teletráfico - práctica 1

Diseño de una red LAN

14-03-2000

1 Introducción

Resumen.- Actualmente las redes de área local y las tecnologías asociadas están evolucionando a una velocidad asombrosa. Esto se debe a que las necesidades de comunicación se han multiplicado en los últimos años llegando al entorno del usuario doméstico. Esta proliferación de tecnologías ha producido la bajada de los precios, pero ha hecho que la elección de un tipo de red sea algo bastante difícil. En el presente estudio se pretende realizar un estudio somero de las distintas alternativas factibles para nuestro entorno desde distintos puntos de vista: medios físicos, topologías, formas de acceso al medio... Lo que se pretende en último caso es llegar a una solución para nuestro cliente que satisfaga sus necesidades con un precio razonable.

• Introducción

La necesidad de comunicación de datos se ha visto tremendamente incrementada en la última década, lo que ha producido la proliferación de redes de ordenadores y de las tecnologías asociadas a estas. Este fenómeno se ha dado no solamente a nivel de redes de área extensa (WAN) debido al crecimiento de Internet, sino también a la hora de buscar soluciones locales de comunicación mediante redes LAN (redes de área local).

Así, por ejemplo, dos entornos en los que aparece la necesidad de las redes LAN son los empresariales o educacionales (proliferación de Intranets) y las pequeñas redes domésticas formadas por un pequeño número de equipos. Estas últimas deben su auge a la necesidad de compartir recursos entre equipos y al abaratamiento de estos que hace posible disponer de varios terminales para uso doméstico.

Este trabajo se centra en estas últimas redes, y comienza con un estudio del caso para encontrar las necesidades de nuestra LAN en concreto. A continuación se comentan las distintas alternativas que existen, centrándonos en un primer apartado en los medios de transmisión. En el segundo y más exhaustivo se abordarán las topologías y métodos de acceso existentes y en un último apartado se comenta con detalle la solución definitiva adoptada, intentando indicar todas las especificaciones y costes que se consideren oportunos.

• Estudio del caso

En este primer punto se intentará realizar un estudio de la situación lo más exacto posible, ya que gran parte de las decisiones que se tomarán más adelante se basarán en los requisitos que debe cumplir la red que intentamos diseñar.

La red que trataremos de diseñar deberá proporcionar la comunicación en un entorno de dimensiones reducidas (un piso de tamaño medio), entre los siguientes elementos:

• Servidor de archivos e impresión: Situado en el salón. Proporcionará un medio de almacenamiento compartido que dará servicio al resto de máquinas que forman la red. También se encargará de realizar un control centralizado de la impresora de que se dispone.

• Equipos de usuario: Se trata de tres equipos de sobremesa típicos, colocados uno en cada una de las habitaciones.

Las necesidades que han impulsado a utilizar una red de área local, y los usos que se le darán a la misma serán los siguientes:

• Compartición de recursos: la utilización de un servidor de archivos, proporciona un mejor aprovechamiento de los recursos de almacenamiento, así como la posibilidad de acceder a los mismos ficheros desde cualquiera de los terminales. Así mismo las necesidades de impresión se ven satisfechas con una sola impresora ya que no se requiere un uso continuado de la misma.

• Aplicaciones compartidas: por una parte no se requerirá la adquisición de tres copias de los productos software sino simplemente de uno y las licencias necesarias lo cual resulta más económico. Por otra parte un uso muy extendido de estas redes actualmente es la utilización de “juegos en red” de modo que varios jugadores puedan estar en distintos PC.

Estos usos que han motivado la implantación de la LAN se traducen en las siguientes especificaciones de comunicación:

• Tipo de tráfico: se trata de un tráfico a ráfagas poco frecuentes y de pequeña longitud, en el que pueden darse períodos bastante largos en los cuales no halla actividad de comunicación.

• Topologías: sin entrar en detalles, no se justifica la utilización de conexiones punto a punto dedicadas entre cada terminal y el servidor, pues el tráfico que soportará el medio no será muy alto, y mucho menos será continuado, ya que por una parte el número de terminales es bastante bajo (tres PCs) y aún en el caso no demasiado común de que se estén utilizando los tres terminales simultáneamente, la naturaleza de las comunicaciones no es exigente.

• Ancho de banda: basándonos en el funcionamiento de las redes existentes, creemos que una tasa de 10 Mbps sería muy válida (actualmente satisface perfectamente las necesidades), si bien hemos de tener en cuenta que a corto y medio plazo aparecerán nuevas necesidades relacionadas principalmente con la multimedia.

• Fiabilidad: es necesario que el servidor de archivos e impresión esté activo para el correcto funcionamiento del resto de PCs por lo que será especialmente crítica la conexión del mismo. Para el resto de terminales la conexión no es tan crítica, y si uno de ellos no está operable debería mantenerse útil la red.

Debemos tener en cuenta que a pesar de que actualmente la red esté compuesta principalmente por cuatro elementos, es muy posible que a corto plazo surja la necesidad de una conexión al exterior para el acceso a Internet, que podría suponer un elemento más en la red (posiblemente un módem de cable). Así mismo existe la posibilidad de que se incorpore algún tipo de impresora que se conecte directamente a la red sin necesidad del servidor para liberarle de carga de trabajo. Un aspecto muy a tener en cuenta, basándonos en nuestra experiencia personal es que esporádicamente puede darse el caso de que aparezcan más equipos en la red local porque otras personas quieran incorporar sus PCs, para compartir ficheros o incorporar más jugadores a las partidas multijugador. También es posible que aparezcan elementos como grabadoras o escaners que sólo estén disponibles en alguno de los equipos y que el resto quieran utilizarlos lo cual debería estudiarse para ver si supone algún cambio en el tipo de tráfico que soportará la red.

• Alternativas

• Introducción

Dentro de las redes locales podemos establecer una distinción clara en función del método utilizado para el reparto del canal entre las distintas estaciones. El IEEE ha producido varios estándares para las redes LAN. Estos estándares, conocidos en conjunto como IEEE 802 incluyen CSMA/CD, token bus y token ring. Estos diferentes estándares difieren en la capa física y en la subcapa MAC, pero son compatibles en la capa de enlace de datos. [1-secc 4.3]

En este apartado se presenta un primer estudio de los distintos medios de transmisión que luego serán soportados por las distintas topologías.

