Materia: Fundamentos de Redes · 2011-09-07 · cobre o aluminio o bien por un tubo, en caso de cables semirrígidos. ... UTP : (Unshielded Twisted ... cantidad de datos a gran velocidad,

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Ing. en Sistemas Computacionales | Roberto Muñoz González

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Sistemas Computacion

Unidad I: Fundamentos de Redes

1.1 Concepto de red, su origen. Una red es un sistema de objetos o personas conectados de manera intrincada. Las redes están en todas partes, incluso en nuestros propios cuerpos. El sistema nervioso y el sistema cardiovascular son redes. El diagrama de racimo de la figura muestra algunos tipos de redes; puede pensar en algunos más. Observe la forma en que están agrupados:

comunicaciones

transporte

social

biológico

servicios públicos

El networking surgió como resultado de las aplicaciones creadas para las empresas. Sin embargo, en el momento en que se escribieron estas aplicaciones, las empresas poseían computadores que eran dispositivos independientes y cada uno operaba de forma individual, independientemente de los demás computadores. Muy pronto se puso de manifiesto que esta no era una forma eficiente ni rentable para operar en el medio empresarial. Las empresas necesitaban una solución que resolviera con éxito las tres preguntas siguientes:

1. cómo evitar la duplicación de equipos informáticos y de otros recursos 2. cómo comunicarse con eficiencia 3. cómo configurar y administrar una red

Las empresas se dieron cuenta de que podrían ahorrar mucho dinero y aumentar la productividad con la tecnología del networking. Empezaron agregando redes y expandiendo las redes existentes casi tan rápidamente como se producía la introducción de nuevas tecnologías y productos de red. Como resultado, a principios de los 80, se produjo una tremenda expansión del networking y sin embargo, el temprano desarrollo de la redes resultaba caótico en varios aspectos.


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A mediados de la década del 80, comenzaron a presentarse los primeros problemas emergentes de este crecimiento desordenado. Muchas de las tecnologías de red que habían emergido se habían creado con una variedad de implementaciones de hardware y software distintas. Por lo tanto, muchas de las nuevas tecnologías no eran compatibles entre sí. Se tornó cada vez más difícil la comunicación entre redes que usaban distintas especificaciones.

Una de las primeras soluciones a estos problemas fue la creación de redes de área local (LAN). Como eran capaces de conectar todas las estaciones de trabajo, dispositivos periféricos, terminales y otros dispositivos ubicados dentro de un mismo edificio, las LAN permitieron que las empresas utilizaran la tecnología informática para compartir de manera eficiente archivos e impresoras.

A medida que el uso de los computadores en las empresas aumentaba, pronto resultó obvio que incluso las LAN no eran suficientes. En un sistema de LAN, cada departamento, o empresa, era una especie de isla electrónica.

Los que se necesitaba era una forma de que la información se pudiera transferir rápidamente y con eficiencia, no solamente dentro de una misma empresa sino de una empresa a otra. Entonces, la solución fue la creación de redes de área metropolitana (MAN) y redes de área amplia (WAN). Como las WAN podían conectar redes de usuarios dentro de áreas geográficas extensas, permitieron que las empresas se comunicaran entre sí a través de grandes distancias.

1.2 Clasificación de redes. Para facilitar su estudio, la mayoría de las redes de datos se han clasificado en redes de área

local (LAN) o redes de área amplia (WAN). Las LAN generalmente se encuentran en su

totalidad dentro del mismo edificio o grupo de edificios y manejan las comunicaciones entre las

oficinas. Las WAN cubren un área geográfica más extensa y conectan ciudades y países.

Algunos ejemplos útiles de LAN y WAN aparecen en la siguiente figura; se debe hacer

referencia a estos ejemplos siempre que aparezca una pregunta relativa a la creación de una

LAN o una WAN. Las LAN y/o las WAN también se pueden conectar entre sí mediante

internetworking.


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1.2.1 De acuerdo a su Tecnología de interconexión.

Medios guiados: cable coaxial, cable de par trenzado, fibra óptica y otros tipos de cables

El cable coaxial es un cable formado por dos conductores concéntricos:

Un conductor central o núcleo, formado por un hilo sólido o trenzado de cobre (llamado positivo o vivo),

Un conductor exterior en forma de tubo o vaina, y formado por una malla trenzada de cobre o aluminio o bien por un tubo, en caso de cables semirrígidos. Este conductor exterior produce un efecto de blindaje y además sirve como retorno de las corrientes.

El primero está separado del segundo por una capa aislante llamada dieléctrico. De la calidad del dieléctrico dependerá principalmente la calidad del cable.

Todo el conjunto puede estar protegido por una cubierta aislante.

Existen múltiples tipos de cable coaxial, cada uno con un diámetro e impedancia diferentes. El cable coaxial no es habitualmente afectado por interferencias externas, y es capaz de lograr altas velocidades de transmisión en largas distancias. Por esa razón, se utiliza en redes de comunicación de banda ancha (cable de televisión) y cables de banda base (Ethernet).

El cable coaxial se reemplaza por la fibra óptica en distancias superiores a varios kilómetros, porque el ancho de banda de esta última es muy superior, lo que justifica su mayor costo y su instalación más delicada.

