Redes computacionales

Topologías de Red. Estrella. Bus. Concentradores de red. Hubs

  • Enviado por: Luis Loyola
  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
  • 15 páginas

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I N T R O D U C C I Ó N

“Es impensable el uso de los actuales computadores, sin que

se aproveche la gran capacidad de interconexión con la

que cuentan, ya sea usándolos en pequeñas redes

locales o en la gran red mundial, la Internet.”

Jim Seymour

Marzo, 1997

A partir de 1981 cuando IBM lanzo al mercado el computador personal (PC) dirigido a usuarios finales, se comenzó a ver la necesidad de compartir información; progresivamente los usuarios fueron reuniendose para conectarse entre sí formando pequeños grupos para transportar, almacenar y procesar información de forma que podian intercambiar archivos y recursos físicos tales como impresoras y otros. Al aumentar la demanda de procesar y obtener información, se han mejorado las técnicas de procesamiento de datos, creando así los grandes avances de la tecnología informática.

La unión entre comunicaciones y computadores, es fundamental en la organización de los sistemas de información modernos. Anteriormente se manejaba el concepto de “centro de computo” en donde se anclaba un gigantesco computador, al que accedían los usuarios para realizar sus trabajos, es decir, un computador atendía todas las necesidades de una organización; pero este método ha sido reemplazado por computadores separados e interconectados para realizar un trabajo.

TOPOLOGÍA DE REDES

Las topologías de red describen la distribución física de la red. Hay dos categorías básicas de diseño de topologías, la de Bus y la de Estrella. Para poder conocer mas detalladamente el tipo de topología que analizaremos en este estudio, la topología estrella, debemos primero detenernos en conocer, aunque sea a grandes rasgos, lo que es y como se diseña una red entre computadores.

REDES COMPUTACIONALES.

Una forma muy simple de describir una red entre computadores seria decir que es la unión de dos o más computadores mediante el uso de varios dispositivos (tarjetas, cables, hubs, etc.), de forma tal que esta unión permite el intercambio tanto de datos, como así también de algunos dispositivos físicos como discos duros, impresoras, etc.

Básicamente existen dos tipos de redes, las que al ser clasificadas de acuerdo al espacio físico que separa a los computadores participes de la red pueden ser una LAN o una WAN.

LAN (Local Area Network, Red de Área Local).

'Redes computacionales'
Su desarrollo fue en la década de los ochenta. Son redes, por lo general, privadas que funcionan sobre distancias relativamente pequeñas, dentro de una oficina, edificio o terreno hasta unos cuantos kilómetros, usualmente son usadas para conectar computadores personales y estaciones de trabajo en una compañía y su objetivo es compartir recursos e intercambiar información. Las redes de área local se distinguen de otro tipo de redes por su tamaño, cableado y tecnología de transmisión. Generalmente una red LAN es de tamaño restringido, limitando el tiempo de transmisión, lo cual hace factible que el diseño de la red simplifique la administración. Las redes LAN generalmente usan una tecnología de transmisión que consiste en un cable sencillo, al cual se encuentran conectados todos los computadores, la velocidad de las LAN oscila entre 10 y 100 Mbps (Megabits por segundo, un Megabit son 1.000.000 de bits). En los últimos años se han mejorado los estándares de cableado para incrementar la velocidad de transferencia sobre cables de cobre de Par Trenzado, esto facilita la decisión del cable a utilizar, ya que el cable de par trenzado es mas barato que el Cable Coaxial y ofrece una velocidad superior de transmisión.

WAN (Wide Area Network, Red de Área Extensa).

Es una red de gran alcance con un sistema de comunicaciones que interconecta redes geográficamente remotas, utilizando servicios proporcionados por las empresas de servicio publico como comunicaciones vía telefónica o en ocasiones sistemas de comunicaciones instalados por la misma organización. Una red que se extiende por una área geográfica extensa (ciudades, países, continentes) mantiene computadores con el propósito de ejecutar aplicaciones, a estos computadores se les denomina HOST. Los hosts se encuentran conectados a subredes de comunicaciones, cuya función es conducir mensajes de un host a otro. A diferencia del sistema telefónico, que conduce voz, los host conducen datos utilizando la misma vía (red telefónica). Una red WAN también tiene la posibilidad de comunicarse mediante un sistema de satélite o radio, utilizando antenas, las cuales efectúan la transmisión y la recepción. Por lo general las redes satelitales son solo de difusión.