A continuación se realiza un estudio de las diferentes alternativas en lo que se refiere a la forma de acceso al medio (capa MAC), distinguiendo principalmente entre Ethernet (CSMA/CD), las redes basadas en paso de testigo y, por último, un resumen de otras tendencias actualmente minoritarias en los entornos LAN. Dentro de cada uno de estos, podemos establecer diferencias en cuanto a topologías, ya sean topologías físicas o topologías lógicas, ya que para un mismo método de acceso suele haber varias alternativas.

• El medio físico. Alternativas de cableado

En la actualidad se cuenta con varios tipos de medios físicos para transmitir datos por las redes de área local: pares trenzados de cables de cobre, cables coaxiales y fibra óptica. Cada tipo es más adecuado para un determinado conjunto de aplicaciones. Del mismo modo cada medio de transmisión puede trabajar con ciertas técnicas de transmisión y tiene una relación prestaciones/coste propia.

Cada vez tiene más importancia una buena elección del tipo de cableado que se utilizará, puesto que en muchos de los casos puede convertirse en el cuello de botella de todo el sistema. Además tanto el cableado con los estándares asociados están en continua evolución puesto que una buena elección debe prever el avance de las tecnologías. Es por esto que el cableado estructurado se está convirtiendo en un punto cable a la hora de diseñar las LAN. Cómo ejemplo de la importancia del cableado vemos en la Ilustración 1 ([7]) una comparación entre la duración de un sistema y su coste, lo cual nos indica que una buena inversión en cableado puede ser muy rentable a corto y largo plazo.

• Par trenzado de cobre

Se trata del medio de transmisión más antiguo y así mismo del más común. Es parecido al hilo telefónico común; un par trenzado consiste en dos alambres de cobre aislados, que se trenzan de forma helicoidal de modo que se reduzca la interferencia con otros pares cercanos. Un cable de par trenzado suele llevar varios pares en su interior (normalmente 4). Puede llevar un blindaje externo (shield) que reduzca las interferencias con el exterior, conociéndose este tipo como STP frente al cable sin apantallar UTP (unshielded twisted pair).

Con el fin de estandarizar el cableado de comunicaciones se creó el estándar ANSI/EIA/TIA. Estas categorías especifican la calidad del cableado, según su ancho de banda, y la longitud que puede existir en un segmento del mismo. En las siguiente tabla vemos estas especificaciones, y la utilidad que se le suele dar a cada categoría ([6] pg.83):

Categoría	Especificaciones
Categoría 1	Ningún criterio
Categoría 2	1 MHz. Utilizada para cableado telefónico.
Categoría 3	16 MHz. Utilizada para 10BaseT. Hasta 100 m.
Categoría 4	20 MHz. Usada para Token Ring. Hasta 100 m.
Categoría 5	100 MHz. Usada para 100BaseT. Hasta 100 m.
Categoría 6	200 MHz.	Propuestas, no estandarizadas.
Categoría 7	600 MHz.

Ventajas:

• Es el medio físico existente más barato con bastante diferencia.

• Es muy sencillo de instalar.

• Alta disponibilidad porque se fabrica en grandes cantidades debido a su empleo en tendidos telefónicos.

Inconvenientes:

• Es muy susceptible al ruido de fuentes externas lo que limita la velocidad alcanzable. Esto es menos importante en STP.

• Sólo se alcanzan distancias cortas ya que la señal se atenúa rápidamente. Además cuanta mayor distancia más ruido se introduce.

Mercado actual:

Datos de [14]:

Cable de red nivel 5 apantallado: 87 pts/m

Cable de red nivel 5 UTP: 63 pts/m

Datos de [15]:

Cable UTP nivel 5: 85 pts/m

Para información de otros niveles ver [13]. No se adjuntan datos porque es muy caro, pero como fuente de información es muy útil. En los establecimientos habituales suelen tener sólo cableado de categoría 5, si bien en Blackbox se vio alguna otra categoría (en concreto la 3).

• Cable coaxial

Los cables coaxiales están formados por un hilo conductor central que es la parte del cable encargada de transportar la señal. Este hilo central está rodeado de un dieléctrico (material no conductor); a continuación viene una capa de revestimiento de metal trenzado o sólido; finalmente cuenta con una capa exterior de plástico protector. Todas estas capas son concéntricas alrededor de un eje común, de ahí el término “coaxial” ([1]-secc.2.2.3).




• Coaxial grueso: cable relativamente poco flexible de aproximadamente 1 cm de diámetro, diseñando para distancias de más de 500 metros. El aislante exterior puede ser de vinilo (amarillo) o teflón (naranja-marrón).

• Coaxial fino: se trata de un cable coaxial de 0.5 cm de diámetro, más flexible que el coaxial grueso. Fue diseñado para una longitud máxima de 200 m. Esta mayor flexibilidad permite conectar el cable directamente a la interfaz Ethernet del ordenador, eliminando la necesidad del transceptor externo. Estas características lo hacen muy económico y fácil de instalar, por lo cual es popular en las conexiones hasta los terminales ([6]-pg.93).

Ventajas:

• Prácticamente inmune al ruido eléctrico debido a su estructura.

• Puede transportar datos a mayores distancias y velocidades.

• Soporta configuraciones en bus pasivo como topología física como veremos en el apartado 3.3.1.

Inconvenientes:

• Coste mayor que el par trenzado

• Mayor volumen que el par trenzado

• Elementos de redes coaxiales son más caros que los de las redes de par trenzado.

• Son menos flexibles y por lo tanto su manejo e instalación es más complicada.

Mercado actual:

Difícil de encontrar cableado coaxial grueso.

Se pueden ver especificaciones de Thinnet (coaxial fino) para 10Base2 en [13] sección cableado, sección Thinnet & Coaxial.

• Fibra óptica

Se trata del medio de aparición más reciente en el mundo comercial de las LAN. No hay duda de que a largo plazo, la tecnología de la fibra óptica tiene mayor potencial como medio de transmisión de señales.

Su estructura está formada por el núcleo de vidrio que está en el centro y a través de él se propaga la luz (10-50 m). El núcleo está rodeado por un revestimiento de vidrio cuyo índice de refracción permite mantener la luz en el núcleo. La cubierta externa sirve de protección del revestimiento. Estas fibras según los modos de transmisión que admitan se pueden clasificar en fibras monomodos y fibras multimodales. Las monomodo son mejores en cuanto a atenuación, longitudes y anchos de banda, pero utilizan láser en vez de diodos por lo cual el coste es mayor, lo que hace más adecuadas para redes LAN-MAN a las fibras multimodo ([6] pg.95).

