CEDEHP Profesor: Agustín Solís M. Networking - Teleinformática Telecomunicaciones

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Redes de datos de área local

Una red de datos de área local es un sistema de comunicación que conecta computadores y otros

equipos informáticos entre si para poder compartir información y recursos.

Tipos de redes

Podemos clasificar e identificar las redes de datos utilizando diferentes criterios:

A. Según el lugar y el espacio que ocupan

Redes de área local (LAN)

Las LAN constan de los siguientes componentes:

Computadores

Tarjetas de interfaz de red

Dispositivos periféricos

Medios de networking

Dispositivos de networking

Las LAN permiten a las empresas aplicar tecnología informática para compartir localmente archivos

e impresoras de manera eficiente, y posibilitar las

comunicaciones internas. Un buen ejemplo de esta tecnología

es el correo electrónico. Los que hacen es conectar los datos,

las comunicaciones locales y los equipos informáticos.

Algunas de las tecnologías comunes de LAN son:

Ethernet - Token Ring - FDDI

Las WAN interconectan las LAN, que a su vez proporcionan

acceso a los computadores o a los servidores de archivos

ubicados en otros lugares. Como las WAN conectan redes de

usuarios dentro de un área geográfica extensa, permiten que

las empresas se comuniquen entre sí a través de grandes

distancias. Las WAN permiten que los computadores,

impresoras y otros dispositivos de una LAN compartan y sean

compartidas por redes en sitios distantes. Las WAN

proporcionan comunicaciones instantáneas a través de zonas

geográficas extensas. El software de colaboración brinda

acceso a información en tiempo real y recursos que permiten

realizar reuniones entre personas separadas por largas

distancias, en lugar de hacerlas en persona. Networking de

área amplia también dio lugar a una nueva clase de

trabajadores, los empleados a distancia, que no tienen que

salir de sus hogares para ir a trabajar.

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Redes de área amplia (WAN)

Las WAN están diseñadas para realizar lo siguiente:

Operar entre áreas geográficas extensas y distantes

Posibilitar capacidades de comunicación en tiempo real entre usuarios

Brindar recursos remotos de tiempo completo, conectados a los servicios locales

Brindar servicios de correo electrónico, World Wide Web, transferencia de archivos

y comercio electrónico

Algunas de las tecnologías comunes de WAN son:

Módems

Red digital de servicios integrados (RDSI)

Línea de suscripción digital (DSL - Digital Subscriber Line)

Frame Relay

Series de portadoras para EE.UU. (T) y Europa (E): T1, E1, T3, E3

Red óptica síncrona (SONET )

Redes de área metropolitana (MAN)

La MAN es una red que abarca un área metropolitana, como, por ejemplo, una ciudad o una zona

suburbana. Una MAN generalmente consta de una o más LAN dentro de un área geográfica

común. Por ejemplo, un banco con varias sucursales puede utilizar una MAN. Normalmente, se

utiliza un proveedor de servicios para conectar dos o más sitios LAN utilizando líneas privadas de

comunicación o servicios ópticos. También se puede crear una MAN usando tecnologías de puente

inalámbrico enviando haces de luz a través de áreas públicas.

B. Según la velocidad de transmisión en el Standard Ethernet

La unidad que se utiliza al medir el caudal de datos transmitidos por las redes es el bit por

segundo. Normalmente hablamos de Mbs o Mb/s (megabit por segundo), que son un millón de bit

por segundo. Así, según la velocidad de transmisión de datos tenemos los siguientes tipos de

redes:

Ethernet Standard IEEE 802.3 – 10 Mbs.

Fast Ethernet Standard IEEE 802.3 – 100 Mbs.

Gigabit Ethernet Standard IEEE 802.3 – 1000 Mbs.