COMPONENTES BÁSICOS DE UNA RED.

Existen elementos físicos y lógicos que son básicos para efectuar una conexión de redes tales como:

  • Adaptador o Tarjeta de Red.

  • Cables.

  • Hubs (Concentradores).

  • Protocolos de red.

  • Etc.

ADAPTADORES DE RED

Son tarjetas que se instalan en un computador con el fin de ofrecer la conexión física a una red. Cada tarjeta se encuentra diseñada para trabajar en un tipo de red específico, soportar una variedad de cable y tipos de bus (ISA, MCA, EISA, PCI, PCMCIA).

Las nuevas tarjetas de red son configurables usando un programa de software para configurar los recursos asignados a la tarjeta, este software se denomina Controlador.

Cuando la tarjeta es instalada en un computador, y cuenta con la nueva característica denominada Plug and Play (instale y trabaje), se simplifica muchísimo su configuración con un sistema operacional como Windows 95 o Windows 98, que cuentan con la autodetección, es decir, que al iniciar el computador detecta el nuevo hardware asignando los recursos para administrar adecuadamente el elemento.

ALGUNOS TIPOS DE ADAPTADORES O TARJETAS DE RED.

CABLES DE CONEXIÓN.

Los cables son los elementos físicos que conectan los diferentes miembros que forman una red (computadores, hubs, etc.). El cable es utilizado en redes como un medio de transmisión bruto, el cual cumple la función de trasladar bits (datos) de un lugar a otro.

Aunque el cable parezca el elemento más simple de la red puede ser el más costoso, comprometiendo el 50% del presupuesto total. El cable también puede ser la mayor fuente de problemas que se presentan en la red, por ello es fundamental la correcta elección del tipo de cable.

Los tipos de cables más utilizados en las instalaciones de red son el Cable Coaxial, el Cable de Par Trenzado y la Fibra Óptica.

CABLE COAXIAL

Es la tecnología de cableado más comprobada y conocida por los instaladores. Llamado comúnmente por algunos como “COAX”.

Un cable coaxial está compuesto de cobre rígido como núcleo, rodeado de material aislante; el aislante está rodeado a su vez con un conductor cilíndrico, que es una malla de tejido fuertemente trenzado, y un conductor externo que se cubre con una envoltura de plástico. La malla de tejido protectora que rodea el conductor sirve como tierra.

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 1mm aproximado. 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 (Policloruro de vinilo) en cables multipares de pares trenzados (de 2,4,8,... hasta 300 pares).Un ejemplo de par trenzado es el sistema de telefonía, ya que la mayoría de aparatos se conectan a la central telefónica por intermedio de un par trenzado. Actualmente se han convertido en un estándar, de hecho en el ámbito de las redes LAN, como medio de transmisión en las redes de acceso a usuarios (típicamente cables de 2 o 4 pares trenzados). A pesar que las propiedades de transmisión del cable de par trenzado son inferiores, y en especial la sensibilidad ante perturbaciones externas, a las del cable coaxial, su gran adopción se debe al costo, su flexibilidad y facilidad de instalación, así como las mejoras tecnológicas constantes introducidas en enlaces de mayor velocidad, longitud, etc.

CABLES DE FIBRA ÓPTICA.

Son muy parecidos a los cables coaxiales. El núcleo del centro es a través del cual se propaga la luz, la fibra óptica es un filamento cristalino o plástico que tiene la propiedad de poder transmitir luz. En este caso la información se transmite mediante “pulsos de luz” (intensidad de luz modulada), en lugar de señales eléctricas como sucedía en los anteriores cables metálicos.

HUBS, CONCENTRADORES DE RED.