Ventajas:

• Ancho de banda prácticamente ilimitado.

• Robustez e inmunidad a las influencias del entorno: el cobre se oxida, el vidrio y el plástico no.

• Inmune a las influencias eléctricas del entorno: el cobre conduce la electricidad, el vidrio y el plástico no.

• Difícil interferir las comunicaciones por intrusos (seguridad).

Inconvenientes:

• Elevado coste tanto de la fibra óptica como de los elementos de estas redes, transceptores, conmutadores…

• Es un medio relativamente nuevo por lo que aún falta experiencia y estandarización sobre todo en entornos LAN.

Mercado actual:

Está en plena evolución y expansión, y los precios aún son prohibitivos para las redes locales, si bien debido a la gran demanda y a la próxima estandarización puede convertirse en el medio más adecuado (si los costes lo permiten) para todo tipo de redes. Para datos sobre precios nos remitimos de nuevo a [13] a la sección de Fibra óptica dentro de la sección cableado.

• Redes inalámbricas

Se trata de una de las apuestas con mayor futuro a corto plazo. Normalmente no se utiliza para redes completas, sino sólo para aquellos segmentos de la red que requieran movilidad. En la actualidad existen tres tecnologías de LAN inalámbricas ([3]):

• Tecnología de amplio espectro: emplea una técnica en la cual la señal que transporta los datos se propaga sobre una banda ancha. Puede transmitir en distancias comprendidas entre 30 y 3000 metros. Aunque receptor y emisor no necesitan encontrarse en la ”línea de visión”, los obstáculos existentes entre ambos limitan el alcance máximo. Se alcanzan velocidades en torno a 2Mbps.

• Microondas: No es necesario ausencia de obstáculos en la “línea de visión”. Se consiguen mayores velocidades de datos (por encima de los 10 Mbps).

• Infrarrojos: esta tecnología sólo puede transmitir datos entre sistemas situados en la “línea de visión”. La calidad de la transmisión suele ser mayor que en los dos casos anteriores.

Ventajas:

• Menos infraestructura.

• Instalación sencilla.

Inconvenientes:

• Menor capacidad de transmisión.

• Poco evolucionada y falta de estandarización.

• Coste de los equipos asociados elevado.

• Resumen comparativo

Medio físico	Ventajas	Desventajas	Aplicaciones típicas
Par trenzado	- Coste - Sencillez - Fácil añadir más nodos. - Muy extendido.	- Sensible al ruido - Distancia limitada (atenuación) - Ancho de banda limitado - Seguridad limitada	- LANs - Telefonía
Cable coaxial	- Ancho de banda elevado - Grandes distancias - Inmunidad al ruido	- Dimensiones físicas - Seguridad limitada - Menor flexibilidad - Más caros que los anteriores	- Televisión por cable - Redes Ethernet antiguas (1990)
Fibra óptica	- Ancho de banda muy elevado - Muy grandes distancias - Inmunidad al ruido - Tamaño pequeño - Robustez	- Conexiones complicadas - Coste	- Telecomunicaciones a larga distancia. - Backbones
Inalámbrico	- Infraestructura menor - Instalación sencilla	- Coste elevado - Menor capacidad - Poco evolucionado	- Equipos móviles - Distancias cortas

En cuanto a la implantación actual de cada tipo de cada cableado podemos ver la siguiente gráfica orientativa (de 1996) [7]:

Tipos de par trenzado
UTP	Sin apantallar (unshield)
FTP	Con poco apantallamiento (foil)
STP	Apantallado (shield)

• Topologías y métodos de acceso

La topología de una red es la disposición física y lógica de sus estaciones y la forma en la que se relacionan unos con otros. El método de acceso define la forma y el orden en que tendrán lugar las transmisiones en la red.

Se ha optado por un estudio de los métodos de acceso fundamentales (CSMA y paso de testigo) especificando dentro de cada uno las topologías y medios de transmisión que soporta.

• IEEE 802.3 y Ethernet

Ethernet es la tecnología de conmutación de paquetes más utilizada en el mundo. Fue desarrollada en conjunto por Xerox, DEC e Intel. La filosofía de Ethernet es simple; existe un bus al cual están unidos varias máquinas y basados en un algoritmo de acceso al medio (el bus). El estándar IEEE 802.3 se basa en la red Ethernet (son casi idénticos) tratándose de una LAN CSMA/CD (acceso múltiple con detección de portadora e indicación de colisiones persistente-1).

Topologías y elementos de estas redes:

Dentro de la tecnología Ethernet se utilizaba tradicionalmente un bus pasivo basado en cable coaxial, pero actualmente la tecnología predominante se basa en un bus lógico debido a la introducción del par trenzado como medio de transmisión. Según el tipo de medio y de red (que determinan las velocidades alcanzables) podemos distinguir entre las siguientes alternativas:

• 10Base-5: utiliza cable coaxial grueso (thick Ethernet) que normalmente podemos identificar con el color naranja-marrón. El sistema está compuesto por los siguientes elementos (puede verse un esquema en la Ilustración 3-a)) ([8]-secc.7):

• Tarjeta de red con conector DIX hembra, que se conecta con el cable de transmisión.

• Cable de transmisión con un conector DIX macho y otro hembra, que conecta su computadora con un transceptor de un sistema Ethernet grueso. En un extremo del cable de transmisión hay un conector macho, que se conecta a la tarjeta de red. En el extremo otro extremo del cable de transmisión hay un conector hembra, que se conecta a un transceptor. La longitud máxima de un cable de transmisión es de 50 metros.

• Transceptor que conecta su computadora a una red Ethernet gruesa.

• Cable Ethernet grueso. Es un cable coaxial. La longitud máxima del segmento es de 500 metros y el número máximo de transceptores es 100.

• Terminador. Debe conectarse un terminador (de la serie N) al cable Ethernet en ambos extremos de la red. (si es necesario puede llevar también una conexión a tierra).

Ventajas e inconvenientes:

Este tipo de cableado ha dejado de utilizarse debido a que es poco manejable (ver 10Base-2) lo que dificulta su instalación y mantenimiento, y más caro que el coaxial fino también. Sus ventajas son que permite unas longitudes y número de estaciones mayores. Estas características le hacen útil para redes de backbone pero no para pequeñas redes locales en los enlaces hasta los terminales.

