Redes de Computadoras (I)

Conceptos y cableado

¿Qué es una Red de Computadoras?

Consiste en la interconexión de dos o más computadoras con el fin de establecer comunicación, compartir información y otros recursos.

Ventajas del uso de una red de computadoras

Compartición de recursos

Centralización de la información

Permite que un mismo recurso pueda ser utilizado por varios usuarios en el momento que cada uno lo requiera.

Favorece el que la información actualizada esté siempre disponible para los diferentes usuarios, desde sus estaciones.

Se evita el gasto en la adquisición recursos para uso individual.

Ejemplo: impresoras, almacenamiento en disco, etc

Desventajas de tener información descentralizada: mantener información redundante, obsoleta (que al ser accedida y utilizada se convierte en información errónea o falsa), utilización innecesaria de espacio de almacenamiento. Aunque también existe el concepto de bases de datos distribuidas, pero hay depósitos predeterminados para contener los diferentes bloques de información.

Ventajas del uso de una red de computadoras

Realización de respaldos

Envío de mensajería / correo

Facilita el respaldo de las bases de datos que se encuentran en los depósitos destinados para contenerlas.

Permite el envío y recepción inmediato de mensajes.

Si los datos estuvieran en varias PC (estaciones), los usuarios podrían alterar su ubicación.

El software para el manejo de mensajes puede almacenar, administrar, controlar y proveer de mensajes a los usuarios tan pronto como se conectan a la red.

El manejo electrónico de la mensajería no requiere que el receptor esté conectado.

Tipos de redes. Clasificación

Las redes de Computadoras se suelen clasificar:

Por su extensión

Redes de Area Local (Local Area Networws = LAN)

Constituidas por computadoras que se encuentran colocadas relativamente cerca unas de otras: dentro de un mismo edificio, piso u oficina.

Redes de Area Amplia (Wide Area Networws = WAN)

Por lo general, consiste de dos o más LAN conectadas entre sí, juntas abarcan un espacio más amplio que el de una LAN.

Redes de Area Metropolitana (Metropolitan Area Networws = MAN)

Son una extensión de las WAN.

Por su construcción o topología

Red de Bus

Es un solo conducto al cuál están unidos todos los nodos de la red y los dispositivos periféricos.

Cable coaxial (Bus)Resistencias terminales de 50 ohmios

Solo un nodo puede transmitir información a la vez. Si un nodo trata de transmitir información y colisiona con otro que ya está transmitiendo, espera un tiempo pequeño y luego vuelve a intentar el envío.

Desventajas: si el bus se daña en algún punto, toda la red “se cae”.

Por su construcción o topología

Red de configuración en Estrella

Hay un eje o dispositivo central, al cual se conectan todos los nodos de la red.

La información proveniente de cada nodo es enrutada a través del eje central, hacia sus destinatarios.

Ventajas: monitorea el tráfico, previene colisiones, si una sección de cable se daña, solo ese nodo queda fuera de la red.

Por su construcción o topología

Red de Anillo

Hay un eje o dispositivo central, al cual se conectan todos los nodos de la red.

El último nodo en la cadena se conecta al primero para cerrar el anillo. La información fluye en un sentido y es examinada por cada nodo, el cual la deja pasar al siguiente si no va dirigida hacia él.

Ventaja: no hay colisiones pues la información fluye solo en un sentido. Desventaja: si una conexión se rompe, toda la red “se cae”.

Por su construcción o topología

Red de Arbol

Combina las características de buslineal y estrella. En esta configuración, según la gráfica, la conexión de subredes LAN es evidente.

Esta configuración es la que generalmente se encontrará en empresas grandes que se dividen en departamentos, escuelas, universidades, oficinas gubernamentales, etc.

Componentes físicos de una red

• Las redes se construyen con dos tipos de elementos de hardware: nodos y enlaces.

• Los nodos: generalmente son computadores de propósito general (aunque los routers y switches utilizan hardware especial, los diferencia lo que hace el software).

• Los enlaces: se implementan en diversos medios físicos: par trenzado, coaxial, fibra óptica y el espacio (enlaces inalámbricos).

Un nodo (una aproximaxión)

CPU

Cache

Memoria

Adaptadorde

Red

La memoria NO es infinitaEs un recurso escaso

Todos los nodos se conectan a lared a través de un adaptador de

red. Este adaptador tiene unsoftware (device driver) que lo

administra

La velocidad de la CPUse dobla cada 18 meses,

pero la latencia de lamemoria se mejora sólo

un 7% cada año

En una primera aproximación un nodofunciona con la rapidez de la memoria

no con la rapidez del procesador.¡el software de red debe cuidar

cuántas veces accede la informaciónpuesta en la RAM!

Hardware de redes

a) La Tarjeta de red

Esta tarjeta se conecta en una de las ranuras de expansión de la computadora y proporciona un puerto para la conexión de la PC a la red.

También se requiere de un software que le diga a la computadora cómo usar la NIC.

Hardware de redes

a) La Tarjeta de redCada computadora dentro de la red necesita:

a) “Conectarse” a la red.

b) Controlar el flujo de información que envía y recibe por la red.

