Tema 6: Elementos de redes de computadores

Algunas definiciones

Telecomunicación o teleinformática:

transmisión electrónica de datos entre sistemas informáticos distantes.

Transmisión de datos:

intercambio, sobre algún medio de transmisión, de información codificada que ha sido o va a ser procesada por algún sistema informático.

Equipo de transmisión de datos:

cualquier dispositivo que realiza funciones orientadas a permitir o facilitar la transmisión de datos.

Sistema de comunicación de datos:

conjunto de equipos de transmisión de datos y programas informáticos que permite el intercambio eficiente y fiable de los datos entre sistemas informáticos.

1. Origen y evolución de las comunicaciones de datos

1830 Telégrafo. Se usaba el código morse y se utilizaba una sola línea con transmisión de datos en serie.

1839 Cooke y Wheatstone aplican el telégrafo paralelo.

1874 Baudot utiliza una sola línea para transmitir varios mensajes a la vez (multiplexión de la señal)

1876 Graham Bell inventa el teléfono.

1910 Aparece el teletipo. Utiliza multiplexación, y codifica los caracteres.

1940-50 Las telecomunicaciones se aplican principalmente al campo militar.

1958 Se crea el proyecto SAGE: interconexión de centros militares para control de aviones. Se desarrollan dos nuevos conceptos: el modo on-line (interacción usuario-sistema) y el modo de tiempo real (la respuesta del sistema se realiza en un tiempo muy corto).

1960-70 Es el boom de las comunicaciones y la informática.

• 1964. El organismo militar ARPA desarrolla la ARPANET, que se pone en funcionamiento en 1969. La red ARPANET utiliza la conmutación de paquetes. A ARPANET se le suma la red MILNET, cuando crecen dan lugar a INTERNET. Se estandarizan los protocolos de información: TCP/IP.

[1972] En España se añade a la RTB (Red Telefónica Básica) la RETD (Red Especial de Transmisión de Datos) que utiliza la conmutación de paquetes.

[1974] IBM desarrolla la arquitectura SNA para interconexión de ordenadores.

[1977] DATAPOINT CO. desarrolla la arquitectura ARCNET.

[1978] Varias compañías empiezan a fabricar productos para telecomunicaciones. Aparece el organismo de normalización OSI, que propone el modelo ISO para la interconexión de sistemas; este modelo no se publica hasta 1988.

1980-90

A la RTB y la CYCLADES (red francesa) se les suma la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados)

• 1980. XEROX desarrolla ETHERNET.
• 1982. La RETD aplica la norma X.25 pasándose a llamar IBERPAC. Aparecen los servicios de valor añadido.
• 1985. IBM desarrolla el sistema de red TOKEN RING.

Organismos de normalización.

Hay tres vías para el establecimiento de un estándar:

• Uno o varios fabricantes se ponen de acuerdo en un estándar de fabricación.
• Organismos oficiales proponen un estándar.
• Implantación masiva de un producto en el mercado.

     UIT. Unión Internacional de Telecomunicaciones

      ISO. Organización Internacional de Estándares

      IEEE. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos

Descripción general de un sistema de comunicación de datos.

Elementos que forman un circuito de comunicación de datos.

Se tienen las siguientes definiciones:

Circuito de datos: es el conjunto formado por los dos ETCD y el canal de transmisión

Estación de datos: es el conjunto formado por un ETD y su correspondiente ETCD.

Enlace de datos: es el conjunto formado por elementos orientados a la transmisión: circuito de datos más controladores de comunicación.

Host: parte del ETD destinada al proceso de la información.

Front-End: procesador de comunicaciones que libera al host de la gestión de transmisión de datos.

Red de computadoras.

Un conjunto de equipos y software conectados entre sí, por medio de dispositivos físicos que envían y reciben impulsos eléctricos, ondas electromagnéticas o cualquier otro medio para el transporte de datos, con la finalidad de compartir información, recursos y ofrecer servicios.

Proveedores principales en Costa Rica: Cisco, HP, Alcatel

Diseño lógico: gráfico general de los componentes de una red.