Cable coaxial RG-59. A: Cubierta protectora de plástico

B: Malla de cobre C: Aislante

D: Núcleo de cobre

Tipos de cable coaxial

Los cables coaxiales más comunes son el RG-58 (impedancia de 5 Ohm, fino) y el RG-59 (impedancia de 75 Ohm, fino). El primero es sumamente utilizado en equipos de radioaficionados y CB, el segundo entre las antenas Yagi de recepción de televisión, el televisor, y sobre todo en el transporte de señal de vídeo: compuesto, por componentes, RGB y otras como el SDI.

Otro cable coaxial común es el denominado RG-6 mismo que utilizan las empresas de TV por cable (impedancia 60 Ohms)

http://es.wikipedia.org/wiki/Ethernet

http://es.wikipedia.org/wiki/Yagi


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Un Cable de par trenzado es uno de los tipos de cables de pares compuesto por hilos, normalmente de cobre, trenzados entre sí. Hay cables de 2, 4, 25 o 100 pares de hilos e incluso de más. El trenzado mantiene estable las propiedades eléctricas a lo largo de toda la longitud del cable y reduce las interferencias creadas por los hilos adyacentes en los cables compuestos por varios pares.

Aún teniendo trenzado a veces es necesario apantallar estos cables con un recubrimiento metálico o incluso apantallar cada par trenzado dentro del cable completo para evitar interferencias entre estos. Definimos 4 tipos básicos de pares trenzados según su recubrimiento:

UTP : (Unshielded Twisted Pair) Sin ningún tipo de recubrimiento metálico.

FTP : (Foiled Twisted Pair) Recubrimiento metálico alrededor de todo el conjunto de pares trenzados.

STP : (Shielded Twisted Pair) Recubrimiento metálico alrededor de cada par trenzado.

S/STP: (Screened STP) Recubrimiento metálico alrededor de cada par trenzado y del cable completo.

La fibra óptica es un conductor de ondas en forma de filamento, generalmente de vidrio, aunque también puede ser de materiales plásticos. La fibra óptica es capaz de dirigir la luz a lo largo de su longitud usando la reflexión total interna. Normalmente la luz es emitida por un láser o un LED.

Las fibras son ampliamente utilizadas en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a gran velocidad, mayor que las comunicaciones de radio y cable. También se utilizan para redes locales. Son el medio de transmisión inmune a las interferencias por excelencia. Tienen un costo elevado


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Medios no guiados: radio, infrarrojos, microondas, láser y otras redes inalámbricas

Dentro del capítulo de Redes inalámbricas la Red por radio es aquella que emplea la radiofrecuencia como medio de unión de las diversas estaciones de la red.

Es un tipo de red muy actual, usada en distintas empresas dedicadas al soporte de redes en situaciones difíciles para el establecimiento de cableado, como es el caso de edificios antiguos no pensados para la ubicación de los diversos equipos componentes de una Red de ordenadores.

Los dispositivos inalámbricos que permiten la constitución de estas redes utilizan diversos protocolos como el Wi-Fi: El estándar IEEE 802.11. El cual es para las redes inalámbricas, lo que Ethernet para las redes de área local (LAN) cableadas. Además del protocolo 802.11 del IEEE existen otros estándares como el HomeRF, Bluetooth y ZigBee.

Las redes por infrarrojos permiten la comunicación entre dos nodos, usando una serie de leds infrarrojos para ello. Se trata de emisores/receptores de las ondas infrarrojas entre ambos dispositivos, cada dispositivo necesita "ver" al otro para realizar la comunicación por ello es escasa su utilización a gran escala.

Esa es su principal desventaja, a diferencia de otros medios de transmisión inalámbricos:

(Bluetooth, Wireless, etc.).

Una red por microondas es un tipo de red inalámbrica que utiliza microondas como medio de transmisión. El protocolo más frecuente es el IEEE 802.11b y transmite a 2.4 GHz, alcanzando velocidades de 11 Mbps (Megabits por segundo). Otras redes utilizan el rango de 5,4 a 5,7 GHz para el protocolo IEEE 802.11ª

Un láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación) es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza controlados

Las redes inalámbricas (en inglés wireless) son aquellas que se comunican por un medio de transmisión no guiado (sin cables) mediante ondas electromagnéticas. La transmisión y la recepción se realiza a través de antenas.

Tienen ventajas como la rápida y fácil instalación de la red sin la necesidad de tirar cableado, permiten la movilidad y tienen menos costes de mantenimiento que una red convencional

1.2.2 De acuerdo a su tipo de conexión.

La gran decisión en el nivel de red es si el servicio debiera ser orientado a la conexión o sin

conexión.

o Sin conexión (Internet). La subred no es confiable; porta bits y no más. Los

hosts tienen que manejar el control de errores. El nivel de red ni garantiza el

orden de paquetes ni controla su flujo. Los paquetes tienen que llevar sus

direcciones completas de destino.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ethernet

http://es.wikipedia.org/wiki/HomeRF

http://es.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

http://es.wikipedia.org/wiki/ZigBee

http://es.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

http://es.wikipedia.org/wiki/Wireless

http://es.wikipedia.org/wiki/Gigahercio

http://es.wikipedia.org/wiki/Mbps


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o Orientado a la conexión (sistema telefónico). Los pares en el nivel de red

establecen conexiones con características tal como la calidad, el costo, y el

ancho de banda. Se entregan los paquetes en orden y sin errores, la

comunicación es dúplex, y el control de flujo es automático.