C. Según la tecnología de transmisión

Redes punto a punto. Las redes punto a punto o también llamadas peer-to-peer (P2P) o red de

pares, son aquellas que responden a un tipo de arquitectura de red en las que cada canal de datos

se usa para comunicar únicamente dos nodos. Las redes punto a punto son relativamente fáciles

de instalar y operar. A medida que las redes crecen, las relaciones punto a punto se vuelven más

difíciles de coordinar y operar. Su eficiencia decrece rápidamente a medida que la cantidad de

dispositivos en la red aumenta.

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Redes basadas en servidor. Las redes basadas en servidor son mejores para compartir gran

cantidad de recursos y datos. Un administrador supervisa la operación de la red, y asegura que la

seguridad sea mantenida. Este tipo de red puede tener unos o más servidores, dependiendo del

volumen de tráfico, número de periféricos etc. Por ejemplo, puede haber un servidor de impresión,

un servidor de comunicaciones, y un servidor de base de datos, todos en una misma red.

Hay combinaciones de redes lo cual tiene ambas características: de red punto a punto y basada en

servidor. Este tipo de red es la más comúnmente usada, pero requiere de un entrenamiento

extenso y planeado para su máxima productividad.

D. Según el tipo de transferencia de datos

1._Simplex: La transacción sólo se efectúa en un solo sentido.

2._Half-dúplex: La transacción se realiza en ambos sentidos, pero de forma alternativa, es decir

solo uno puede transmitir en un momento dado, no pudiendo transmitir los dos al mismo tiempo.

3._Full-Dúplex: La transacción se puede llevar a cabo en ambos sentidos simultáneamente.

E. Según el medio de transmisión

Redes cableadas. Se entiende por red al conjunto interconectado de computadoras autónomas.

Es decir es un sistema de comunicaciones que conecta a varias unidades y que les permite

intercambiar información. La red permite comunicarse con otros usuarios y compartir archivos y

periféricos.

La conexión no necesita hacerse a través de un hilo de cobre, también puede hacerse mediante el

uso de láser, microondas y satélites de comunicación.

Redes inalámbricas. Las redes inalámbricas no es más que un conjunto de computadoras, o de

cualquier dispositivo informático comunicados entre sí mediante soluciones que no requieran el uso

de cables de interconexión.

En el caso de las redes locales inalámbricas, es sistema que se está imponiendo es el normalizado

por IEEE con el nombre 802.11b. A esta norma se la conoce más habitualmente como WI-FI

(Wiriless Fidelity).

Con el sistema WI-FI se pueden establecer comunicaciones a una velocidad máxima de 11 Mbps,

alcanzándose distancia de hasta cientos de metros. No obstante, versiones más recientes de esta

tecnología permiten alcanzar los 22, 54 y hasta los 100 Mbps.

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Principios de funcionamiento

Para establecer una comunicación entre dos computadores en red, y que se entiendan entre ellos,

es necesario el uso de un protocolo de comunicación. Los protocolos de comunicación son normas

que permiten el flujo de información entre computadores, porque es necesario que ambos “Hablen”

el mismo idioma.

Las normas de referencia están descritas en el modelo OSI (Open System Interconection).

Al describir los principios de funcionamiento de las redes locales tendremos en cuenta:

A. El envío de datos en red

Inicialmente, se puede pensar que los datos se envían

desde un equipo a otro como una serie continua de unos y

ceros. De hecho, los datos se dividen en paquetes

pequeños y manejables, cada uno dividido con la

información esencial para ir desde el origen hasta el

destino. Los paquetes son bloques básicos que

constituyen la comunicación de datos por la red.

Normalmente los datos existen como archivos de gran

tamaño. En cambio, las redes no podrían funcionar si los

equipos colocasen a la vez grandes cantidades de datos

en la red. Un equipo que envíe grandes cantidades de

datos hace que otros equipos tengan que esperar

(incrementando la frustración de los otros usuarios)

mientras se transmiten los datos. Esto no es lo que se llama «compartir»; esto es «monopolizar la

red». Hay dos razones por las que la colocación de grandes bloques de datos en el cable ralentiza

la red:

• Las grandes cantidades de datos enviados como un único bloque colapsan la red y hacen

imposible la interacción y comunicación apropiada debido a que un equipo está desbordando el

cable con datos.