Coste:

Debido a la poca utilización de estos sistemas, no hemos creído conveniente buscar datos acerca del coste de los elementos que componen estos tipos de redes.

• 10Base-2: utiliza cable coaxial delgado. Hasta la utilización del par trenzado era el medio más común. (podemos verlo en la red Novell de nuestra escuela : Laboratorio 2L006 [1-cap.20]). La topología es igual que la vista en la alternativa anterior, diferenciándose en la conexión entre el cable (bus) y la tarjeta y en que el transceptor se encuentra integrado en la tarjeta. (ver Ilustración 3-b)). Los elementos que integran estas redes son los siguientes (ver Ilustración 4) ([8]-secc.7):

• Tarjeta de red con conector macho. Este conector BNC macho de la parte posterior de la tarjeta de red sirve para conectar la tarjeta con un conector T.

• Conector T BNC que se enchufa en el conector macho de la tarjeta de red. Los cables Ethernet finos se conectan a los conectores machos de ambos lados de la "T" (en las computadoras situadas en los extremos del grupo, uno de los cables de conexión se sustituye por un terminador).

• Cable Ethernet fino con conectores BNC. Cable coaxial fino (RG-58), para redes que utilizan la norma 10Base2 u 802.3 (según la definición del IEEE). El cable Ethernet fino tiene conectores en ambos extremos.

• Terminador que se conecta en la última computadora de un grupo, debe conectarse un terminador al extremo abierto del conector T de dicha computadora. Los terminadores utilizados con el cable RG-58 son de 50 ohmios (50W). Ver Ilustración 4.

Ventajas e inconvenientes:

Este cableado es indicado para los casos en que tenemos un número reducido de terminales, ya que elimina la necesidad de un hub (caso de par trenzado) y si las distancias son pequeñas (si no es necesario utilizar coaxial grueso). El coste del cableado es mayor que el par trenzado pero el coste de todo el sistema puede ser superior si hay un número elevado de terminales. Puede utilizarse junto con el par trenzado para crear redes híbridas, donde la conexión entre hubs utilice cable coaxial. En cuanto a la inmunidad frente al ruido, es mejor que en el caso del par trenzado, pero peor frente al coaxial grueso por lo que la longitud del cable y la velocidad máxima alcanzable es menor. Una de las razones por la que ha alcanzado gran difusión era por su manejabilidad frente al coaxial grueso, y esta es una de las razones por la que actualmente está siendo sustituido por par trenzado. Así el par trenzado es mucho más sencillo de instalar y más robusto por tratarse de conexiones punto a punto.

Coste:

En cuanto al coste real de estos sistemas en el mercado, lo podemos ver resumido en el siguiente extracto de precios actuales:

Elemento	Modelo	Coste	Fuente
Tarjeta de red	SURECOM. Tarjeta PCI Ethernet 10Mbps (RJ45+BNC)	1.512 pts	PCBox (Valladolid)
	ACER-NETXUS. Tarjetas PCI Ethernet 10Mbp (RJ45+BNC)	2.423 pts	[12]
Cable	Cable coaxial fino.	650 pts/m	[13]
Conectores BNC	Viene con la tarjeta. Si necesitamos más:	65 pts/unidad	[12]
Terminadores	Terminador de 50 	100 pts/unidad

• 10Base-T: utiliza par de cobre convencional trenzado, que pueden ser o no blindados. No se pueden utilizar con un bus tradicional, por lo que debemos conectar cada terminal a un concentrador o hub desarrollando una topología física en forma de estrella. Los elementos que aparecen en estas redes se detallan a continuación ([8]-secc.7):

• Tarjeta de red con un conector hembra RJ-45 : El conector hembra RJ-45 de la parte superior de la tarjeta de red conecta la tarjeta de red con el cable de red.

• Conector RJ-45 : Hay un conector RJ-45 en cada extremo del cable de par trenzado.

• Cable Ethernet de par trenzado : El cable Ethernet de par trenzado puede ser bien par trenzado sin apantallar (UTP) o bien par trenzado apantallado (STP). Ambos cables consisten en dos o más pares de hilos de cobre trenzados; sin embargo, el cable STP incorpora una capa de pantalla formada por una lámina de papel metalico y un trenzado de hilo de cobre alrededor del cable interior, que lo protege de las interferencias electromagneticas o "ruido". La longitud máxima del cable es de 100 metros.

• Concentrador (hub) : Las computadoras de un sistema de par trenzado se conectan entre si mediante un concentrador o hub. El cable de cada computadora se enchufa a una hembra del centro. Cada concentrador es un repetidor multipuerto 802.3 completo, compatible con la norma IEEE 802.3 10BaseT para conexión de cableado UTP.

Ventajas e inconvenientes:

Esta solución Ethernet aporta una gran flexibilidad dentro de las soluciones LAN. Será adecuada cuando el número de terminales compense el coste del hub.

Las principales ventajas de este sistema son la simplicidad y fácil instalación y mantenimiento que, acompañadas por el bajo coste actual de los elementos que componen estas redes, la convierten en la solución más extendida.

Junto con el coste del hub, una de las desventajas es que la longitud máxima del cable es de 100 m. con lo que queda limitado el radio de nuestra red.

Coste:

En la siguiente tabla se muestra el coste real de este tipo de sistemas en el mercado.

Elemento	Modelo	Coste	Fuente
Tarjeta de red	ACER-NETXUS. Tarjetas PCI Ethernet 10Mbp (RJ45+BNC)	2.423 pts	[12]
	SURECOM. Tarjeta PCI Ethernet 10Mbps (RJ45+BNC)	1.512 pts	PCBox (Valladolid)
Cable	Cable de red nivel 5 UTP.	85 pts/m	PCBox (Valladolid)
	Cable de red nivel 5 UTP.	67 pts/m	[14]
Conectores RJ-45	-	65 pts/unidad	PCBox (Valladolid)
Hub	Hub 8 puertos 10BaseT	4.870 pts	[14]
	GeniusLAN.GH4080 Hub 8 puertos 10BaseT	8.093 pts	[12]

• Fast Ethernet (100BaseT): Para las situaciones en que se hace necesaria una capacidad de transmisión mayor que 10 Mbps, se debe optar por una de las tecnologías de mayor velocidad. Una de estas es Fast Ethernet, que ha tenido una gran aceptación debido a que permite una actualización evolutiva y progresiva en vez de radical de las redes instaladas.