1.2.2.1 Orientadas.

El punto central en este debate es donde ubicar la complejidad. En el servicio orientado a la

conexión está en el nivel de red, pero en el servicio sin conexión está en el nivel de transporte.

Se representan los dos enfoques en los ejemplos de la Internet y ATM.

Se dice que un servicio de comunicación entre dos entidades es orientado a conexión cuando

antes de iniciar la comunicación se verifican determinados datos (disponibilidad, alcance, etc.)

entre estas entidades y se negocian unas credenciales para hacer esta conexión más segura y

eficiente.

Este tipo de conexiones suponen mayor carga de trabajo a una red (y tal vez retardo) pero

aportan la eficiencia y fiabilidad necesaria a las comunicaciones que la requieran

Un protocolo orientado a la conexión identifica el flujo de tráfico con un identificador de

conexión en lugar de utilizar explícitamente las direcciones de la fuente y el destino.

Típicamente, el identificador de conexión es un escalar (por ejemplo en Frame Relay son 10

bits y en ATM 24 bits). Esto hace a los conmutadores de red substancialmente más rápidos (las

tablas de encaminamiento son más sencillas, y es más fácil construir el hardware de los

conmutadores). El impacto es tan grande, que protocolos típicamente no orientados a la

conexión, tal como el tráfico de IP, utilizan prefijos orientados a la conexión (por ejemplo IPv6

incorpora el campo Etiqueta de flujo).

Una terminología alternativa al servicio que ofrece un protocolo orientado a la conexión y un

protocolo no orientado a la conexión son los servicios de circuitos virtuales y de datagramas

respectivamente.

El servicio de circuito virtual es un tipo de servicio orientado a la conexión, dado que implica

iniciar y descartar una entidad de tipo conexión, y mantener información del estado de la

conexión en los conmutadores de paquetes. El servicio de datagrama es un tipo de servicio

sin conexión en el que no se emplean entidades de tipo conexión.

1.2.2.2 No orientadas.

En telecomunicaciones, no orientado a la conexión significa una comunicación entre dos

puntos finales de una red en los que un mensaje puede ser enviado desde un punto final a otro

sin acuerdo previo. El dispositivo en un extremo de la comunicación transmite los datos al otro,

sin tener que asegurarse de que el receptor esté disponible y listo para recibir los datos. El

emisor simplemente envía un mensaje dirigido al receptor. Cuando se utiliza esta forma de

comunicación son más frecuentes los problemas de transmisión que con los protocolos

orientado a la conexión y puede ser necesario reenviar varias veces los datos. Los protocolos

no orientados a la conexión son a menudo rechazados por los administradores de redes que

utilizan cortafuegos porque los paquetes maliciosos son más difíciles de filtrar. El protocolo IP y

el protocolo UDP son protocolos no orientados a la conexión, pero TCP es un protocolo

orientado a la conexión. Los protocolos no orientados a la conexión son descritos generalmente

http://es.wikipedia.org/wiki/Transmission_Control_Protocol


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como sin estado porque los puntos finales no guardan información para recordar una

"conversación" de cambios de mensajes. La alternativa al enfoque no orientado a la conexión

es utilizar protocolos orientados a la conexión, que son descritos a veces como con estado

porque pueden seguir una conversación

1.2.3 De acuerdo a su relación.

Básicamente existen tres tipos de configuraciones que engloban a todas las redes existentes en el mercado, independientemente del fabricante.

1.2.3.1 De Igual a Igual.

Peer to peer (Punto a punto): Cada estación de trabajo puede compartir sus recursos con otras estaciones de trabajo que están en la red.

Compartición de recursos: Con este método los recursos a compartir están centralizados en uno o más servidores. En estos servidores está toda la información. Las estaciones de trabajo no pueden compartir sus recursos.

A grandes rasgos, una red informática entre iguales (en inglés peer-to-peer -que se traduciría de par a par- o de punto a punto, y más conocida como P2P) se refiere a una red que no tiene clientes ni servidores fijos, sino una serie de nodos que se comportan simultáneamente como clientes y como servidores de los demás nodos de la red. Este modelo de red contrasta con el modelo cliente-servidor el cual se rige de una arquitectura monolítica donde no hay distribución de tareas entre sí, solo una simple comunicación entre un usuario y una terminal en donde el cliente y el servidor no pueden cambiar de roles.

Las redes de ordenadores Peer-to-peer (o "P2P") son redes que aprovechan, administran y optimizan el uso de banda ancha que acumulan de los demás usuarios en una red por medio de la conectividad entre los mismos usuarios participantes de la red, obteniendo como resultado, mucho más rendimiento en las conexiones y transferencias que con algunos métodos centralizados convencionales donde una cantidad relativamente pequeña de servidores provee el total de banda ancha y recursos compartidos para un servicio o aplicación. Típicamente estas redes se conectan en gran parte con otros nodos vía "ad hoc".