VPN adquiere una dirección IP interna

Router: Gateway que conecta dos redes diferentes

Enrutamiento

Cliente ­Servidor: es la arquitectura que consiste básicamente en un cliente que realiza peticiones a otro programa (el servidor) que le da respuesta.

Ping y Tracert

Ping: permite comprobar la conexión entre el cliente y el servidor.

Tracert: permite seguir una ruta de un mensaje desde la computadora cliente hasta el servidor.

DNS (Domain Name Server)

Su función más importante, es traducir (resolver) nombres inteligibles para las personas en identificadores binarios asociados con los equipos conectados a la red, esto con el propósito de poder localizar y direccionar estos equipos mundialmente. O sea traduce los nombres de los dominios a direcciones IP. Existen DNS propios y públicos.

Servidor root: servidor raíz de DNS

DNS público: 8.8.8.8 (Google)

Redes de transmisión de datos

Configuraciones

Las redes se dividen en los siguientes tipos según su configuración:

• Redes dedicadas
• Punto a punto
• Multipunto
• Redes compartidas
• Por difusión
• vía satélite
• radio
• cable
• Por conmutación
• de circuitos
• de mensajes
• de paquetes
• datagramas
• circuitos virtuales
1. [i.]permanente
2. conmutado

Redes Dedicadas

Las redes dedicadas permiten su uso para un número preestablecido de estaciones de datos.

Redes punto a punto   La conexión entre dos estaciones de datos cuando es directa consiste en una línea de transmisión de uso exclusivo para ambas estaciones.

Redes multipunto   Las distintas estaciones de datos se comunican mediante conexión a un único medio común de transmisión

Redes Compartidas

En las redes compartidas el número de estaciones de datos es indeterminado.

Redes por difusión   Los equipos terminales se conectan entre sí a través de un medio de transmisión común. Los distintos tipos son:

• Vía satélite
• De radio (inalámbricas)
• Por cable (p.e. televisión por cable)

Redes conmutadas   En ellas el medio de transmisión no es común. Se divide en los siguientes tipos:

De circuitos   (p.e. RTB), utiliza la TCC (Técnica de Conmutación de Circuitos). Está diseñada para la transmisión de voz. Fue creada por ISO. Permite la utilización exclusiva de un circuito de datos durante la comunicación. Los elementos de una red de conmutación de circuitos son los siguientes:

• Nodos de conmutación.
• Líneas.
• Estaciones de datos.

Las fases del proceso de transmisión son:

1. Establecimiento del circuito de datos.
2. Transmisión de la información.
3. Liberación del circuito de datos.

Los dos principales inconvenientes de las redes conmutadas de circuitos (RCC) cuando se utilizan para la transmisión de datos son el tiempo empleado para el establecimiento del circuito y el uso ineficiente de las líneas.

  De mensajes   Físicamente es como la red de conmutación de circuitos (RCC), pero las funciones asignadas a los nodos son distintas. En este caso, no hay fase de establecimiento del circuito de datos físico; por el contrario, los nodos desempeñan dos funciones: almacenar cada mensaje recibido y lo retransmitirlo a otro nodo de conmutación. Es más eficiente que la RCC, ya que cuando se retransmite de un nodo a otro se libera el canal anterior. Este tipo de red no se utiliza en la práctica, puesto que es necesario aumentar la cantidad de información a transmitir teniendo que añadir a los mensajes una dirección de destino y, además, cada nodo necesita tener memoria suficiente para almacenar los mensajes que, a priori, podrían ser de cualquier longitud.

  De paquetes   Está diseñada específicamente para la transmisión de datos. Intenta combinar las ventajas de las dos redes anteriores evitando los inconvenientes. La definición que da OSI para la técnica de conmutación de paquetes es:

``procedimiento de transferencia de datos en el que la unidad de información es el paquete de datos, el cual tiene una longitud máxima establecida e incluye como parte de la información la dirección de la estación de datos al que va dirigido el paquete. Cada segmento de cable se ocupa sólo durante el tiempo que dura la transmisión de un paquete, quedando a continuación disponible para la transmisión de otro paquete''.