La adopción de Fast Ethernet no supone ningún cambio en cuanto al protocolo o la topología de la red respecto a Ethernet tradicional. Para utilizar esta tecnología es necesario que los elementos de la red (tarjetas y hub) soporten esta velocidad de transmisión. En cuanto al medio de transmisión, Fast Ethernet puede utilizar los mismos que 10BaseT (UTP, STP y Fibra Optica), pero no soporta el coaxial. Existen varias alternativas en función del tipo de cableado ([10]):

- 100 Base-T4: Esta capa física define la especificación para 100Base-T como 4 pares de categoría 3, 4 o 5 UTP (ver [10]).

- 100Base-TX: Esta posee un sistema similar al 100Base-T donde un Par es usado para transmitir y el otro par lo usa para detección de colisiones y recibir.

Coste:

Cómo tabla orientativa de los costes asociados a esta tecnología se presentan los siguientes datos:

Elemento	Modelo	Coste	Fuente
Tarjeta de red	ACER-NETXUS; Tarjeta PCI 100Mbps.	3.638 pts	[12]
Cable	Cable de red nivel 5 UTP.	85 pts/m	PCBox (Valladolid)
	Cable de red nivel 5 UTP.	67 pts/m	[14]
Conectores RJ-45	-	65 pts/unidad	PCBox (Valladolid)
Hub	Hub 8 puertos 100Base TX	10.900 pts	[14]
	GENIUSLAN. GF4080.Hub 8puertos 100BaseT	21.465 pts	[12]

En el futuro próximo de las redes Ethernet aparece la nueva generación conocida como Gigabit Ethernet (1000BaseT). De momento, y es posible que durante bastante tiempo, no son necesarias mayores capacidades de transmisión en las conexiones hasta los terminales. Esto restringe su uso a las redes troncales ya que para otros ámbitos su coste resulta prohibitivo.

• Ethernet conmutado: también utiliza una topología en forma de estrella si bien el elemento central en este caso es un conmutador o switch.

Cuando el número de terminales de una red es muy elevado, con las técnicas de medio compartido, se desaprovecha gran parte de la capacidad del canal debido a las colisiones que se producen. Es por esto que aparecen las técnicas de acceso conmutado, que tratan de aumentar el ancho de banda útil de la red. Para ello se utiliza un switch, que redirige el tráfico entrante por sus puertos hacia el terminal destino de dicho paquete, analizando la dirección del destinatario. De este modo no aparecen colisiones, y se pueden establecer varias comunicaciones simultáneas entre varios nodos de la red.

La configuración de la red es idéntica al caso de utilizar un hub, con la salvedad de que el elemento central de la topología en estrella pasa a ser un switch. La utilización de la red por parte de los usuarios es totalmente transparente, por lo que la evolución hacia estos sistemas es muy simple.

Ventajas e inconvenientes:

La ventaja evidente de este sistema es el aumento del ancho de banda eficaz de la red. En contrapartida, el coste del sistema aumenta notablemente.

Coste:

En la siguiente tabla se muestra el coste real de este tipo de sistemas en el mercado.

Elemento	Modelo	Coste	Fuente
Tarjeta de red	ACER-NETXUS; Tarjeta PCI 100Mbps.	3.638 pts.	[12]
Cable	Cable de red nivel 5 UTP.	85 pts/m	PCBox (Valladolid)
	Cable de red nivel 5 UTP.	67 pts/m	[14]
Conectores RJ-45	-	65 pts/unidad	PCBox (Valladolid)
Switch	ACER-NETXUS; Switch SOHO ALW-6005-E (10/100Mbps). 5 puertos RJ45.	35.438 pts.	[12]

• 100Base-FX: Define la especificación para 100Base-T a través de dos hilos de fibra utilizando uno para transmitir y el otro para detección de colisiones y recibir. La topología que utiliza es en estrella, y la desventaja que presenta es el coste asociado, ya que tanto la fibra óptica como el resto de los elementos de las redes basadas en este medio de transmisión está lejos de ser aceptable para una red con necesidades típicas.

• Paso de testigo

Se trata del método de acceso “distribuido y determinístico” de más amplio uso. En una red de este tipo, las estaciones se ceden el derecho a transmitir por la red haciendo circular un testigo (token) que asigna este derecho a la estación que lo recibe. Las técnicas CSMA se utilizan con frecuencia en las redes tipo bus lineal; el método del paso del testigo es más utilizado en las redes del tipo anillo.

Topologías y elementos de estas redes:

Tradicionalmente se diseñaron para utilizarse con una topología física en forma de anillo o bus con anillo lógico, si bien han evolucionado apareciendo diversas variantes como la utilización de varios anillos o de elementos centrales en topologías físicas en forma de estrella.

• Token Bus (IEEE 802.4): físicamente, el token bus es un cable lineal o en forma de árbol al que se conectan las estaciones. Las estaciones están organizadas lógicamente en forma de anillo, donde cada estación conoce la dirección de la estación a su “izquierda” y a su “derecha” ([1]-secc.4.3.2).

Ventajas e inconvenientes:

Este protocolo es muy complicado y no demasiado flexible. Esto ha hecho que sea una técnica que no se use mucho, siendo su principal escenario la implantación en cadenas de autómatas ya que, frente a Ethernet, asegura un acceso determinístico ([5]-cap.4-secc.3).

• Token Ring (IEEE 802.5): presenta una topología tanto física como lógica en anillo. Cada terminal recibe y retransmite lo que le llega, circulando entre ellos un testigo. Un anillo consiste en realidad en un conjunto de interfaces de anillo conectadas por líneas punto a punto. Cada bit que llega a una interfaz se copia en un buffer de 1 bit y luego se copia en el anillo nuevamente (se introduce un retardo de un bit).

Ventajas e inconvenientes:

A nivel físico, destacar que presenta tasas típicas de 16 Mbps. El cableado al ser enlaces punto a punto no suele utilizar cable coaxial, y puede ser de par trenzado apantallado de categoría 2 siendo también posibles soluciones UTP e incluso con introducción de fibra óptica ([5]-cap.4-secc.3).