Dichas redes son útiles para muchos propósitos (ver Aplicaciones de las redes P2P),pero se usan muy a menudo para compartir toda clase de archivos que contienen: audio, video, texto, software y datos en cualquier formato digital. Este tipo de red es también comúnmente usado en telefonía VoIP para hacer más eficiente la transmisión de datos en tiempo real así como lograr una mejor distribución del tráfico de la telefonía utilizando tecnología P2P.

Cualquier nodo puede iniciar, detener o completar una transacción compatible. La eficacia de los nodos en el enlace y transmisión de datos puede variar según su configuración local (cortafuegos, NAT, ruteadores, etc.), velocidad de proceso, disponibilidad de ancho de banda de su conexión a la red y capacidad de almacenamiento en disco.

http://es.wikipedia.org/wiki/VoIP

http://es.wikipedia.org/wiki/Ruteador


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1.2.3.2 Cliente - Servidor.

Cliente/Servidor: En este tipo de redes, las aplicaciones se parten entre el servidor y las estaciones de trabajo. En el Front End, la parte cliente de la aplicación acepta las peticiones del usuario, las prepara para el servidor y espera una respuesta del mismo. En el Back End, el servidor recibe la petición del cliente, la procesa y proporciona el servicio deseado por el cliente. El cliente ahora presenta los datos u otro resultado al usuario a través de su propia interfaz

Esta arquitectura consiste básicamente en que un programa -el Cliente informático- realiza peticiones a otro programa -el servidor- que le da respuesta.

Aunque esta idea se puede aplicar a programas que se ejecutan sobre una sola computadora es más ventajosa en un sistema operativo multiusuario distribuido a través de una red de computadoras.

En esta arquitectura la capacidad de proceso está repartida entre los clientes y los servidores, aunque son más importantes las ventajas de tipo organizativo debidas a la centralización de la gestión de la información y la separación de responsabilidades, lo que facilita y clarifica el diseño del sistema.

La separación entre cliente y servidor es una separación de tipo lógico, donde el servidor no se ejecuta necesariamente sobre una sola máquina ni es necesariamente un sólo programa.

Una disposición muy común son los sistemas multicapa en los que el servidor se descompone en diferentes programas que pueden ser ejecutados por diferentes computadoras aumentando así el grado de distribución del sistema.

La arquitectura cliente-servidor sustituye a la arquitectura monolítica en la que no hay distribución, tanto a nivel físico como a nivel lógico.

Ventajas de la arquitectura cliente-servidor

Centralización del control: los accesos, recursos y la integridad de los datos son controlados por el servidor de forma que un programa cliente defectuoso o no autorizado no pueda dañar el sistema.

Escalabilidad: se puede aumentar la capacidad de clientes y servidores por separado.


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El servidor de cliente es la arquitectura de red que separa al cliente (a menudo un uso que utiliza un interfaz utilizador gráfico) de un servidor. Cada caso del software del cliente puede enviar peticiones a un servidor. Los tipos específicos de servidores incluyen los servidores web, los servidores del uso, los servidores de archivo, los servidores terminales, y los servidores del correo. Mientras que sus propósitos varían algo, la arquitectura básica sigue siendo igual.

Aunque esta idea se aplica en una variedad de maneras, en muchas diversas clases de usos, el ejemplo más fácil de visualizar es el uso actual de Web pages en el Internet.

1.3 Descripción del Modelo OSI.

Durante las últimas dos décadas ha habido un enorme crecimiento en la cantidad y tamaño de las redes. Muchas de ellas sin embargo, se desarrollaron utilizando implementaciones de hardware y software diferentes. Como resultado, muchas de las redes eran incompatibles y se volvió muy difícil para las redes que utilizaban especificaciones distintas poder comunicarse entre sí. Para solucionar este problema, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) realizó varias investigaciones acerca de los esquemas de red. La ISO reconoció que era necesario crear un modelo de red que pudiera ayudar a los diseñadores de red a implementar redes que pudieran comunicarse y trabajar en conjunto (interoperabilidad) y por lo tanto, elaboraron el modelo de referencia OSI en 1984.

1.3.1 Modelo de capas.

El concepto de capas le ayudará a comprender la acción que se produce durante el proceso de comunicación de una computadora a otra. En la figura siguiente se plantean preguntas que involucran el movimiento de objetos físicos como por ejemplo, el tráfico de autopistas o los datos electrónicos. Este desplazamiento de objetos, sea este físico o lógico, se conoce como flujo. Existen muchas capas que ayudan a describir los detalles del proceso de flujo. Otros ejemplos de sistemas de flujo son el sistema de suministro de agua, el sistema de autopistas, el sistema postal y el sistema telefónico.

Ahora, examine la figura siguiente, el cuadro "Comparación de redes". ¿Qué red está examinando? ¿Qué fluye? ¿Cuáles son las distintas formas del objeto que fluye? ¿Cuáles son las normas para el flujo? ¿Dónde se produce el flujo? Las redes que aparecen en este esquema le ofrecen más analogías para ayudarlo a comprender las redes informáticas.