Los canales seguidos por los paquetes pueden ser diferentes, pudiendo llegar desordenados, por lo que cada paquete lleva añadida una numeración para que sea posible la reconstrucción del mensaje en el destino. La red de conmutación de paquetes se subdivide a su vez en dos clases:

• Conmutación de paquetes con datagramas, en la que cada paquete es tratado por la red independientemente del resto de paquetes del mensaje.
• Conmutación de paquetes con circuitos virtuales, en este caso se establece un. circuito de datos lógico entre origen y destino. Todos los paquetes de un mensaje viajan por el mismo camino y ordenados, pero el camino no es de uso exclusivo, sino compartido por cualquier otro mensaje que pudiera utilizarlo. La ventaja es que los paquetes llegan ordenados y el inconveniente que da lugar a una red más lenta. Existen dos subclases de redes por conmutación de paquetes con circuitos virtuales:
• Circuito virtual permanente, donde cada par de estaciones de trabajo tiene asignada una ruta de transmisión preestablecida.
• Circuito virtual conmutado, donde no existe una ruta preestablecida; la estación que inicia la comunicación envía un paquete especial de petición que va recorriendo nodos hasta llegar al destino, marcando cada nodo por el que pasa, con lo que se genera el circuito de datos a seguir durante la transmisión de los paquetes.

Retardos

Existen cuatro tipos de retardos cuando se transmite por una red de comunicaciones, éstos son los siguientes:

1. Retardo de transmisión. Es el tiempo que invierte el emisor en poner la información en la línea de transmisión. Depende del equipo encargado de poner la información en la línea.
2. Retardo de propagación. Es el tiempo que tarda la información en viajar por la línea de transmisión desde el emisor hasta el receptor. Depende de la distancia y del medio.
3. Retardo de conmutación. Es el tiempo que un nodo necesita para decidir hacia qué nodo debe reenviar la información recibida. Depende de la velocidad de proceso informático del nodo y del tráfico de la red.
4. Tiempo de aceptación. Es el tiempo que transcurre desde que llega la información a destino hasta que el receptor reconoce la llamada.

2. Modelos de redes

Modelo de referencia OSI (open system interconnection, interconexión de sistemas abiertos): lo desarrolló la ISO (international standard organisation, organización internacional de normalización) en 1984 como una guía para definir un conjunto de protocolos abiertos. Su finalidad es proporcionar una base común para la coordinación en el desarrollo de normas destinadas a la interconexión de sistemas, permitiendo a la vez situar las normas existentes en la perspectiva del modelo de referencia global. Tiene también como finalidad identificar los campos en los que se requiere la elaboración y el perfeccionamiento de normas, así como mantener la coherencia de todas las normas dentro de un marco común. El modelo de referencia OSI se describe en la norma ISO 7498-1 (ITU-T X.200).

El modelo OSI tiene siete capas o niveles, como se muestra en la figura 1. Los principios que se aplicaron para llegar a las siete capas fueron:

1. Se debe crear una capa siempre que exista un nivel diferente de abstracción.
2. Cada capa debe realizar una función bien definida.
3. La función de cada capa se debe elegir pensando en la definición de protocolos estandarizados internacionalmente.
4. Los límites de las capas deben elegirse a modo de minimizar el flujo de información a través de las interfaces.
5. La cantidad de capas debe ser suficiente para no tener que agrupar funciones distintas en la misma capa y lo bastante pequeña para que la arquitectura no se vuelva inmanejable.

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Los siete niveles que configuran el modelo OSI suelen agruparse en dos bloques. Los tres niveles inferiores (físico, de enlace, de red) constituyen el bloque de transmisión. Son niveles dependientes de la red de conmutación utilizada para la comunicación entre los dos sistemas. Por el contrario, los tres niveles superiores (de sesión, de presentación y de aplicación) son niveles orientados a la aplicación y realizan funciones directamente vinculadas con los procesos de comunicación. El nivel intermedio (de transporte) enmascara a los niveles orientados a la aplicación el funcionamiento detallado de los niveles dependientes de la red.

Capas superiores (Hardware)

1- Capa física

La capa física comunica directamente con el medio de comunicación; se ocupa de enviar y recibir bits. En esta capa se decide qué voltaje describe un 0 y cuál un 1; los microsegundos que dura un bit; si la transmisión se puede efectuar simultáneamente en ambas direcciones; cómo se establece la conexión inicial y cómo se interrumpe, etc.

