Redes locales

REDES LOCALES

Conrado Perea

Orígenes

• A mediados de los 70 diversos fabricantes desarrollaron sus propios sistemas de redes locales. Es en 1980 cuando Xerox, en cooperación con Intel, desarrollan y publican las especificaciones del primer sistema comercial de red denominado EtherNet. En 1982 aparecen los ordenadores personales.

Definición

• Una red es un conjunto de ordenadores conectados entre sí, que pueden comunicarse compartiendo datos y recursos sin importar la localización física de los distintos dispositivos. A través de una red se pueden ejecutar procesos en otro ordenador o acceder a sus ficheros, enviar mensajes, compartir programas...

Definición

• Los ordenadores suelen estar conectados entre sí por cables. Pero si la red abarca una región extensa, las conexiones pueden realizarse a través de líneas telefónicas, microondas, líneas de fibra óptica e incluso satélites.

Definición

• Cada dispositivo activo conectado a la red se denomina nodo. Un dispositivo activo es aquel que interviene en la comunicación de forma autónoma, sin estar controlado por otro dispositivo. Por ejemplo, determinadas impresoras son autónomas y pueden dar servicio en una red sin conectarse a un ordenador que las maneje; estas impresoras son nodos de la red

Ventajas y objetivos de las redes• Las redes de ordenadores permiten compartir recursos e

información, con el objeto de abaratar costes, facilitar el trabajo en grupo... En particular:– compartir archivos y programas – compartir impresoras – compartir un acceso a Internet – enviar y recibir correo electrónico – usar bases de datos compartidas – gestionar eficazmente la seguridad de los equipos – realizar copias de seguridad centralizadas

Medio de transmisión.El cable par trenzado

• Es de los más antiguos en el mercado y en algunos tipos de aplicaciones es el más común. Consiste en dos alambres de cobre o a veces de aluminio, aislados con un grosor de 1 mm aproximadamente. Los alambres se trenzan con el propósito de reducir la interferencia eléctrica de pares similares cercanos. Los pares trenzados se agrupan bajo una cubierta común de PVC en cables multipares de pares trenzados (de 2, 4, 8, hasta 300 pares).

Estructura del cable par trenzado

• Por lo general, la estructura de todos los cables par trenzados no difieren significativamente, aunque es cierto que cada fabricante introduce algunas tecnologías adicionales mientras los estándares de fabricación se lo permitan. El cable está compuesto, por un conductor interno aislado.


• Debajo de la aislación coloreada existe otra capa de aislación también de polietileno, que contiene en su composición una sustancia antioxidante para evitar la corrosión del cable.

Tipos de cable par trenzado

• Cable de par trenzado apantallado (STP): – En este tipo de cable, cada par va recubierto por una

malla conductora que actúa de pantalla frente a interferencias y ruido eléctrico.

• Cable de par trenzado con pantalla global (FTP):– En este tipo de cable como en el UTP, sus pares no están

apantallados, pero sí dispone de una pantalla global para mejorar el nivel de protección ante interferencias externas .

Tipos de cable par trenzado

• Cable par trenzado no apantallado (UTP):– El cable par trenzado más simple y empleado, sin ningún

tipo de pantalla adicional

– Es sin duda el que hasta ahora ha sido mejor aceptado, por su costo, accesibilidad y fácil instalación. Sus dos alambres de cobre torcidos aislados con plástico PVC han demostrado un buen desempeño en las aplicaciones de hoy. Sin embargo, a altas velocidades puede resultar vulnerable a las interferencias electromagnéticas del medio ambiente.

Cable par trenzado no apantallado (UTP):

• Categoría 5: Es un estándar dentro de las comunicaciones en redes LAN. Es capaz de soportar comunicaciones de hasta 100 Mbps. con un ancho de banda de hasta 100 Mhz. Este tipo de cable es de 8 hilos, es decir cuatro pares trenzados.

El cable coaxial.