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Otro ejemplo que describe cómo puede usar el concepto de capas para analizar un tema cotidiano es examinar una conversación entre dos personas. Cuando usted tiene una idea que desea comunicarle a otra persona, lo primero que hace es elegir (a menudo de modo subconsciente) cómo desea expresar esa idea, luego decide cómo comunicarla de forma adecuada y, por último, transmite esa idea.

Imagínese a un joven que está sentado en uno de los extremos de una mesa muy larga. En el otro extremo de la mesa, bastante lejos, está sentada su abuela. El joven habla en inglés. Su abuela prefiere hablar en español. En la mesa se ha servido una cena espléndida que ha preparado la abuela. Súbitamente, el joven grita lo más alto posible, en inglés: "Hey you! Give me the rice!" (¡Oye, tú! ¡Dame el arroz!) y extiende la mano sobre la mesa para agarrarlo. En la mayoría de los lugares, esta acción se considera bastante grosera. ¿Qué es lo que el joven debería haber hecho para comunicar sus deseos de forma aceptable?

Para ayudarlo a encontrar la respuesta a esta pregunta, analice el proceso de comunicación por capas. En primer lugar está la idea – el joven desea el arroz; luego está la representación de la idea– hablada en inglés (en lugar de español); a continuación, el método de entrega – "Oye tú"; y finalmente el medio – gritar (sonido) y extender la mano (acción física) sobre la mesa para tomar el arroz.

A partir de este grupo de cuatro capas, se puede observar que tres de estas capas impiden que el joven comunique su idea de forma adecuada/aceptable. La primera capa (la idea) es aceptable. La segunda capa (representación), hablando en inglés en lugar de en español, y la tercera capa (entrega), exigiendo en lugar de solicitar con educación, definitivamente no obedecen a los protocolos sociales aceptados. La cuarta capa (medio), gritar y agarrar las cosas de la mesa en lugar de solicitar ayuda en forma educada a otra persona es un comportamiento inaceptable prácticamente en cualquier situación social.

Si analiza esta interacción desde el punto de vista de las capas podrá entender más claramente algunos de los problemas de la comunicación (entre las personas o entre los computadores) y cómo es posible resolver estos problemas.


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El nivel básico de información por computadora se compone de dígitos binarios o bits (0 y 1). Las computadoras que envían uno o dos bits de información, sin embargo, no serían demasiado útiles, de modo que se necesitan otras agrupaciones: los bytes, kilobytes, megabytes y gigabytes. Para que las computadoras puedan enviar información a través de una red, todas las comunicaciones de una red se inician en el origen, luego viajan hacia su destino.

Como lo ilustra la figura siguiente, la información que viaja a través de una red se conoce como paquete, datos o paquete de datos. Un paquete de datos es una unidad de información, lógicamente agrupada, que se desplaza entre los sistemas de computación. Incluye la información origen junto con otros elementos necesarios para hacer que la comunicación sea factible y confiable en relación con los dispositivos destino. La dirección origen de un paquete especifica la identidad del computador que envía el paquete. La dirección destino específica la identidad del computador que finalmente recibe el paquete.

Evolución de las normas de networking de ISO

Al principio de su desarrollo, las LAN, MAN y WAN eran en cierto modo caóticas. A principios de la década de los 80 se produjeron tremendos aumentos en la cantidad y el tamaño de las redes. A medida que las empresas se dieron cuenta de que podrían ahorrar mucho dinero y aumentar la productividad con la tecnología de networking, comenzaron a agregar redes y a expandir las redes existentes casi simultáneamente con la aparición de nuevas tecnologías y productos de red.

A mediados de los 80, estas empresas debieron enfrentar problemas cada vez más serios debido a su expansión caótica. Resultaba cada vez más difícil que las redes que usaban diferentes especificaciones pudieran comunicarse entre sí. Se dieron cuenta que necesitaban salir de los sistemas de networking propietarios.

Los sistemas propietarios se desarrollan, pertenecen y son controlados por organizaciones privadas. En la industria informática, propietario es lo opuesto de abierto, y significa que una empresa o un pequeño grupo de empresas controlan el uso de la tecnología. Abierto significa que el uso libre de la tecnología está disponible para todos.

Para enfrentar el problema de incompatibilidad de las redes y su imposibilidad de comunicarse entre sí, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) estudió esquemas de red como DECNET, SNA y TCP/IP a fin de encontrar un conjunto de reglas. Como resultado de esta investigación, la ISO desarrolló un modelo de red que ayudaría a los fabricantes a crear redes que fueran compatibles y que pudieran operar con otras redes.

El proceso de dividir comunicaciones complejas en tareas más pequeñas y separadas se podría comparar con el proceso de construcción de un automóvil. Visto globalmente, el diseño,


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la fabricación y el ensamblaje de un automóvil es un proceso de gran complejidad. Es poco probable que una sola persona sepa cómo realizar todas las tareas requeridas para la construcción de un automóvil desde cero. Es por ello que los ingenieros mecánicos diseñan el automóvil, los ingenieros de fabricación diseñan los moldes para fabricar las partes y los técnicos de ensamblaje ensamblan una parte del auto.

