes etapas de codificación. Los datos de una aplicación de usuario, por ejemplo, un documento de texto, son transformados a un sistema común (ASCII, por ejemplo), y posteriormente en dígitos binarios, que luego son codificados como impulsos eléctricos para su transmisión de una parte a otra del equipo. Su almacenamiento en dispositivos como discos duros, CDs o disquetes se produce transformando los impulsos eléctricos en diferentes patrones de representación binaria (puntos quemados, en el caso de un CD-R, por ejemplo).

Para codificar datos binarios por medio de señales de corriente contínua se pueden usar diversos métodos, como la determinación de un determinado voltaje (3 voltios) para representar un 1 y otro voltaje menor (0 voltios) para representar un cero, cuya representación gráfica sería:

Un inconveniente de las señales en corriente contínua es que pierden rápidamente potencia, por o que sólo son adecuadas en el caso de pequeñas distancias. Además, cuando los trenes de bits deben ser transportados a través de diferentes redes y cableados, siempre se hace mediante corriente alterna.

El principal problema que plantéa la codificación en señales de corriente alterna (señales analógicas) es que, por propia definición, la corriente va variando entre dos valores extremos con el tiempo, por lo que no podemos usar de antemano el sistema aplicado en el caso de corriente contínua, a no ser que consiguiéramos variar la forma ondulante de la corriente alterna en una forma pulsante, con la que podráimos obtener señales parecidas a las conseguidas en el caso de corriente contínua. Estas ondas alternas pulsantes se denominan señales digitales.

Este método sería ideal, pero el problema era cómo poder realizar la transformación. Así estaban las cosas hasta que Jean Baptiste Fourier demostró que una suma especial de ondas sinusoidales, de frecuencias relacionadas armónicamente, que son múltiplos de cierta frecuencia básica, se pueden sumar para crear cualquier patrón de onda. Con esto, las ondas complejas se pueden crear a partir de ondas simples, y una onda rectangular, o un pulso rectangular, se puede generar usando la combinación correcta de ondas sinusoidales.

Estos pulsos pueden ser usados para transportar información, proceso que también se conoce con el nombra de Modulación. La modulación se basa en la modificación de una onda primaria de forma que pueda seguir un patrón de pulsos capaz de transmitir información de forma correcta. Existen diversas formas de modulación:

Esta es la base de la codificación usada para transmitir datos entre redes, transformandose los bits en algo tangible, físico, como un pulso eléctrico en un cable, un pulso luminoso en una fibra óptica o un pulso de ondas electromagnéticas en el espacio. Para ello se utilizan dos tipos diferentes de codificación:

1. Codificación NRZ: o de código sin retorno a cero, es la codificación más sencilla. Se caracteriza por una señal alta y una señal baja (a menudo +5 o +3,3 V para 1 binario y 0 V para 0 binario). En el caso de las fibras ópticas, el 1 binario puede ser un LED o una luz láser brillante, y el 0 binario oscuro o sin luz. En el caso de las redes inalámbricas, el 1 binario puede significar que hay una onda portadora y el 0 binario que no hay ninguna portadora.

2. Codificación de Manchester: el voltaje del cable de cobre, el brillo del LED o de la luz láser en el caso de la fibra óptica o la energía de una onda EM en el caso de un sistema inalámbrico hace que los bits se codifiquen como transiciones. Así, la codificación Manchester da como resultado que los 0 se codifiquen como una transición de baja a alta y que el 1 se codifique como una transición de alta a baja. Dado que tanto los 0 como los 1 dan como resultado una transición en la señal, el reloj se puede recuperar de forma eficaz en el receptor.

Resumiendo: La Capa de Enlace de Datos prepara la información a transmitir en trenes de bits (0 y 1 lógicos), representados internamente por impulsos de corriente contínua. Para su transmisión por los medios de red, el host emisor debe transformar estas señales contínuas en señales en corriente alterna, y para ello usa un sistema de codificación, generalmente el de Manchester, creando ondas pulsantes basadas en las series de ondas de Fourier. Normalmente este proceso se lleva a cabo en chips especiales de la tarjeta de red del host o en dispositivos especiales, como un modem.

Cuando los trenes de bits han sido convertidos en señales apropiadas, éstas son enviadas por los medios físicos hasta el host destino, en donde se procede el proceso inverso, transformándose las señales en sus trenes de bits originales, pudiendo ser procesados entonces por los diferentes protocolos de capa, recuperándose el mensaje original.