• Es un tipo de cable empleado durante muchos años. Existen dos tipos de cables, el de banda base y el de banda ancha, la diferencia reside en que el de banda base es capaz de transportar una señal digital a una velocidad de transmisión relativamente alta (10 a 80 Mbps).

Fibra óptica

• Se esta convirtiendo junto a las conexiones inalámbricas, en las más utilizada en la actualidad, especial mente en redes de alta velocidad.

• Consiste en un núcleo de fibra de vidrio recubierta con una capa de teflón, encargado de hacerla más resistente y en cuyo interior se refleja un haz de luz.

Fibra óptica

• La gran diferencia es que permite cableados de kilómetros de distancia sin repetidores, debido a que la señal enviada es luminosa y no se ve afectada por campos electromagnéticos ni emisiones externas.

Fibra óptica

• En este tipo de instalación, es mucho más crítica la calidad del material como las herramientas empleadas por los técnicos.

• Para unir dos cables se necesita un alineador de núcleos, capaz de trabajar con una precisión de micras.

Fibra óptica

• Existen dos tipos de fibra óptica– Monomodo, que dispone de un núcleo

extremadamente fino, proporciona un alto rendimiento pero dificulta la conexión del cable a transmisores y otros dispositivos

– Multimodo, dispone de un núcleo de mayor diámetro, lo que permite más de una señal pero a menor velocidad que la fibra monomodo

Transmisión no guiada. Redes Inalámbricas

• Como todos los avances en la informática se basan en la eliminación de cables, reducir tamaño de los componentes y hacer la vida mas fácil a los usuarios

Redes Inalámbricas

• Los equipos que se conectan a una red inalámbrica necesitan unas tarjetas especiales para la transmisión y recepción de las señales.

Tipos de redes

• Vamos a clasificarlas por su extensión geográfica.– LAN, redes de área local, local area network, es

un sistema de interconexión de equipos informáticos basado en líneas de alta velocidad (decenas o cientos de mega bits por segundo) y suele abarcar, como mucho, un edificio.

Tipos de redes

• Un caso típico de LAN es aquella en la que existe un equipo servidor, desde el que los usuarios cargan las aplicaciones que se ejecutarán en sus estaciones de trabajo.

• Los usuarios pueden también solicitar tareas de impresión y otros servicios que están disponibles mediante aplicaciones que se ejecutan en el servidor. Además pueden compartir ficheros con otros usuarios. Los accesos a estos ficheros están controlados por un administrador.

Tipos de redes

• MAN, Redes de área metropolitana, Metropolitan Area Network es un sistema de interconexión de equipos informáticos distribuidos en una zona que abarca diversos edificios pertenecientes a la misma organización. Este tipo de redes se utiliza normalmente para interconectar redes de área local.

Tipos de redes

• Redes de área Extensa / Wide Area Network (WAN). Las redes de área extensa cubren grandes regiones geográficas como un país, un continente. Se realizan a través de cable transoceánico o satélites.

Topología

• La topología se refiere a la forma en que están interconectados los distintos equipos (nodos) de una red.

Nodo: Dispositivo activo conectado a la red, como un ordenador o una impresora. Un nodo también puede ser dispositivo o equipo de la red como un concentrador, conmutador o un router.

ANILLO

• Tipo de LAN en la que los ordenadores o nodos están enlazados, formando un círculo a través de un mismo cable. Las señales circulan en un solo sentido, regenerándose en cada nodo.

• En la práctica, la mayoría de las topologías lógicas en anillo son una topología física en estrella.

BUS• Una topología de bus consiste en

que los nodos se unen en serie con cada nodo conectado a un cable largo o bus, formando un único segmento. A diferencia del anillo, el bus es pasivo, no se produce regeneración de las señales en cada nodo. Una rotura en cualquier parte del cable causará, que el segmento entero pase a ser inoperable hasta que la rotura sea reparada.