El modelo de referencia OSI (Nota: No debe confundirse con ISO.), lanzado en 1984, fue el esquema descriptivo que crearon. Este modelo proporcionó a los fabricantes un conjunto de estándares que aseguraron una mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de tecnología de red utilizados por las empresas a nivel mundial.

El modelo de referencia OSI es el modelo principal para las comunicaciones por red. Aunque existen otros modelos, en la actualidad la mayoría de los fabricantes de redes relacionan sus productos con el modelo de referencia OSI, especialmente cuando desean enseñar a los usuarios cómo utilizar sus productos. Los fabricantes consideran que es la mejor herramienta disponible para enseñar a enviar y recibir datos a través de una red.

El modelo de referencia OSI permite que los usuarios vean las funciones de red que se producen en cada capa. Más importante aún, el modelo de referencia OSI es un marco que se puede utilizar para comprender cómo viaja la información a través de una red. Además, puede usar el modelo de referencia OSI para visualizar cómo la información o los paquetes de datos viajan desde los programas de aplicación (por ej., hojas de cálculo, documentos, etc.), a través de un entorno de red (por ej., cables, etc.), hasta otro programa de aplicación ubicado en otro computador de la red, aún cuando el remitente y el receptor tengan distintos tipos de red.

En el modelo de referencia OSI, hay siete capas numeradas, cada una de las cuales ilustra una función de red particular. Esta división de las funciones de networking se denomina división en capas. La división de la red en siete capas presenta las siguientes ventajas:

Divide la comunicación de red en partes más pequeñas y sencillas.

Normaliza los componentes de red para permitir el desarrollo y el soporte de los productos de diferentes fabricantes.

Permite a los distintos tipos de hardware y software de red comunicarse entre sí.

Impide que los cambios en una capa puedan afectar las demás capas, de manera que se puedan desarrollar con más rapidez.

Divide la comunicación de red en partes más pequeñas para simplificar el aprendizaje.


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El problema de trasladar información entre computadores se divide en siete problemas más pequeños y de tratamiento más simple en el modelo de referencia OSI. Cada uno de los siete problemas más pequeños está representado por su propia capa en el modelo. Las siete capas del modelo de referencia OSI son:

Capa 7: La capa de aplicación Capa 6: La capa de presentación Capa 5: La capa de sesión Capa 4: La capa de transporte Capa 3: La capa de red Capa 2: La capa de enlace de datos Capa 1: La capa física

Durante el transcurso de este semestre veremos las capas, comenzando por la Capa 1 y estudiando el modelo OSI capa por capa. Al estudiar una por una las capas del modelo de referencia OSI, comprenderá de qué manera los paquetes de datos viajan a través de una red y qué dispositivos operan en cada capa a medida que los paquetes de datos las atraviesan. Como resultado, comprenderá cómo diagnosticar las fallas cuando se presenten problemas de red especialmente durante el flujo de paquetes de datos.

Funciones de cada capa

Cada capa individual del modelo OSI tiene un conjunto de funciones que debe realizar para que los paquetes de datos puedan viajar en la red desde el origen hasta el destino. A continuación, presentamos una breve descripción de cada capa del modelo de referencia OSI tal como aparece en la figura.

Capa 7: La capa de aplicación

La capa de aplicación es la capa del modelo OSI más cercana al usuario; suministra servicios de red a las aplicaciones del usuario. Difiere de las demás capas debido a que no proporciona servicios a ninguna otra capa OSI, sino solamente a aplicaciones que se encuentran fuera del modelo OSI. Algunos ejemplos de dichos procesos de aplicación son los programas de hojas de cálculo, de procesamiento de texto y los de las terminales bancarias. La capa de aplicación establece la disponibilidad de los potenciales socios de comunicación, sincroniza y establece acuerdos sobre los procedimientos de recuperación de errores y control de la integridad de los datos. Si desea recordar la Capa 7 en la menor cantidad de palabras posible, piense en los navegadores de Web.


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Capa 6: La capa de presentación

La capa de presentación garantiza que la información que envía la capa de aplicación de un sistema pueda ser leída por la capa de aplicación de otro. De ser necesario, la capa de presentación traduce entre varios formatos de datos utilizando un formato común. Si desea recordar la Capa 6 en la menor cantidad de palabras posible, piense en un formato de datos común.

Capa 5: La capa de sesión:

Como su nombre lo implica, la capa de sesión establece, administra y finaliza las sesiones entre dos hosts que se están comunicando. La capa de sesión proporciona sus servicios a la capa de presentación. También sincroniza el diálogo entre las capas de presentación de los dos hosts y administra su intercambio de datos. Además de regular la sesión, la capa de sesión ofrece disposiciones para una eficiente transferencia de datos, clase de servicio y un registro de excepciones acerca de los problemas de la capa de sesión, presentación y aplicación. Si desea recordar la Capa 5 en la menor cantidad de palabras posible, piense en diálogos y conversaciones.