• El impacto de la retransmisión de grandes bloques de datos multiplica el tráfico de la red.

Estos efectos se minimizan cuando estos grandes bloques de datos se dividen en paquetes más

pequeños para una mejor gestión del control de errores en la transmisión. De esta forma, sólo se

afecta a una pequeña cantidad de datos, y por tanto, sólo se tienen que volver a transmitir

pequeñas cantidades de datos, facilitando la recuperación de un error.

Para que varios usuarios puedan transmitir a la vez datos por la red de forma rápida y sencilla, hay

que dividir los datos en bloques pequeños y manejables. De esta forma, los usuarios pueden

compartir su acceso a la red. Estos bloques se denominan paquetes, o tramas. Aunque los

términos de «paquete» y «trama» se suelen utilizar indistintamente, hay algunas diferencias

dependiendo del tipo de red.

Utilizaremos el término «paquete» para hacer referencia a «una unidad de información transmitida

como una entidad desde un dispositivo a otro de la red.

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«Dispositivo» es un término genérico utilizado para un subsistema informático. Normalmente a las

impresoras, puertos serie y unidades de disco se les conoce como dispositivos; tales subsistemas

suelen necesitar su propio software controlador, denominado controladores del dispositivo. Los

paquetes son las unidades básicas de la comunicación en la red. Cuando se dividen datos en

paquetes, se aceleran las transmisiones individuales de forma que cada equipo de la red tenga

más oportunidades de transmitir y recibir datos. En el equipo de destino (receptor), se reúnen los

paquetes y se reorganizan en el orden de los datos originales.

Cuando el sistema operativo de la red del equipo de origen divide los datos en paquetes, añade a

cada trama una información de control especial. Esto hace posible:

• El envío de los datos originales en pequeños paquetes.

• La reorganización de los datos en el orden apropiado cuando lleguen a su destino.

• La comprobación de errores una vez que se hayan reorganizado los datos.

Estructura de un paquete

Los paquetes pueden contener datos de varios tipos incluyendo:

• Información, como mensajes o archivos.

• Ciertos tipos de datos de control y comandos, como peticiones de servicio.

• Códigos de control de sesión, como la corrección de errores, que indica la necesidad de una

retransmisión.

Componentes de un paquete

Todos los paquetes tienen varias propiedades en común. Entre ellas se incluyen:

• Una dirección de origen que identifica al equipo que realiza el envío.

• Los datos que se quieren transmitir.

• Una dirección de destino que identifica al destinatario.

• Instrucciones que indican a los componentes de la red cómo pasar los datos.

• Información que indica al equipo de destino cómo conectar el paquete con el resto de los

paquetes para reorganizar el bloque completo de datos.

• Información de comprobación de errores que asegura que los datos lleguen intactos.

Los componentes de un paquete se agrupan en tres secciones: cabecera, datos y final.

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Cabecera

La cabecera incluye:

• Una señal de alerta que indica que el paquete se está transmitiendo.

• La dirección del origen.

• La dirección del destino.

• Información de reloj para sincronizar la transmisión.

Datos

Esta parte describe los datos que se están enviando actualmente. Dependiendo de la red, esta

parte del paquete tiene un tamaño variable. La sección de datos en la mayoría de las redes varía

entre 512 bytes o 0.5 kilobytes (KB) y 4 KB.

Debido a que la mayoría de los datos de origen suelen tener más de 4 KB, hay que dividir los datos

en bloques más pequeños para que puedan ser colocados en paquetes. Para realizar la

transmisión de un archivo grande, habrá que enviar muchos paquetes.