ESTRELLA• Lo más usual en esta topología

es que en un extremo del segmento se sitúe un nodo y el otro extremo se termine en una situación central con un concentrador.

• La principal ventaja de este tipo de red es la fiabilidad, dado que si uno de los segmentos tiene una rotura, afectará sólo al nodo conectado en él. Otros usuarios de la red continuarán operando como si ese segmento no existiera.

ÁRBOL

• La topología en árbol es similar a la topología en estrella extendida, salvo que no tiene un nodo central. En cambio, un nodo de enlace troncal, generalmente está ocupado por un hub o switch, desde el que se ramifican los demás nodos.

DISPOSITIVOS, TARJETA DE RED

• Las tarjetas de red, también denominadas NIC (Network Interface Cards, tarjetas de interfaz de red), actúan como la interfaz o conexión física entre el equipo y el cable de red. Las tarjetas están instaladas en una ranura de expansión en cada equipos y en el servidor de la red.

La función de la tarjeta de red es:

• Preparar los datos del equipo para el cable de red. • Enviar los datos a otro equipo. • Controlar el flujo de datos entre el equipo y el

sistema de cableado. • Recibir los datos que llegan por el cable y

convertirlos en bytes para que puedan ser comprendidos por la unidad de procesamiento central del equipo (CPU).

Gigabit Ethernet

• Es un nuevo estándar Ethernet a 1000 Mbps que mantiene casi toda la tecnología de Ethernet existente.

• Estándar de Gigabit es IEEE 802.3z, permite operar en half-duplex y en full-duplex a velocidades de 1000 Mbps.

• Lo mejor es utilizar fibra óptica como medio de transmisión pero también se puede utilizar par trenzado.

• Los estándares más utilizados son 1000Base-SX y el 1000Base-LX Gigabit Ethernet.

10 GIGABIT ETHERNET

• 10000 Mbps IEEE 802.3 ae

• Se elimina el control de acceso a la transmisión. Ya que implementa el modo full duplex a la perfección.

• Se implementa única y exclusivamente sobre fibra óptica como medio físico de transmisión.

CONCENTRADORES (HUBS)

• El estándar Ethernet, usa hubs como repetidores de señal entre estaciones conectadas.

• Existen de 10 y de 100 Mbps e incluso de 1000 Mbps, aunque lo más habitual son los de 10/100

CONCENTRADORES (HUB)

• El número de conexiones (bocas) que pueden tener son 4, 5,8, 16 y 24.

• Suelen tener una conexión en cascada que al conectar varios hubs actúa como si sólo fuese uno

CONMUTADORES (SWITCH)

• Gestiona el tráfico entre un puerto y otro a través de un bus de alta velocidad. Este bus, permite la gestión de transferencias simultáneas de datos entre puertos.

CONMUTADORES (SWITCH)

• Tiene que tener la posibilidad de reconocer transmisiones erróneas y gestionar colas de peticiones.

• En estos dispositivos no existe la opción de gestión externa, con lo que es muy importante el full duplex.

ENCAMINADORES (ROUTERS)

• Son dispositivos de interconexión de redes.

• Ofrecen direccionamiento independientemente del tipo de red empleado. De ese modo, un nodo de una red, puede obtener la dirección de red de otro nodo de otra red y dirigirle paquetes.

ENCAMINADORES (ROUTERS)• Es un conjunto de hardware

y software que permite la conexión de redes con formatos de comunicación y protocolos similares.

• También ofrecen posibilidades de filtrado y control de tráfico, así cuando existe más de un camino entre dos puntos terminales de red, los encaminadores pueden dirigir paquetes por el camino más eficiente.

ENCAMINADORES (ROUTERS)

• Un encaminador lee la información sobre direccionamiento contenida en los paquetes de datos, y le añade más información para transportarla por la red.

Envío de datos en una 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.

La función de los paquetes en las comunicaciones en 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. Un equipo que envíe grandes cantidades de datos hace que otros equipos tengan que esperar (incrementando la frustración de los otros usuarios).