Los medios de transmisión son por:

Cableado:

-UTP usado en Latinoamérica,

-Coaxial (Cobre: impulsos eléctricos)

-Fibra óptica (luz): monomodo (distancias largas), multimodo (distancias cortas)

Pon (hasta el escritorio)

Inalámbrico:

-Bluetooth

-Wi-fi: estándares: ab, g, n, ac

-RF controles remotos

-Celular 4 antenas

-Micro

-Satelital

-Wi-max

Todo tiene sus normas de construcción e instalación.

2- Capa de enlace de datos

La capa de enlace de datos proporciona la comunicación nodo a nodo en una misma red de área local con conmutadores o switches que cambian de una dirección a otra y enlazan compus. Para ello debe proporcionar un mecanismo de direcciones que permita entregar los mensajes en los nodos correctos y debe traducir los mensajes de las capas superiores en bits que pueda transmitir la capa física.

Cuando la capa de enlace recibe un mensaje, le da formato para transformarlo en una trama de datos (o marco). Las secciones de una trama de datos se denominan campos. Los campos de una trama tipo son los siguientes:

• Indicador de inicio.
• Dirección de origen.
• Dirección de destino.
• Información de control.
• Datos.
• Control de errores.

3- Capa de red

La capa de red se ocupa de controlar el funcionamiento de la subred, proporcionando un mecanismo que dirige los mensajes de una red a otra.

Para entregar mensajes en una red, cada subred debe estar identificada de forma única por una dirección de subred. Al recibir un mensaje de las capas superiores, la capa de red añade una cabecera al mensaje incluyendo las direcciones de subred de origen y destino. Este conjunto de datos sumado a la capa de red se denomina paquete. La información de la dirección de subred se utiliza para entregar el mensaje a la subred correcta; después la capa de enlace de datos puede utilizar la dirección del nodo para entregar el mensaje.

El proceso de hacer llegar los paquetes a la subred correcta se denomina encaminamiento, y los dispositivos que encaminan los paquetes se denominan encaminadores (o routers).

Enrutadores: enlazan grandes redes y entre sus principales proveedores están:

Cisco: Linksys

HP: 3com, Procure

Alcatel

Ruckus

IBM

Capas inferiores (Software)

4- Capa de transporte

La función básica de la capa de transporte es aceptar datos de la capa de sesión, dividirlos en unidades más pequeñas si es necesario, pasarlo a la capa de red y asegurar que todas las unidades lleguen correctamente al otro extremo.

La capa de transporte también asegura un control de flujo, es decir, regula el flujo de información de forma que un nodo rápido no llegue a saturar a uno lento.

5- Capa de sesión

La capa de sesión permite a los usuarios de máquinas diferentes establecer sesiones entre ellos. Una sesión permite el transporte ordinario de datos, como lo hace la capa de transporte, pero también proporciona servicios mejorados útiles en algunas aplicaciones.

Uno de los servicios de la capa de sesión es manejar el control del diálogo. El modo de diálogo puede ser de tres tipos:

• Simplex.
• Semiduplex.
• Duplex.

6- Capa de presentación

El cometido de la capa de presentación es el de presentar los datos a la capa de aplicación; ocupándose de traducir datos con una codificación de caracteres a otra distinta, si fuese necesario (porque los nodos inicial y final utilizaran una codificación distinta, como ASCII y Unicode); ídem con la representación de datos numéricos.

Otras funciones que corresponden a la capa de presentación son la encriptación/desencriptación y la compresión/descompresión de los datos.

7- Capa de aplicación

La capa de aplicación proporciona los servicios utilizados por las aplicaciones, como pueden ser:

• Correo electrónico,
• acceso a archivos remotos,
• ejecución de tareas remotas,
• administración de la red.

Como es la única capa que proporciona servicios directamente a los procesos de aplicación, la capa de aplicación ofrece todos los servicios de OSI directamente utilizables por los procesos de aplicación.