Final

El contenido exacto del final varía en función del método de comunicación o protocolo. Sin

embargo, el final suele tener un componente de comprobación de errores denominado código de

redundancia cíclica (CRC). El CRC es un número generado en el origen por un cálculo matemático

sobre el paquete. Cuando el paquete llega al destino se vuelve a realizar el cálculo. Si el resultado

de los dos cálculos coincide, indica que los datos del paquete se han mantenido estables. Si el

cálculo del destino es distinto del cálculo del origen, significa que los datos han cambiado durante

la transmisión. En dicho caso, la rutina de CRC indica al equipo origen que vuelva a transmitir los

datos.

Un protocolo es un conjunto de reglas o estándares diseñado para permitir que los equipos puedan

conectarse entre sí e intercambiar datos reduciendo los errores en la medida de lo posible.

Las redes tienen distintos formatos para los paquetes y permiten paquetes de distintos tamaños. El

límite del tamaño del paquete determina cuántos paquetes puede crear el sistema operativo de red

para un conjunto de datos de gran tamaño.

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B. El modelo OSI

El modelo de interconexión de sistemas abiertos (ISO/IEC 7498-1), también llamado OSI (en inglés

open system interconnection) es el modelo de red descriptivo creado por la Organización

Internacional para la Estandarización (ISO) en el año 1984. Es decir, es un marco de referencia

para la definición de arquitecturas de interconexión de sistemas de comunicaciones.

Virtualmente, todas las redes que están en uso hoy en día, están basadas de algún modo en el

modelo OSI (Open Systems Interconnection). El modelo OSI fue desarrollado en 1984 por la

organización internacional de estándares, llamada ISO, el cual se trata de una federación global de

organizaciones representando a aproximadamente 130 países.

El núcleo de este estándar es el modelo de referencia OSI, una normativa formada de siete capas

que define las diferentes fases por las que deben pasar los datos para viajar de un dispositivo a

otro sobre una red de comunicaciones.

La utilidad de esta normativa estandarizada viene al haber muchas tecnologías, fabricantes y

compañías dentro del mundo de las comunicaciones, y al estar en continua expansión, se tuvo que

crear un método para que todos pudieran entenderse de algún modo, incluso cuando las

tecnologías no coincidieran. De este modo, no importa la localización geográfica o el lenguaje

utilizado. Todo el mundo debe atenerse a unas normas mínimas para poder comunicarse entre sí.

Esto es sobre todo importante cuando hablamos de la red de redes, es decir, Internet.

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Las capas del modelo OSI

Piensa en las siete capas que componen el modelo OSI como una línea de ensamblaje en un

computador. En cada una de las capas, ciertas cosas pasan a los datos que se preparan para ir a

la siguiente capa. Las siete capas se pueden separar en dos grupos bien definidos, grupo de

aplicación y grupo de transporte.

En el grupo de aplicación tenemos:

Capa 7: Aplicación - Esta es la capa que interactúa con el sistema operativo o aplicación cuando

el usuario decide transferir archivos, leer mensajes, o realizar otras actividades de red. Por ello, en

esta capa se incluyen tecnologías tales como http, DNS, SMTP, SSH, Telnet, etc.

Capa 6: Presentación - Esta capa tiene la misión de coger los datos que han sido entregados por

la capa de aplicación, y convertirlos en un formato estándar que otras capas puedan entender. En

esta capa tenemos como ejemplo los formatos MP3, MPG, GIF, etc.

Capa 5: Sesión – Esta capa establece, mantiene y termina las comunicaciones que se forman

entre dispositivos. Se pueden poner como ejemplo, las sesiones SQL, RPC, NetBIOS, etc.

En el grupo de transporte tenemos:

Capa 4: Transporte – Esta capa mantiene el control de flujo de datos, y provee de verificación de

errores y recuperación de datos entre dispositivos. Control de flujo significa que la capa de

transporte vigila si los datos vienen de más de una aplicación e integra cada uno de los datos de

aplicación en un solo flujo dentro de la red física. Como ejemplos más claros tenemos TCP y UDP.

Capa 3: Red – Esta capa determina la forma en que serán mandados los datos al dispositivo

receptor. Aquí se manejan los protocolos de enrutamiento y el manejo de direcciones IP. En esta

capa hablamos de IP, IPX, X.25, etc.