Los concentradores permiten la interconexión de diferentes tipos de cableados, añadiendo la ventaja de la utilización de máquinas como puentes o enrutadores sobre una misma caja. Las redes locales en un principio fueron creadas llevando cable coaxial entre edificios efectuando conexiones punto a punto, cuando las estaciones se encontraban conectadas se colocaba en cada extremo de la red un terminador de red de 50 Ohmios y se arrancaba la red. Con estos métodos de conexión se presentaban muchos problemas para que la red funcionara bien desde un principio, tales como conectores mal unidos, cables pisoteados o rotos, interferencias eléctricas externas. La localización de estos problemas resultaba complicada y difícil. Las topologías de las redes basadas en concentradores (hubs) fueron diseñadas para evitar algunos de estos problemas.

La primera generación de concentradores son una pieza fundamental en los sistemas de cableado estructurado, que soportan muchas tecnologías de redes de gran alcance y área local. El concentrador sirve como centro de conexión para la red de toda la planta o un edificio. Con el desarrollo de topologías 10Base-T configurado en estrella los concentradores se hicieron mucho más populares, y fue necesario diseñar concentradores con conectores de expansión a los que se les pudiera añadir puertos a medida que el sistema lo fuera necesitando.

La segunda generación de concentradores “inteligentes” son aquellos que permiten la conexión a diferentes medios físicos: 10basef, 10BaseT, 10base2, 10base5, etc. Esta segunda generación fue lanzada al mercado incluyendo funciones de administración, sistemas para detección de fallas, módulos de enlace, módulos para recoger estadísticas sobre el funcionamiento de los concentradores. La nueva versión de concentradores se pueden gestionar desde una consola de computador remota utilizando protocolos como SNMP (Protocolo simple gestión de red) lo que indica que trabajando desde la consola remota permite a los administradores de la red dividir una red local en segmentos pequeños para darle una mayor organización y rendimiento al sistema. La gestión de red es utilizada en concentradores de alto rendimiento que tienen su propio procesador, que puede ejecutar programas para controlar paquetes de datos y errores, y a la vez almacenar información pertinente a la red en una base de datos denominada MIT (Manage-ment Information Base). El programa de gestión se ejecuta en la estación de trabajo del administrador de la red que consulta periódicamente la información para controlar el tráfico de la red, diagnóstico de problemas, el SNMP (Protocolo simple de gestión de red) desconecta de forma automática los puntos de la red con problemas, es un método para aislar componentes de la red con el fin de realizar pruebas, desconectar o conectar estaciones de trabajo basándose en la hora del día o el día de la semana, soporta el acceso de dispositivos remotos de la red, permite ver información anterior y compararla con la información actual.

Los concentradores de tercera generación son destinados a empresas; diseñados para soportar el cableado y las necesidades de interconexión de redes en una compañía ya que son capaces de mantener sobre un mismo computador un determinado número de redes, con distintos tipos de protocolos y la posibilidad de enrutamiento entre cada una de ellas (utilizando puentes o enrutadores), con diferentes tipos de medios físicos y añadiendo una gestión más potente basada en protocolos estándar de gestión, para su control la arquitectura empleada entre ellos difiere pero se pueden considerar tres tipos diferentes:

Arquitectura multicanal:

Emplea varios canales que definen como redes diferentes, manejando diversos tipo de protocolos de red.

Arquitectura monocanal:

De alta velocidad, con comunicación síncrona o asíncrona.

Arquitectura mixta:

Soporta los dos tipos de arquitecturas anteriores.

Como vemos, vienen incorporados con características inteligentes, de alta velocidad, altamente modulares, incluyen conexiones para redes de gran alcance y sistema de administración de gestión avanzada.

PROTOCOLO DE RED, ETHERNET.

El protocolo de red ethernet fue diseñado originalmente por Digital, Intel y Xerox. Es el método de conexión más extendido en la actualidad. La velocidad de transmisión de datos en Ethernet es de 10 Mbits/s. En el caso del protocolo Ethernet / IEEE 802.3, el acceso al medio se controla con un sistema conocido como CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection , Detección de Portadora con Acceso Múltiple y Detección de Colisiones ), cuyo principio de funcionamiento consiste en que una estación para transmitir, debe detectar la presencia de una señal portadora y , si existe , comienza la transmisión. Si dos estaciones empiezan a transmitir al mismo tiempo, se produce una colisión y ambas deben repetir la transmisión, para lo cual esperan un tiempo aleatorio antes de repetir, evitando de éste modo una nueva colisión, ya que ambas no escogerán el mismo tiempo de espera.