En situaciones en las que hay un elevado número de terminales, funciona mejor una red Token Ring respecto a una Ethernet, ya que no presenta el problema de ésta respecto a las colisiones. Otra ventaja añadida respecto a las Ethernet es un mejor rendimiento con ráfagas de paquetes cortos, ya que elimina la sobrecarga al no necesitar relleno. El problema principal es que para poco tráfico, el retardo es mayor que en Ethernet ya que hay que esperar a que el testigo llegue. Otro problema con las redes de anillo es que, si se rompe el cable en alguna parte, el anillo se inhabilita (por esto aparece la solución que veremos en el siguiente apartado).

• Anillo en estrella: El problema de la ruptura del anillo, que presenta la solución anterior puede resolverse de manera muy elegante mediante el uso de un centro de alambrado. Si bien la red sigue siendo lógicamente en anillo, físicamente cada estación está conectada al centro de alambrado ([1]-secc.4.3.3).

Los elementos de que constan estas red son los siguientes ([8]-secc.7):

• Tarjeta de red. Debe ser compatible con sistema token ring.

• Cable. Al igual que el sistema anterior, el cableado utilizado es UTP, normalmente de categoría 3 (ver Tabla 1).Necesitará 4 pares de cable.

• Unidad de acceso multiestación (MAU) que ejerce como punto de encuentro de los cables en un sistema token ring. Los cables parten de MAU para conectar las computadoras a la red.

El elemento más importante de estas redes es el MAU. Presenta el aspecto de cualquier otro elemento central cómo hubs o switchs con varios puertos de conexión, si bien interiormente implementa un anillo físico, con la ventaja de que ante el fallo de uno de los componentes cortocircuita esa sección permaneciendo útil el sistema. Además, para aumentar la fiabilidad suele utilizar algún mecanismo de anillos de reserva [2].

Ventajas e inconvenientes:

La ventaja de este sistema frente a los sistemas Ethernet, es al igual que para el Token Ring, el buen rendimiento obtenido ante situaciones de carga elevada al evitar las colisiones. Por el contrario, la utilización de testigo repentina el sistema cuando la carga es baja. Además este sistema es más flexible que el anillo tradicional ya que es más sencillo añadir nuevos terminales. Frente a estos también presenta la gran ventaja de la robustez.

• FDDI: (interfaz de datos distribuidos por fibra) se trata de una LAN token ring de fibra óptica de alto desempeño que opera a 100 Mbps y distancias de hasta 200 km. con hasta 1000 estaciones conectadas. Puede usarse de la misma manera que cualquiera de las LAN 802 pero, con su gran ancho de banda un uso común es como backbone. Este sistema utiliza dos anillos para aumentar la disponibilidad. La utilización de la fibra óptica como medio de transmisión lo hace actualmente prohibitivo para los entornos LAN, siendo su mayor implantación en las redes metropolitanas ([1]-secc.4.5.1).

• Otras tecnologías

Además de las mostradas anteriormente existen otros diseños adecuados para las redes locales, para los que se ha preferido realizar un estudio menos preciso debido a que en este momento no están tan difundidas como las anteriores, si bien algunas de ellas están en fase de implantación y otras aunque no han conseguido el éxito esperado pueden resurgir y además todas tienen diversos ámbitos en los cuales presentan buenas prestaciones.

• DQDB

Está recogido en el estándar IEEE 802.6 y recibe el nombre de bus doble de colas distribuidas (DQDB). Su aparición responde a la necesidades no cubiertas por ninguno de los estándares 802 debido a las limitaciones que presentan en cuanto a la longitud del cable y problemas cuando el número de estaciones es elevado. Se basa en la utilización de dos buses, cada uno de ellos utilizado para la comunicación en un sentido, y se utiliza un método de acceso semejante a un método de reserva (pero sin ninguna estación central), con una transmisión en orden FIFO que evita las colisiones.

Se utiliza para distancias medias (ciudades enteras) y a velocidades en torno a los 50 Mbps. Para redes locales pequeñas no se justifica su uso ya que no existen los problemas de las distancias de los cables, y el número de colisiones no es crítico. Además el coste aumenta por la utilización de dos buses, y la gestión de testigos-prioridades se complica ([1]-secc.4.3.5).

• 100VG-AnyLAN

100VG-AnyLAN fue desarrollado por el comité IEEE 802.12. Permite operar a 100Mbps, elimina las colisiones entre paquetes y permite un uso más eficiente del ancho de banda de la red. Una característica importante es que ofrece soporte multimedia. Esto lo consigue empleando un esquema de acceso de demandas bajo prioridades (round robin) en vez de emplear CSMA típico en 10Base-T. De este modo, aplicaciones críticas en el tiempo (como voz y vídeo), pueden ser designadas con una mayor prioridad.

Puede ser empleado tanto en medio compartido como en medio conmutado. Sin embargo, 100VG no impone límites en las distancias tan restrictivos como Fast Ethernet hacía frente a Ethernet convencional.

El diseño y configuración de una red de este tipo es bastante sencillo. Los requisitos de cableado no son tan flexibles como los de Token Ring o Ethernet convencionales. Requiere que los usuarios instalen nuevas tarjetas de red, así como nuevos hubs o conmutadores. Otra de las ventajas que presenta es la capacidad de establecer prioridades. Por razones más de marketing que de rendimiento no ha resultado tener excesivo éxito, pero presenta un método original y eficiente que puede resurgir en un futuro próximo, si le apoya la estandarización y la disminución del precio de los elementos de estas redes ([5]-cap.4-secc.2.2).

• ATM LAN

ATM (Modo de transferencia asíncrona) surge inicialmente como solución para la transmisión, conmutación y multiplexación en la RDSI de banda ancha, aunque se observa la posibilidad de utilizarla como tecnología para una red local de alta velocidad ([5]-cap.4-secc.2.4).

Estas redes ATM se utilizarían como red de backbone o como conexión a ordenadores que necesiten enviar tráfico a altas velocidades a través de una interfaz de red. Existen varias alternativas para estas redes LAN sobre ATM ([5]-cap.19-secc.4):

• Emulación LAN (LANE) con sus niveles LLC-MAC-AAL-ATM que permita la compatibilidad con todas las tecnologías y aplicaciones actuales.

• Interfaz ATM nativo para las nuevas aplicaciones. Aprovecha mejor las ventajas de ATM pero es menos flexible.

• Redes inalámbricas 802.11

El estándar IEEE 802.11 se considera una solución para la implantación de redes de área local sin hilos tanto en edificios como en espacios abiertos con amplia cobertura y rendimiento.