El protocolo TCP/IP

Es un conjunto de protocolos de red en los que se basa Internet y que permiten la transmisión de datos entre computadoras. Se le denomina conjunto de protocolos TCP/IP, en referencia a los dos protocolos más importantes que la componen: Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y Protocolo de Internet (IP). Protocolo acá sería como el idioma.

Capas:

1- Borde (Capa de acceso a la red): Se encarga del intercambio de datos entre un host y la red y entre los dispositivos de la misma red.

2- Núcleo (Capa de interred): Se encarga de encaminar los mensajes a través de las interredes.

3- Distribución (Capa de host a host): Se encarga de la integridad de los datos de punto a punto.

4- Acceso (Capa de proceso/aplicación): Abarca las funciones de las capas de sesión, presentación y aplicación del modelo OSI.

Ventajas: Orden, reglas de seguridad y mantiene crecimiento.

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Existen otros protocolos de TCP/IP. Hay más de 100, entre ellos:

HTTP (HyperText Transfer Protocol), que es el que se utiliza para acceder a las páginas web.

ARP (Address Resolution Protocol) para la resolución de direcciones.

FTP (File Transfer Protocol) para transferencia de archivos.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) y POP (Post Office Protocol) para correo electrónico.

TELNET para acceder a equipos remotos.

4. Topologías de red.

La topología de la red describe la distribución física de los elementos de la red. Se tienen las siguientes topologías de red:

1. TOPOLOGÍAS DE RED PUNTO A PUNTO.
1. Topología en estrella. Para n estaciones existirán n-1 líneas. Una estación es el nodo central y las demás van conectadas a él. La fiabilidad de la red depende de la fiabilidad del nodo central, por lo que este nodo debe ser equipado con sistemas redundantes de seguridad.
2. Topología en bucle. Cada estación está conectada a otras dos, formando un conjunto físico cerrado.
3. Topología completa. Todos los nodos se conectan entre sí. Es la topología ideal, pero sólo es factible cuando el número de nodos es muy pequeño.
4. Topología en árbol. Surge de la interconexión de varias topologías en estrella a través de sus nodos centrales. Se utiliza en la RTB. Su estructura es jerárquica y es útil para redes con muchos nodos.
5. Topología irregular. Es aquella que no satisface ninguna de las topologías anteriores. Es habitual en redes privadas.
2. TOPOLOGÍAS DE RED MULTIPUNTO.
1. Topología en bus. Existe un medio común a todos los puestos, que se puede representar como una línea en la que en cada extremo existe un dispositivo, llamado terminador, para evitar que las señales que viajan por ellos reboten.
2. Topología en anillo. Existe una anillo como medio de transmisión común a todas las estaciones. La transmisión se realiza en un único sentido preestablecido. Cada estación conectada al anillo recibe la señal, la retoca y la refresca, si no es el terminal receptor, enviándola de nuevo a la línea. El inconveniente de este tipo de red es que se puede caer entera con el fallo de una sola estación, por lo que en la práctica se añade un concentrador al que van conectados los distintos terminales; si un terminal falla el concentrador es capaz de hacerse cargo de la señal refrescándola hacia el siguiente terminal.

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Redes públicas y privadas

Las redes públicas ofrecen servicios de conmutación de paquetes o de circuitos, pertenecen a compañías de telecomunicaciones y cualquier usuario puede acceder a ellas.

Las redes privadas son redes de uso exclusivo de una organización, pudiendo utilizar recursos de redes públicas.

Tipos de redes según el área:

PAN (Red de área personal) Casa

LAN (Red de Área Local) son las que se montan en departamentos, edificios, entre otros. Todos los componentes pertenecen a una organización y se extienden en un espacio privado.

Se utilizan cientos de metros de cable UTP (cobre) limitación de conexión a 100 m. Recomendable 90 m

MAN (Red de Área Metropolitana) se extienden sobre un área metropolitana. Deben cumplir ciertas normas de paso oficiales. El funcionamiento es muy similar al de las LAN.

WAN (Red de Área Extensa) se forman con la interconexión de varias LAN y MAN en zonas geográficas grandes. Es necesario contratar segmentos de cable públicos. Además, tanto las LAN como las MAN que componen una WAN deben cumplir ciertas normativas oficiales. Ejemplos en Costa Rica: ICE, MOVISTAR, CONARE

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