• 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:


1. 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.

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


• 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. – 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.

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 solicita al equipo origen que vuelva a transmitir los datos.

ISO (Organización Internacional para la Normalización)

• Organización de carácter voluntario fundada en 1946 que es responsable de la creación de estándares internacionales en muchas áreas, incluyendo la informática y las comunicaciones.

ISO

• La organización internacional para la normalización (ISO), sugirió el uso de un modelo por capas estándar para explicar la comunicación de redes. Además recomendaron que los estándares de su modelo de referencia fueran abiertos y estuvieran disponibles para todas las personas para que la interconectividad entre diferentes sistemas fuera más fácil.

• La ISO llamo a este modelo OSI (interconexión de sistemas abiertos)

CONCEPTO OSI

• Este modelo simplifica las actividades de red complejas, agrupando los pasos del proceso en siete capas de tareas diferentes.

• Las capas son abstraídas de tal manera que cada capa cree que se está comunicando con la capa asociada en la otra computadora, cuando realmente cada capa se comunica sólo con las capas adyacentes de las misma computadora.

CONCEPTO OSI

VENTAJAS

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

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

• Permite a los distintos tipos de hardware y software de red comunicarse entre sí de una forma totalmente definida.

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

MODELO TCP/IP

• Aunque el modelo referencia OSI está universalmente reconocido, el modelo estándar abierto histórica y técnicamente de Internet, es el Protocolo para el control de la transmisión / Protocolo de internet TCP/IP, que hacen posible la comunicación de datos entre dos computadoras de cualquier parte del mundo.

Modelo TCP / IP

Protocolo• Conjunto consensuado de normas que

determinan cómo debe funcionar la comunicación. Un protocolo de comunicaciones regula cómo deben realizar el intercambio de datos dos dispositivos, qué sistema de compresión de datos utilizar, cómo indicar que se comienza o que se termina de transmitir, qué comprobaciones de errores realizar.

• Para que dos ordenadores puedan comunicarse deben utilizar el mismo protocolo.

Protocolo

• Reglas que regulan la comunicación entre ordenadores.

• Funcionan en todas las capas y cada protocolo utiliza un puerto (65536)

Características

• Control de errores: Debido a que en todos los sistemas de comunicación cabe la posibilidad de que aparezcan errores por la distorsión de la señal transmitida en el camino que va desde el emisor al receptor, se hace necesario el uso de un control de errores; a través de un procedimiento de detección y corrección de errores (o retransmisión de los datos).

Características

• Control de flujo de datos: Para evitar que el emisor sature al receptor transmitiendo datos más rápido de lo que el receptor o destino pueda asimilar y procesar, se hace necesario el uso de ciertos procedimientos llamados controles de flujo.

Características

• El control de flujo es una operación realizada por el receptor (destino) para limitar la velocidad o cantidad de datos que envía la entidad, el emisor. Una de las maneras de aplicar el control de flujo es mediante el uso de “parada y espera”, en el que se debe confirmar el paquete de información recibido, antes de enviar el siguiente.

Tipos

• Los protocolos gobiernan dos niveles de comunicaciones.– Los protocolos de alto nivel: Estos definen la

forma en que se comunican las aplicaciones. – Los protocolos de bajo nivel: Estos definen la

forma en que se transmiten las señales por cable.

Principales protocolosCapa de red

• ICMP (Internet Control Message Protocol):– Este protocolo se emplea para el manejo de

eventos como fallos en la red, detección de nodos o enrutadores no operativos, congestión en la red, etc., así como también para mensajes de control como “echo request”. Un ejemplo típico del uso de este protocolo es la aplicación PING.