Capa 2: Datos – También llamada capa de enlaces de datos. En esta capa, el protocolo físico

adecuado es asignado a los datos. Se asigna el tipo de red y la secuencia de paquetes utilizada.

Los ejemplos más claros son Ethernet, ATM, Frame Relay, etc.

Capa 1: Física – Este es el nivel de lo que llamamos llanamente hardware. Define las

características físicas de la red, como las conexiones, niveles de voltaje, cableado, etc. Como

habrás supuesto, podemos incluir en esta capa la fibra óptica, el par trenzado, cable cruzados, etc.

Seguramente oirás hablar de otro modelo paralelo al modelo OSI, llamado capas TCP/IP. Lo cierto

es que son muy parecidas, y de hecho, las capas se entremezclan solo que este último modelo

solo utiliza niveles para explicar la funcionalidad de red. Las capas son las siguientes:

Capa 1: Red - Esta capa combina la capa física y la capa de enlaces de datos del modelo OSI. Se

encarga de enrutar los datos entre dispositivos en la misma red. También maneja el intercambio de

datos entre la red y otros dispositivos.

Capa 2: Internet – Esta capa corresponde a la capa de red. El protocolo de Internet utiliza

direcciones IP, las cuales consisten en un identificador de red y un identificador de host, para

determinar la dirección del dispositivo con el que se está comunicando.

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Capa 3: Transporte – Corresponde directamente a la capa de transporte del modelo OSI, y donde

podemos encontrar al protocolo TCP. El protocolo TCP funciona preguntando a otro dispositivo en

la red si está deseando aceptar información de un dispositivo local.

Capa 4: Aplicación – La capa 4 combina las capas de sesión, presentación y aplicación del

modelo OSI. Protocolos con funciones específicas como correo o transferencia de archivos,

residen en este nivel.

Banda base y banda ancha

C. El método de acceso al medio

Se denomina método de acceso al conjunto de reglas que definen la forma en que un equipo se

conecta a la red y envía o recibe datos del sistema.

Todos los equipos de una red Ethernet están conectados a la misma línea de transmisión, y la

comunicación se lleva a cabo con la técnica CSMA/CD.

Esta técnica se utiliza para evitar las colisiones que se producen cuando dos o más equipos

acceden a la red.

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D. Ethernet

Ethernet es un estándar de redes de área local para computadores con acceso al medio por

contienda CSMA/CD. CSMA/CD (Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Detección de

Colisiones), es una técnica usada en redes Ethernet para mejorar sus prestaciones. El nombre

viene del concepto físico de ether. Ethernet define las características de cableado y señalización de

nivel físico y los formatos de tramas de datos del nivel de enlace de datos del modelo OSI.

La Ethernet se tomó como base para la redacción del estándar internacional IEEE 802.3.

Usualmente se toman Ethernet e IEEE 802.3 como sinónimos. Ambas se diferencian en uno de los

campos de la trama de datos. Las tramas Ethernet e IEEE 802.3 pueden coexistir en la misma red.

Topologías

El término topología se refiere a la forma en que está diseñada la red, bien físicamente (rigiéndose

de algunas características en su hardware) o Bien lógicamente (basándose en las características

internas de su software).

La topología de red es la representación geométrica de la relación entre todos los enlaces y los

dispositivos que los enlazan entre sí (habitualmente denominados nodos).

Para el día de hoy, existen al menos cinco posibles topologías de red básicas:

Malla, estrella, árbol, bus y anillo.

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Topología en Malla

En una topología en malla, cada dispositivo tiene un enlace punto a punto y dedicado con cualquier

otro dispositivo. El término dedicado significa que el enlace conduce el tráfico únicamente entre los

dos dispositivos que conecta.

Por tanto, una red en malla completamente conectada necesita n(n-1)/2 canales físicos para

enlazar n dispositivos. Para acomodar tantos enlaces, cada dispositivo de la red debe tener sus

puertos de entrada/salida (E/S).