Existen cuatro tipos de Ethernet:

  • 10base5

Es la Ethernet original. Utiliza cable coaxial grueso y transceptores insertados en él. La longitud máxima del bus es de 500m con 100 estaciones por segmento, a una distancia mínima de 2.5m entre puntos de inserción de los transceptores.

  • 10base2

El costo de instalación del coaxial y los transceptores de las redes 10base5 las hacía prohibitivas para muchas empresas, lo cual indujo la utilización de un cable más delgado y, por tanto más barato, que además no necesitaba transceptores insertados en él. Por esto, también se le conoce Ethernet fino o cheaper-net (red barata). La longitud máxima es de 185 metros y un máximo de 30 estaciones por segmento.

  • 10baseT

El costo del cable coaxial fino sigue siendo mayor que el del cable telefónico de pares trenzados. Como en la mayoría de los edificios el tendido de las líneas de teléfono estaba echo con cables de cuatro pares y el teléfono solo utiliza uno, se diseñó un modo de transmitir las señales Ethernet de 10 Mbits/s sobre dos pares trenzados en segmentos de hasta 100 metros. Esta facilidad de aprovechar los tendidos existentes ha dado gran popularidad a este tipo de Ethernet, siendo el más utilizado en la actualidad. Este tipo de Ethernet tiene una topología de estrella.

  • 10baseF

Es la especificación Ethernet sobre fibra óptica. Los cables de cobre presentan el problema de ser susceptibles tanto de producir como de recibir interferencias. Por ello, en entornos industriales o donde existen equipos sensibles a las interferencias, es muy útil poder utilizar la fibra. Normalmente, las redes Ethernet de fibra suelen tener una topología en estrella.

En la actualidad han surgido nuevas especificaciones basadas en Ethernet que permiten transmitir datos a mayor velocidad.

Con todos los elementos descritos en las líneas anteriores es posible diseñar las redes entre computadores. Una vez determinado el tipo de red que se desea utilizar, Lan o Wan, se puede comenzar la distribución del cableado que unirá las distintas estaciones de trabajo. La forma en la que se unirán los diversos miembros de la red, la distribución del cableado y la forma en la que se transmitirá la información a través de ella, da forma a lo que se conoce como topología de red.

TOPOLOGÍA.

Las topologías base son Bus, Anillo y Estrella. Adicionalmente se pueden formar uniones entre estas topologías lo que da como resultado redes mixtas, como la “estrella/bus” o la “Anillo configurado en estrella”.

  • BUS. Un único cable de conexión conecta cada estación en una topología serie. Las señales se emiten a todas las estaciones, pero solo reciben los paquetes (conjunto de información), la estación a la cual se dirigen.

  • ESTRELLA. Las estaciones se unen a concentradores (Hubs) y las señales se difunden a todas las estaciones o se pasan de unas a otras.

  • ANILLO CONFIGURADO EN ESTRELLA. Una red de anillo donde se pasan las señales de una estación a otra en circulo. La topología física constituye una estrella en la que las estaciones de trabajo se ramifican desde los concentradores.

  • CONFIGURACIÓN ESTRELLA/BUS. Una red que tiene grupos de estaciones de trabajo configurados en estrella conectados cables de conexión largos de bus lineales.

TOPOLOGÍA ESTRELLA.

La topología en estrella es la distribución de la red mediante el uso de un Hubs. Todos los miembros de la red se conectan a este hubs y por su intermedio a los otros miembros. Esto proporciona protecciones contra roturas de cable. Si se corta un cable para una estación de trabajo no caerá el segmento de la LAN entera. También es fácil diagnosticar los problemas de conexión, ya que cada estación de trabajo se conecta individualmente al concentrador, por lo que al presentarse algún problema en alguna rama de la red es muy fácil aislarla para analizar qué causa el problema. Al bajar (desconectar) algún miembro de la red, los demás y la red en general puede seguir operando sin mayores problemas, con la salvedad que no se puede utilizar o acceder a los recursos que, el miembro que se retiro de la red, estaba compartiendo.