Capa 4: La capa de transporte

La capa de transporte segmenta los datos originados en el host emisor y los reensambla en una corriente de datos dentro del sistema del host receptor. El límite entre la capa de sesión y


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la capa de transporte puede imaginarse como el límite entre los protocolos de capa de medios y los protocolos de capa de host. Mientras que las capas de aplicación, presentación y sesión están relacionadas con aspectos de las aplicaciones, las tres capas inferiores se encargan del transporte de datos.

La capa de transporte intenta suministrar un servicio de transporte de datos que aísla las capas superiores de los detalles de implementación del transporte. Específicamente, temas como la confiabilidad del transporte entre dos hosts es responsabilidad de la capa de transporte. Al proporcionar un servicio de comunicaciones, la capa de transporte establece, mantiene y termina adecuadamente los circuitos virtuales. Al proporcionar un servicio confiable, se utilizan dispositivos de detección y recuperación de errores de transporte. Si desea recordar la Capa 4 en la menor cantidad de palabras posible, piense en calidad de servicio y confiabilidad.

Capa 3: La capa de red:

La capa de red es una capa compleja que proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas de hosts que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas. Si desea recordar la Capa 3 en la menor cantidad de palabras posible, piense en selección de ruta, conmutación, direccionamiento y enrutamiento.


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Capa 2: La capa de enlace de datos

La capa de enlace de datos proporciona un tránsito de datos confiable a través de un enlace físico. Al hacerlo, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico (comparado con el lógico) , la topología de red, el acceso a la red, la notificación de errores, entrega ordenada de tramas y control de flujo. Si desea recordar la Capa 2 en la menor cantidad de palabras posible, piense en tramas y control de acceso al medio.

Capa 1: La capa física

La capa física define las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales. Las características tales como niveles de voltaje, temporización de cambios de voltaje, velocidad de datos físicos, distancias de transmisión máximas, conectores físicos y otros atributos similares se definen a través de las especificaciones de la capa física. Si desea recordar la Capa 1 en la menor cantidad de palabras posible, piense en señales y medios.

1.3.2 Proceso de encapsulado de datos. Usted sabe que todas las comunicaciones de una red parten de un origen y se envían a un destino, y que la información que se envía a través de una red se denomina datos o paquete de datos. Si una computadora (host A) desea enviar datos a otra (host B), en primer término los datos deben empaquetarse a través de un proceso denominado encapsulamiento.


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El encapsulamiento rodea los datos con la información de protocolo necesaria antes de que se una al tránsito de la red. Por lo tanto, a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI, reciben encabezados, información final y otros tipos de información. Nota: La palabra "encabezado" significa que se ha agregado la información correspondiente a la dirección).

Para ver cómo se produce el encapsulamiento, examine la forma en que los datos viajan a través de las capas como lo ilustra la siguiente figura. Una vez que se envían los datos desde el origen, como se describe en la figura posterior, viajan a través de la capa de aplicación directo hacia las otras capas. Como puede ver, el empaquetamiento y el flujo de los datos que se intercambian experimentan cambios a medida que las redes ofrecen sus servicios a los usuarios finales. Como lo muestran las figuras, las redes deben realizar los siguientes cinco pasos de conversión a fin de encapsular los datos:

Figura :

1. Crear los datos. Cuando un usuario envía un mensaje de correo electrónico, sus caracteres alfanuméricos se convierten en datos que pueden recorrer la internetwork.

2. Empaquetar los datos para ser transportados de extremo a extremo. Los datos se empaquetan para ser transportados por la internetwork. Al utilizar segmentos, la función de transporte asegura que los hosts del mensaje en ambos extremos del sistema de correo electrónico se puedan comunicar de forma confiable.

3. Anexar (agregar) la dirección de red al encabezado. Los datos se colocan en un paquete o datagrama que contiene el encabezado de red con las direcciones lógicas origen y destino. Estas direcciones ayudan a los dispositivos de red a enviar los paquetes a través de la red por una ruta seleccionada.

Figura :

4. Anexar (agregar) la dirección local al encabezado de enlace de datos. Cada dispositivo de la red debe poner el paquete dentro de una trama. La trama le permite conectarse al próximo dispositivo de red conectado directamente en el enlace. Cada


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dispositivo en la ruta de red seleccionada requiere el entramado para poder conectarse al siguiente dispositivo.

5. Realizar la conversión a bits para su transmisión. La trama debe convertirse en un patrón de unos y ceros (bits) para su transmisión a través del medio (por lo general un cable). Una función de temporización permite que los dispositivos distingan estos bits a medida que se trasladan por el medio. El medio en la internetwork física de redes puede variar a lo largo de la ruta utilizada. Por ejemplo, el mensaje de correo electrónico puede originarse en una LAN, cruzar el backbone de un campus y salir por un enlace de WAN hasta llegar a su destino en otra LAN remota. Los encabezados y la información final se agregan a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI.

Actividad de laboratorio

En esta práctica de laboratorio, deberá identificar las características de cada capa así como la terminología y los dispositivos físicos que operan en cada capa.

1.4 Topologías de redes.

La arquitectura o topología de red es la disposición física en la que se conectan los nodos de una red de computadoras o servidores, mediante la combinación de estándares y protocolos.