El desarrollo del estándar para la capa de acceso al medio es, por lo tanto, bastante complejo, y proporcionará funciones de gestión de potencia, encaminamiento multicanal y seguridad. La tecnología desarrollada trabaja en el rango de frecuencias de 2.4 GHz con velocidades de 2Mbps para los protocolos de Espectro Ensanchado, en la actualidad. El siguiente paso supondrá un avance a velocidades de hasta 20 Mbps.

Como ejemplo de estas tecnologías nos hemos centrado en un producto concreto de la marca GENIUSLAN ([12]). Se trata de un adaptador LAN inalámbrico para interfaz ISA. Permite una velocidad máxima de 2 Mbps y un alcance de 300 m sin obstáculos y de 100 m con obstáculos.

En cuanto a las distancias parece una distancia razonable y válida para un gran número de aplicaciones. La tasa de transmisión permitida, aún siendo baja comparada con la que se consigue con sistemas por cable, pero para aplicaciones que por ejemplo no necesiten multimedia es suficiente. El punto clave es el precio del sistema; un solo adaptador cuesta 43.193, y hay que tener en cuenta que este valor se multiplica por el número de terminales conectados a la red.

La especificación es la siguiente:

GENIUS. LAN INALAMBRICO; Adaptador LAN inalámbrico ISA. Windows95/98/NT4.0.

2Mbps. 300m alcance sin obstáculos/100m con obstáculos.; PVP= 43.193 Ptas.

• Comparativa

Tecnología	Capacidad	Medio	Usuarios	Tamaño	Flexibilidad	Coste
10Base-5	10 Mbps	Coaxial	100	500	Media	Bajo
10Base-2	10 Mbps	Coaxial	30	200	Media	Bajo
10Base-T	10 Mbps	Par trenzado	1024	100	Alta	Bajo
Fast Ethernet	100 Mbps	Par trenzado	1024	100	Alta	Bajo
Ethernet conmutado	10/100 Mbps	Par trenzado	1024	100	Alta	Medio
100Base-FX	100 Mbps	F. Óptica	1024	2000	Alta	Elevado
Token Bus	20 Mbps	Coaxial	-	-	Media	Bajo
Token Ring	16 Mbps	Par trenzado	-	-	Baja	Bajo
Anillo en estrella	16 Mbps	Par trenzado	-	-	Alta	Elevado

En cuanto al número de usuarios, debido a que nuestro sistema estará compuesto a corto-medio plazo por 4 terminales, no es un factor de decisión, ya que cualquier tecnología nos permitirá dar servicio a todos. En este punto sólo decir que influirá en el número de puertos que necesitará el elemento central (hub, switch, MAU...), en caso de que se utilice una topología en estrella.

En cuanto al parámetro del tamaño, nuestra red tendrá un radio máximo de 10m (piso típico) por lo que igualmente que en el caso interior ninguna tecnología nos impone ninguna restricción.

En cuanto a la capacidad soportada parece claro (ver sección 1) que con 10 Mbps será suficiente, si bien no estaría de más tener en cuenta que es muy posible que las necesidades aumenten en breve hasta los 100 Mbps.

El parámetro más restrictivo en el entorno de nuestra LAN es el coste del sistema, y es en este punto donde el rango de decisión se reduce a los sistemas Ethernet de medio compartido. Dentro de estos deberemos optar entre las redes coaxiales de bus pasivo o las redes de par trenzado con topología en estrella.

Es en este punto donde tenemos en cuenta la flexibilidad que aporta la red, en cuanto a la capacidad de ampliación, y en cuanto a la sencillez de instalación y mantenimiento.

• Solución óptima:

Por todo esto nos decidimos por una red de par trenzado con topología en estrella. Utilizaremos un hub como elemento central, y elementos de red de 10 Mbps. Se utilizará un hub 10BaseT ya que para 100BaseT son demasiado caros aún, y optaremos por utilizar tarjetas que soporten 10 Mbps por la misma razón. La posibilidad de utilizar un switch queda desestimada por no compensar su elevado coste. En cuanto al cableado, utilizaremos el de categoría 5, ya que nos permitirá utilizar el mismo cableado si en un futuro próximo decidimos pasar totalmente a una red de 100Mbps.

• Solución económica:

A pesar de todo esto, queremos dejar claro que no descartamos la opción más económica de utilizar un bus pasivo con cable coaxial fino (más económico y manejable que el grueso), que evita la necesidad de un hub. Por lo tanto si el presupuesto es muy ajustado optaremos por esta solución, utilizando tarjetas combinadas (RJ45+BNC) puesto que en un futuro próximo será obligado el paso a las redes de par trenzado.

• Solución propuesta

• Elementos de la red

El elemento principal de nuestra red es el Hub:

Hemos optado por el modelo de [14], que es un Hub de 8 puertos para 10BaseT. El modelo no se corresponde a la imagen, pero es orientativo del formato de uno de estos elementos.

El siguiente elemento en orden de importancia son las tarjetas de red, que superan en coste al Hub que es sólo uno:

Las tarjetas elegidas son unas tarjetas muy simples que permiten su utilización tanto en redes de cable coaxial como de par trenzado. Finalmente decidimos que no era rentable utilizar tarjetas para 100 Mbps ya que elevaban el coste y no tiene demasiado sentido pensar en que adquiriremos un hub 100 Mbps, ya que con esto satisfacemos las necesidades a corto-medio plazo y es posible que para cuando necesitemos mayor capacidad estas tarjetas estén igualmente obsoletas.

La elección del modelo se basó en su bajo precio y la experiencia de conocer redes en que se utiliza el mismo modelo: SURECOM. Tarjeta PCI Ethernet 10Mbps (RJ45+BNC) [15].

En cuanto al cableado:

Se encontró una buena oferta en [13] de UTP de categoría 5, del cual necesitaremos 20 metros de cable aproximadamente.

Respecto a los conectores RJ45:

Cualquier modelo es válido, sólo necesitaremos el más económico. De momento necesitamos 8 conectores.

Elemento	Unidades	Coste/unidad	Coste
Hub 8 puertos 10 Mbps	1	4.870	4.870
Tarjetas de red SURECOM PCI (RJ45+BNC) 10 Mbps	4	1.512	6.048
Cable UTP 5	20	63	1.260
Conectores	8	65	520
		Total	12.698
		+ IVA	14.730

• Instalación de la red

[9]

En primer lugar, se debe decidir la localización del hub. La elección más eficiente sería colocarlo de modo que se minimizasen los metros de cableado, si bien por motivos estéticos puede ser conveniente otra opción. A la vista del plano ofrecido por el cliente, una opción es colocarlo en la habitación central, con lo que sería sencillo llevar el cableado a las otras habitaciones a través de la pared y sólo deberíamos llevar un cable más complicado hasta el salón; la otra opción es colocarlo en el salón, para mantener el control de la red centralizado en el punto en que está el servidor.