Como se ha indicado previamente, la ventaja principal de la topología de conexión en estrella es la supervivencia operacional. El nodo central (punto donde se unen todos los miembros de la red), aísla entre sí los diferentes brazos del cableado de la red, incluso si se rompe una cable entre una estación y el nodo central o aparece una mala conexión, el resto de la red permanece operativa.

Debido a que el cable en una topología en estrella va desde cada miembro de la red al nodo central, este tipo de topología utiliza mas cable que la de bus. Este punto debe tenerse en consideración, junto con el costo del nodo central (hubs), al momento de presupuestar el mejor tipo de red a utilizar en un determinado caso.

Las principales características que poseen la topología bus y la de estrella son:

BUS

    • Utiliza menos cable.

    • No requiere un lugar físico especial ni corriente eléctrica para funcionar (ya que no tiene Nodo central).

    • Fallas en el cableado o en algún miembro de la red pueden ocasionar la falla total en la red.

ESTRELLA

    • Proporciona una instalación más limpia.

    • Utiliza mas cable.

    • Requiere de un lugar físico y corriente eléctrica para el nodo central.

    • No permite cortes totales causados por una rotura o un corto en cualquier punto del cable.

CONCLUSIÓN

Al conocer más en detalle lo que son las redes computacionales, los componentes que la forman y los distintos métodos de unirlos, uno puede hacer una pequeña retrospectiva de la forma en la que ha ido evolucionando la computación.

Existen variados aspectos que han influido en la masificación y modernización de los computadores, entre ellos se encuentran las redes, las que tal vez, en un principio, no tenian mayor impacto, ya que por lo general los únicos beneficiados con ellas eran los usuarios que estaban interconectados dentro de una empresa o una organización, pero desde que la “madre de todas las redes”, la Internet hizo su aparición, el impacto que causo estar conectado con usuarios de todo el mundo, ha revolucionado el uso de la redes.

Al realizar este estudio sobre las redes, sus componentes y sus topologías logramos conocer en una forma muy sencilla la manera en la cual se ha llegado a este punto, pasando por la unión entre dos equipos en una pequeña oficina, a la concepción de un nuevo mundo totalmente interconectado por las redes computacionales.

B I B L I O G R A F I A

  • Obra “Técnico en Redes y Comunicaciones” de Codesis, Tomo 1, 2, 3 y 4.

  • Guía de Conectividad y Redes Locales de Frank J. Derfler, Jr. Capitulo 6 y 7, editorial Anaya.

  • Lan Times, Enciclopedia de Redes, Tom Sheldon, Pag. 1032, editorial Mc Graw Hill.

  • Internet, http://www.ciudadfutura.com/pchardware/redes.htm

I N D I C E

Introducción ........................................................................................................... Pag. 03

Topología de Redes ................................................................................................ Pag. 04

Redes Computacionales ........................................................................................... Pag. 04

Redes LAN ............................................................................................................. Pag. 04

Redes WAN ............................................................................................................ Pag. 05

Componentes Básicos de una Red ............................................................................. Pag. 05

Adaptadores de Red ................................................................................................. Pag. 06

Cables de Conexión .................................................................................................. Pag. 06

Cable Coaxial .......................................................................................................... Pag. 07

Cable Par Trenzado .................................................................................................. Pag. 07

Cable Fibra Óptica .................................................................................................... Pag. 08

Hubs (Concentradores) ............................................................................................. Pag. 08

Protocolos de Red, Ethernet ...................................................................................... Pag. 10

Topologías ............................................................................................................... Pag. 12

Topología Estrella ..................................................................................................... Pag. 12

Conclusión ............................................................................................................... Pag. 15

Bibliografía .............................................................................................................. Pag. 17

Índice ...................................................................................................................... Pag. 18