El dispositivo que lleva a cabo esta función es la tarjeta de interfaz de red (NIC: Network Interface Card).

Tarjetas 10Base ó 100BaseTX

• Cada tarjeta 10BaseT, o 100BaseTX (ó 10/100) está identificada con 12 dígitos hexadecimales (conocida como MAC address)

• Esta dirección es utilizada por la capa 2 (capa de enlace de datos: DLL) del modelo OSI para identificar el nodo destino y origen de los datos

02:60:8c:e8:52:ec

Fabricantede la tarjeta

Hardware de redes

b) Cables y conectores

No importa cual sea su estructura, toda red necesita de medios de comunicación para enlazar sus nodos y servidores.

Esto es, los alambres, cables y otros canales de comunicación por los que viaja la información desde su fuente hasta su destino.

Los medos más comunes son el cable de par trenzado, el cable coaxial, el cable de fibra óptica y los enlaces inalámbricos.

Hardware de redes

b) Cables y conectores

Cable de par trenzado (UTP):

Consiste de cuatro u ocho filamentos de alambre de cobre, cada uno cubierto de plástico; luego trenzados por pares y envueltos todos en una última capa de aislante plástico. Originalmente había solo dos alambres en vez de cuatro u ocho, de aquí el nombre de “par” trenzado.

Cable de par trenzado (UTP)

Conector RJ-45

Nada protege a este cable de la interferencia externa, por lo que también se le llama cable de par trenzado sin blindage (unshielded twisted-pair, UTP).

Algunos cables de este tipo pueden estar cubiertos por una envoltura de metal, en ese caso se les llama par trenzado cubierto blindado (shielded twisted-pair, STP).

¿Por qué el trenzado en el cable?

Hardware de redes

b) Cables y conectores

Cable coaxial:

Se utiliza ampliamente para TV. Para la conexión de redes se utilizan conectores distintos.

Cable Coaxial (RG-58)

Conector BNC para la conexión de redes

En este cable existen dos conductores: uno es un solo alambre (sólido), que se encuentra en el centro del cable; el otro está compuesto por muchos filamentos y rodea al anterior. Ambos están separados por una capa de aislante.

Hardware de redes

b) Cables y conectores

Cable de fibra óptica:

Es un filamento de vidrio que transmite rayos de luz pulsátiles: cuando una punta del filamento se expone a la luz, la transporta hasta el otro extremo, dando vuelta en las esquinas con sólo una mínima pérdida de energía.

Cable de fibra óptica

Debido a que la luz viaja a una frecuencia mucho más alta que las señales eléctricas, el cable de fibra óptica fácilmente puede transportar información a más de mil millones de bits por segundo, por lo general 1300 Mbps.

Este tipo de cable es totalmente inmune a interferencias electromagnéticas, que es una desventaja de cualquier alambre de cobre. Una desventaja de este tipo de cable es que es más caro que los anteriores, también es más difícil de instalar porque no se debe doblar en las esquinas tan fácilmente.

Cable de fibra óptica

• Transmite energía en forma de luz. Permite tener anchos de banda muy altos (billones de bits por segundo).

• En los sistemas de cableado, la fibra óptica puede utilizarse tanto en el subsistema vertical como en el horizontal.

Cómo funciona la fibra óptica (1)

Señal eléctrica(Input)

Transmisor(Fuente de luz)

Fibra óptica

Señal eléctrica(Output)

Receptor(Detector de luz)

Cómo funciona la fibra óptica (2)

Núcleo(Core)

Cubierta(Cladding)

Revestimiento(Coating ó Buffer)

¿Por qué no se sale la luz de la fibra óptica?

La luz no se escapa del núcleo porque la cubiertay el núcleo están hechos de diferentes tipos devidrio (y por tanto tienen diferentes índicesde refracción). Esta diferencia en los índicesobliga a que la luz sean reflejada cuando tocala frontera entre el núcleo y la cubierta.

Tipos de fibra ópticaMultimodoUsada generalmente para comunicación de datos. Tiene un núcleo grande (más fácilde acoplar). En este tipo de fibra muchos rayos de luz (ó modos) se pueden propagarsimultáneamente. Cada modo sigue su propiocamino. La máxima longitud recomendada del cable es de 2 Km. = 850 nm.

Fuente de luz

Fuente de luz

Propaga un sólo modoó camino

Propaga varios modosó caminos

MonomodoTiene un núcleo más pequeño que la fibramultimodo. En este tipo de fibra sólo un rayo de luz (ó modo) puede propagarse a la vez.Es utilizada especialmente para telefonía ytelevisión por cable. Permite transmitir a altas velocidades y a grandes distancias (40 km). = 1300 nm.

Núcleo: 62.5 m ó 50 mCubierta: 125 m

Núcleo: 8 a 10 mCubierta: 125 mUn cabello humano: 100 m

Ancho de banda de la F.O.• Los fabricantes de fibra multimodo especifican cuánto

afecta la dispersión modal a la señal estableciendo un producto ancho de banda-longitud (o ancho de banda). – Una fibra de 200MHz-km puede llevar una señal a 200 MHz hasta

un Km de distancia ó 100 MHz en 2 km.