Aplicaciones y protocolos

PROTOCOLO PUERTO CONCEPTO

HTTP 80/8080 NAVEGACION WEB HIPERTEX TRANFER PROTOCOL

FTP 20/21 Transferir archivos de forma remota, Five Transfer Protocol

DNS 53 Resolución de nombres, Domain Number System

POP3 110 Descarga de correo

SMTP 25 Envió de correo

Aplicaciones y protocolos

PROTOCOLO PUERTO

CONCEPTO

TELNET 22 Conexión remota de consola

TERMINAL SERVER

3389 Conexión remota gráfica

SSH 23 Conexión remota de consola cifrada

VNC 5900 Conexión remota gráfica

Webmin 10000 Configuración de equipos Linux via navegador

Direcciones IP

• Cada ordenador conectado a una red necesita estar perfectamente identificado, de forma que los paquetes que lo tengan como destinatario sean capaces de localizarlo de forma inequívoca. Esta es la misión del protocolo IP.

Direcciones IP

• Actualmente las direcciones IP están compuestas por un número único de 32 bits que se asigna a cada nodo de la red, o más exactamente, a cada interfaz, normalmente la tarjeta de red. Este número suele representarse en notación decimal para cada octeto o byte (8 bits) con un rango de 0 a 255.

Direcciones IPv4

• Una dirección IP se implementa con un número de 32 bit que suele ser mostrado en cuatro grupos de números decimales de 8 bits. Cada uno de esos números se mueve en un rango de 0 a 255 o de 0 a 11111111 (en binario

Direcciones IPv4

• Las direcciones IP se pueden expresar como números de notación decimal: se dividen los 32 bits de la dirección en cuatro octetos. El valor decimal de cada octeto esta entre 0 y 255 (el número binario de 8 bits más alto es 11111111 y esos bits, de derecha a izquierda, tienen valores decimales de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 y 128, lo que suma 255 en total).

Direcciones IP• Desde los comienzos de Internet se clasificaron, tal vez

arbitrariamente, las redes en diferentes tipos según el número de nodos que las componían, así tenemos:

• Redes de clase A, identificadas con el primer octeto de la dirección IP. Por lo tanto, pueden albergar, cada una, 16 millones de nodos, aproximadamente.

• Redes de clase B, identificadas con los dos primeros octetos de la dirección IP. Constan de unos 65.000 nodos cada una.

• Redes de clase C, identificadas con los tres primeros octetos de la dirección IP, reservando el último octeto para identificar el nodo, pudiendo estar formadas por 254 equipos.

Direcciones IP• Hay tres clases de direcciones IP que una organización

puede recibir de parte de la Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN): clase A, clase B y clase C. En la actualidad, ICANN reserva las direcciones de clase A para los gobiernos de todo el mundo (aunque en el pasado se le hayan otorgado a empresas de gran envergadura como, por ejemplo, Hewlett Packard) y las direcciones de clase B para las medianas empresas. Se otorgan direcciones de clase C para todos los demás solicitantes. Cada clase de red permite una cantidad fija de equipos (hosts).

Clases de redes• En una red de clase A, se asigna el primer octeto para

identificar la red, reservando los tres últimos octetos (24 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 224 – 2 , es decir, 16 777 214 hosts.

• En una red de clase B, se asignan los dos primeros octetos para identificar la red, reservando los dos octetos finales (16 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 216 - 2, o 65 534 hosts.

• En una red de clase C, se asignan los tres primeros octetos para identificar la red, reservando el octeto final (8 bits) para que sea asignado a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 28 - 2, ó 254 hosts.

Direcciones IP

Clase Rango Nº de Redes Nº de Host Máscara de Red

A1.0.0.0 - 127.0.0.0

126 16.777.214 255.0.0.0

B128.0.0.0 - 191.255.0.0

16.384 65.534 255.255.0.0

C192.0.0.0 - 223.255.255.0

2.097.152 254 255.255.255.0

Máscara de subred

• Es una secuencia de 32 bits que sirve para distinguir con facilidad qué parte de una dirección codifica la subred y qué parte el host.

• Una máscara de subred se construye poniendo a 1 los bits que pertenecen a la subred y a 0 los bits que pertenecen a la identificación del host.

Redes locales

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