Una malla ofrece varias ventajas sobre otras topologías de red. En primer lugar, el uso de los

enlaces dedicados garantiza que cada conexión sólo debe transportar la carga de datos propia de

los dispositivos conectados, eliminando el problema que surge cuando los enlaces son compartidos

por varios dispositivos. En segundo lugar, una topología en malla es robusta. Si un enlace falla, no

inhabilita todo el sistema.

Otra ventaja es la privacidad o la seguridad. Cuando un mensaje viaja a través de una línea

dedicada, solamente lo ve el receptor adecuado. Las fronteras físicas evitan que otros usuarios

puedan tener acceso a los mensajes.

Topología en Estrella

En la topología en estrella cada dispositivo solamente tiene un enlace punto a punto dedicado con

el controlador central, habitualmente llamado concentrador. Los dispositivos no están directamente

enlazados entre sí.

A diferencia de la topología en malla, la topología en estrella no permite el tráfico directo de

dispositivos. El controlador actúa como un intercambiador: si un dispositivo quiere enviar datos a

otro, envía los datos al controlador, que los retransmite al dispositivo final.

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Una topología en estrella es más barata que una topología en malla. En una red de estrella, cada

dispositivo necesita solamente un enlace y un puerto de entrada/salida para conectarse a cualquier

número de dispositivos.

Este factor hace que también sea más fácil de instalar y reconfigurar. Además, es necesario

instalar menos cables, y la conexión, desconexión y traslado de dispositivos afecta solamente a

una conexión: la que existe entre el dispositivo y el concentrador.

Topología en Árbol

La topología en árbol es una variante de la de estrella. Como en la estrella, los nodos del

árbol están conectados a un concentrador central que controla el tráfico de la red. Sin embargo, no

todos los dispositivos se conectan directamente al concentrador central. La mayoría de los

dispositivos se conectan a un concentrador secundario que, a su vez, se conecta al concentrador

central.

El controlador central del árbol es un concentrador activo. Un concentrador activo contiene un

repetidor, es decir, un dispositivo hardware que regenera los patrones de bits recibidos antes de

retransmitidos.

Retransmitir las señales de esta forma amplifica su potencia e incrementa la distancia a la que

puede viajar la señal. Los concentradores secundarios pueden ser activos o pasivos. Un

concentrador pasivo proporciona solamente una conexión física entre los dispositivos conectados.

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Topología en Bus

Una topología de bus es multipunto. Un cable largo actúa como una red troncal que conecta todos

los dispositivos en la red.

Los nodos se conectan al bus mediante cables de conexión (latiguillos) y sondas. Un cable de

conexión es una conexión que va desde el dispositivo al cable principal. Una sonda es un conector

que, o bien se conecta al cable principal, o se pincha en el cable para crear un contacto con el

núcleo metálico.

Entre las ventajas de la topología de bus se incluye la sencillez de instalación. El cable troncal

puede tenderse por el camino más eficiente y, después, los nodos se pueden conectar al mismo

mediante líneas de conexión de longitud variable. De esta forma se puede conseguir que un bus

use menos cable que una malla, una estrella o una topología en árbol.

Topología en Anillo

En una topología en anillo cada dispositivo tiene una línea de conexión dedicada y punto a punto

solamente con los dos dispositivos que están a sus lados. La señal pasa a lo largo del anillo en una

dirección, o de dispositivo a dispositivo, hasta que alcanza su destino. Cada dispositivo del anillo

incorpora un repetidor.

Un anillo es relativamente fácil de instalar y reconfigurar. Cada dispositivo está enlazado solamente

a sus vecinos inmediatos (bien físicos o lógicos). Para añadir o quitar dispositivos, solamente hay

que mover dos conexiones.

Las únicas restricciones están relacionadas con aspectos del medio físico y el tráfico (máxima

longitud del anillo y número de dispositivos). Además, los fallos se pueden aislar de forma sencilla.

Generalmente, en un anillo hay una señal en circulación continuamente.