Define las reglas de una red y cómo interactúan sus componentes. Estos equipos de red pueden conectarse de muchas y muy variadas maneras. La conexión más simple es un enlace unidireccional entre dos nodos. Se puede añadir un enlace de retorno para la comunicación en ambos sentidos. Los cables de comunicación modernos normalmente incluyen más de un cable para facilitar esto, aunque redes muy simples basadas en buses tienen comunicación bidireccional en un solo cable.

En casos mixtos se puede usar la palabra arquitectura en un sentido relajado para hablar a la vez de la disposición física del cableado y de cómo el protocolo considera dicho cableado. Así, en un anillo con una MAU podemos decir que tenemos una topología en anillo, o de que se trata de un anillo con topología en estrella.

La topología de red la determina únicamente la configuración de las conexiones entre nodos. La distancia entre los nodos, las interconexiones físicas, las tasas de transmisión y/o los tipos de señales no pertenecen a la topología de la red, aunque pueden verse afectados por la misma.

Se tienen dos tipos de topologías:

Topología Física

Topología Lógica

Topología Física: consiste en la configuración o disposición del cableado y equipos de comunicación

Topología Lógica: define cómo los datos fluyen a través de la red

Hay tres topologías físicas básicas:


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- Bus: típicas de las redes Ethernet antiguas - Anillo: típicas en las redes Token Ring y FDDI - Estrella: utilizadas en todas las LAN actuales en substitución de los buses y los

anillos.

TOPOLOGÍA LINEAL O BUS:

Consiste en un solo cable al cual se le conectan todas las estaciones de trabajo.

En este sistema una sola computadora por vez puede mandar datos los cuales son escuchados por todas las computadoras que integran el bus, pero solo el receptor designado los utiliza.

Ventajas: Es la más barata. Apta para oficinas medianas y chicas.

Desventajas:

Si se tienen demasiadas computadoras conectadas a la vez, la eficiencia baja notablemente.

Es posible que dos computadoras intenten transmitir al mismo tiempo provocando lo que se denomina “colisión”, y por lo tanto se produce un reintento de transmisión.

Un corte en cualquier punto del cable interrumpe la red

TOPOLOGÍA ESTRELLA:

En este esquema todas las estaciones están conectadas a un concentrador o HUB con cable por computadora.

Para futuras ampliaciones pueden colocarse otros HUBs en cascada dando lugar a la estrella jerárquica.

Por ejemplo en la estructura CLIENTE-SERVIDOR: el servidor está conectado al HUB activo, de este a los pasivos y finalmente a las estaciones de trabajo.

Ventajas:

La ausencia de colisiones en la transmisión y dialogo directo de cada estación con el servidor.

La caída de una estación no anula la red.

Desventajas: Baja transmisión de datos.


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TOPOLOGÍA ANILLO (TOKEN RING):

Es un desarrollo de IBM que consiste en conectar cada estación con otra dos formando un anillo.

Los servidores pueden estar en cualquier lugar del anillo y la información es pasada en un único sentido de una a otra estación hasta que alcanza su destino.

Cada estación que recibe el TOKEN regenera la señal y la transmite a la siguiente.

Por ejemplo en esta topología, esta envía una señal por toda la red.

Si la computadora quiere transmitir pide el TOKEN y hasta que lo tiene puede transmitir.

Si no está la señal la pasa a la siguiente en el anillo y sigue circulando hasta que alguna pide permiso para transmitir.

Ventajas:

No existen colisiones, Pues cada paquete tiene una cabecera o TOKEN que identifica al destino.

Desventajas:

La caída de una estación interrumpe toda la red. Actualmente no hay conexiones físicas entre estaciones, sino que existen centrales de cableado o MAU que implementa la lógica de anillo sin que estén conectadas entre si evitando las caídas.

Es cara, llegando a costar una placa de red lo que una estación de trabajo.


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TOPOLOGÍA ÁRBOL:

En esta topología que es una generalización del tipo bus, el árbol tiene su primer nodo en la raíz y se expande hacia fuera utilizando ramas, en donde se conectan las demás terminales.

Esta topología permite que la red se expanda y al mismo tiempo asegura que nada más existe una ruta de datos entre dos terminales cualesquiera.

TOPOLOGÍA MESH:

Es una combinación de más de una topología, como podría ser un bus combinado con una estrella.

Este tipo de topología es común en lugares en donde tenían una red bus y luego la fueron expandiendo en estrella.

Son complicadas para detectar su conexión por parte del servicio técnico para su reparación.

Dentro de estas topologías encontramos:

1. Topología anillo en estrella: se utilizan con el fin de facilitar la administración de la red. Físicamente la red es una estrella centralizada en un concentrador o HUBs, mientras que a nivel lógico la red es un anillo.

2. Topología bus en estrella: el fin es igual al anterior. En este caso la red es un bus que se cable físicamente como una estrella mediante el uso de

*concentradores.

3. Topología estrella jerárquica: esta estructura se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales. Por medio de concentradores dispuestos en cascadas para formar una red jerárquica.

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Materia: Fundamentos de Redes · 2011-09-07 · cobre o aluminio o bien por un tubo, en caso de cables semirrígidos. ... UTP : (Unshielded Twisted ... cantidad de datos a gran velocidad,