Colocado el hub habrá que cablear el piso. Una opción es utilizar rosetas y cableado entre las paredes, pero puesto que esto no sería demasiado simple, limitaremos al máximo las obras, utilizando conexiones punto a punto simples de UTP flexible entre el hub y cada terminal, aunque perdamos un poco de flexibilidad y estéticamente.

La instalación de la tarjeta de red no requiere ningún conocimiento adicional. Sólo necesitaremos disponer de una interfaz PCI libre, y puesto que las tarjetas son Plug&Play, el sistema operativo debería detectarlos (Windows) o deberemos recompilar el núcleo para obtener soporte para la tarjeta (Linux).

El único punto que requiere algún conocimiento es la conexión de los conectores RJ45 macho en los extremos de cada uno de los 4 cables que utilizaremos para los 4 terminales. Cada conector tiene 8 pines (normalización TSB 40) que se debe conectar en los extremos a los 4 pares del cable de categoría 5. Los conectores se pueden conectar para formar los cables straight-through ó crossed. El crossed aunque no es el caso, se utiliza para conectar dos terminales directamente o dos hubs directamente y tienen las conexiones de modo que los pares de transmisión de uno son de recepción de otro. En el straight-through la conexión es la más simple e igual para ambos extremos del cable:

• Par 1: Blanco/Azul * Azul == Pines: 5 * 4

• Par 2: Blanco/Naranja * Naranja == Pines: 3 * 6

• Par 3: Blanco/Verde * Verde == Pines: 1 * 2

• Par 4: Blanco/Marrón * Marrón == Pines: 7 * 8

Para realizar estas conexiones necesitaremos una herramienta de crimpar (o mucha habilidad), que probablemente nos pueda prestar alguien. Si no queremos hacer todo esto y ahorrarnos la mano de obra, podemos comprar los cables con los conectores ya puestos.

Además necesitaremos algún sistema de sujeción del cable a las paredes de modo que quede un poco seguro y “curioso”.

Conclusión

A través del estudio de varios factores que determinan la eficiencia de una red se pretendió encontrar la alternativa que más convenía a nuestro caso concreto. En un primer momento se estudiaron los diferentes tipos de medios físicos lo que nos hizo descartar la fibra óptica y ver que el par trenzado tenía muchas ventajas que deberíamos intentar aprovechar. A continuación se analizaron las distintas configuraciones de las redes tanto a nivel de topologías como de formas de acceso al medio, viendo como en el entorno de nuestra red la solución más extendida y estandarizada es Ethernet, y por que esto es así.

Viendo todo esto se ofreció una solución que parecía ser la más conveniente en cuanto a rendimiento, basada en una topología en estrella, medio compartido Ethernet con un hub como elemento central, ya que nos ofrecía cuatro grandes ventajas: buen rendimiento (10/100 Mbps); sencillo y muy estandarizado; flexibilidad y posibilidades de ampliación; y como un factor muy determinante su coste es bastante bajo.

Además se ofreció otra solución más económica ya que al no disponer de los datos económicos de nuestro cliente es posible que este tenga que ajustar al máximo su presupuesto, y la posibilidad de una red coaxial en bus Ethernet es adecuada en este caso.

El principal problema se planteó a la hora de decidirse por una de las múltiples opciones que se nos presentaban, cuyas diferencias no siempre están claras. La elección de una u otra va a depender del uso que se vaya a dar a la red teniendo que buscar al final un compromiso coste/eficiencia satisfactorio.

Cómo líneas de estudio futuras, se recomienda que no se considere a esta red cómo algo estático, sino que se vaya evolucionando según vayan aumentando las necesidades (Internet, voz sobre LAN, videoconferencia...) y se disponga de capital. Se recomienda que a corto plazo se estudie la transición a 100 Mbps y se intente cablear de forma más adecuada (similar al tendido eléctrico o telefónico) el piso.

En cuanto a la práctica dentro de la asignatura, ha sido interesante ya que estabamos pensando en introducir una red de este tipo en nuestra casa, y conceptos y alternativas que no teníamos claras han quedado afianzados.

Bibliografía

• Redes de computadoras. A.S. Tanenbaum. 3ª Edición.

• Apuntes de la asignatura de teletráfico. B. Rodríguez Pajares. 1999-2000.

• Redes de área local (I). J. Rodríguez. Revista RPP nº7 (May.1995)

• Redes de área local (II). J. Rodríguez. Revista RPP nº8 (Jun.1995)

• Introducción práctica a la administración de sistemas en Internet. Y. Dimmitriadis, F. Pernas. Secretariado de publicaciones. Universidad de Valladolid, 1998.

• Technology Forecast 1999. Price WaterHouseCopper. 1999.

• Nueva generación de estándares de cableado. R. Díaz. Comunicaciones World. Jun.1998

• Darklight Página underground: Instalación de redes. http://jupiter.spaceports.com/~paradigm/ezine/darklight3_dos.txt

• http://www.pntic.mec.es/echanos_un_cable/manual

• Fast ethernet vs switched lans. H. Briceño. Univ. Central de Venezuela. Dirección en Internet no disponible.

• http://www.map.es/csi/silice/Redlan20.html

Información comercial:

• Pagofácil. http://www.pagofacil.com 10-3-2000

• Catálogo en línea de Blackbox. http://www.blackbox.com 10-3-2000

• Abyss computer. http://www.abyss-computer.com 10-3-2000

• PCBox Valladolid. Datos ofrecidos por un amigo. 10-3-2000

1

Diseño de una red LAN

20

Teletráfico

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Ilustración 2 Estructura de un cable coaxial

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Ilustración 2 Estructura de una fibra

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Ilustración 4 Ethernet en bus lineal

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Ilustración 4 Ethernet basado en hub

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Ilustración 4 Ethernet basada en switch

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Ilustración 3 Tipos de conexiones en Ethernet

Tabla 1 Especificaciones de categorías UTP lANSI/EIA/TIA

Ilustración 1 Relación coste/ciclo de vida