• La dispersión modal varía de acuerdo con la frecuencia de la luz utilizada. Se deben revisar las especificaciones del fabricante– Un rango de ancho de banda muy utilizado en fibra multimodo

para datos es 62.5/125 con 160 MHz-km en una longitud de onda de 850 nm

• La fibra monomodo no tiene dispersión modal, por eso no se

especifica el producto ancho de banda-longitud.

Atenuación en la F.O.

• La perdida de potencia óptica, o atenuación, se expresa en dB/km (aunque la parte de “km” se asume y es dada sólo en dB)– Cuantos más conectores se tengan, o más largo sea el cable de

fibra, mayor perdida de potencia habrá.– Si los conectores están mál empatados, o si están sucios, habrá

más perdida de potencia. (por eso se deben usar protectores en las puntas de fibra no utilizadas).

– Un certificador con una fuente de luz incoherente (un LED) muestra un valor de atenuación mayor que uno con luz de LASER (¡Gigabit utiliza LASER! Por eso la F.O. para gigabit debe certificarse con ese tipo de fuente de luz, no con el otro)

El cable de fibra óptica

Núcleo(Core)

Cubierta(Cladding)

Revestimiento(Coating ó Buffer)

Material derefuerzo

(strength members)

Envoltura(Jacket)

RevestimientoCapa de protección puesta sobre la cubierta.Se hace con un material termoplástico si se requiere rígido o con un material tipo gel si se requiere suelto.

Material de refuerzoSirve para proteger la fibra de esfuerzos aque sea sometida durante la instalación, decontracciones y expanciones debidos a cambios de temperatura, etc. Se hacen devarios materiales, desde acero (en algunoscables con varios hilos de fibra) hasta Kevlar

EnvolturaEs el elemento externo del cable. Es el queprotege al cable del ambiente donde esté instalado. De acuerdo a la envoltura el cablees para interiores (indoor), para exteriores(outdoor), aéreo o para ser enterrado.

Cables de fibra óptica

Cable aéreo (de 12 a 96 hilos):Cable para exteriores (outdoor), ideal para aplicaciones de CATV. 1. Alambre mensajero,2. Envoltura de polietileno. 3. Refuerzo,4. Tubo de protección, 5. Refuerzo central,6. Gel resistente al agua, 7. Fibras ópticas8. Cinta de Mylar, 9. Cordón para romper laenvoltura en el proceso de instalación.

Cable con alta densidad de hilos (de 96 a 256 hilos): Cable outdoor, para troncales de redes de telecomunicaciones 1. Polietileno, 2. Acero corrugado. 3. Cinta Impermeable 4. Polietileno, 5. Refuerzo, 6. Refuerzo central 7. Tubo de protección, 8. Fibras ópticas, 9. Gel resistente al agua 10. Cinta de Mylar, 11. Cordón para romper la envoltura.

Conectores de fibra óptica (FOC)

• Conector ST (Straight Through) - BFOC/2.5– Presentado a comienzos del 85 por AT&T– Utiliza un resorte y un seguro de acoplamiento.

• Conector SC (Single-fiber Coupling)– Es más nuevo, desarrollado por Nippon

Telegraph and Telephone Corporation– Tiene menos perdida que otros conectores

• Conector MT-RJ– Ocupa la mitad de espacio de un conector SC

(es un conector SFF: “Small Form Factor”)

Otras características de la F.O.

• En el subsistema de cableado horizontal el hilo transmisor en un extremo se conecta al extremo receptor del otra y viceversa. En el subsistema de cableado vertical se conecta uno a uno. – Los equipos tienen un LED que indica si hay conexión, si este

LED no se activa, se pueden intercanbiar las puntas del cable.

• Cuando se conecta una fuente LASER a fibra multimodo puede aparecer un fenómeno llamado Differential Mode Delay (DMD)... Es una pequeña variación en el indice de refracción de la F.O. que dificulta recibir bien la señal.

¿Qué hace un repetidor?• El repetidor es el responsable de

– Amplificar la señal para asegurar que la amplitud sea la correcta

– Asegurar la fase de la señal (jitter)– Repetir las señales de un segmento a los otros

segmentos conectados al repetidor– Quita el preámbulo del frame que llega y lo

regenera en el que envía (8 bytes: 1010...1011)– Extiende frames de menos de 32 bits a 96 bits

¿Qué hace un switch (bridge)?• Los bridges y switches:

– Analizan los frames que llegan, de acuerdo a la información que traiga el frame toman la decisión de cómo re-enviarlo (generalmente la MAC address) y envían el frame a su destino

– No analizan la información de las capas superiores (pueden pasar rápidamente el tráfico de diferentes protocolos), pero pueden filtrar.

– Extienden la red (más distancia) y separan dominios de colisión.

¿Qué hace un enrutador?

• El enrutador– Conecta al menos dos redes y decide de que

manera envíar cada paquete de información basado en el conocimiento del estado de las redes que interconecta y la dirección lógica.

– Crea y/o mantiene una tabla de rutas disponibles junto con sus condiciones para determinar la mejor ruta para que un paquete alcance su destino