REDES COMPUTACIONALES

INTRODUCCIÓN

El tema central de las redes es la compartición de recursos (datos, software y dispositivos periféricos como impresoras, módems, máquinas de fax, unidades de cinta, discos duros y otro equipo para el almacenamiento de datos) entre un grupo de computadoras. Una red puede ser tan pequeña como dos computadoras enlazadas por un cable o tan grande que conecte cientos de computadoras y dispositivos periféricos en diversas configuraciones.

Cuando en 1981 IBM presenta; la computadora personal (PC), la palabra personal era un adjetivo adecuado. Estaba dirigido a las personas que deseaban disponer de su propia computadora, sobre la que ejecutan sus propias aplicaciones, y sobre la que administran sus archivos personales en lugar de utilizar las minicomputadoras y grandes sistemas que estaban bajo el estricto control de los departamentos de informática. Los usuarios de las computadoras personales comenzaron pronto a conectar sus sistemas formando redes, de una forma que podrán compartir los recursos como impresoras. Ocurriendo entonces algo divertido. Alrededor de 1985 las redes se hicieron tan grandes y complejas que el control volvió a los departamentos de informática. En la actualidad las redes no son elementos simples y fáciles. A menudo se llegan a extender fuera de la oficina local, abarcan el entorno de una ciudad o uno mayor y necesitan entonces expertos que puedan tratar los problemas derivados de las comunicaciones telefónicas, con microondas o vía satélite.

1. CONCEPTO DE UNA RED

La más simple de las redes conecta dos computadoras, permitiéndoles compartir archivos e impresos. Una red mucho más compleja conecta todas las computadoras de una empresa o compañía en el mundo. Para compartir impresoras basta con un conmutador, pero si se desea compartir eficientemente archivos y ejecutar aplicaciones de red, hace falta tarjetas de interfaz de red (NIC, NetWare Interface Cards) y cables para conectar los sistemas. Aunque se pueden utilizar diversos sistemas de interconexión vía los puertos series y paralelos, estos sistemas baratos no ofrecen la velocidad e integridad que necesita un sistema operativo de red seguro y con altas prestaciones que permita manejar muchos usuarios y recursos.

Figura 1.1: Muestra los componentes típicos de un sistema en red

Una vez instalada la conexión se ha de instalar el sistema operativo de red (NOS, Network Operating System). Hay dos tipos básicos de sistemas operativos de red: punto a punto y con servidor dedicado.

• Punto a Punto: Este es un tipo de sistema operativo que le permite a los usuarios compartir los recursos de sus computadoras y acceder a los recursos compartidos de las otras computadoras. Microsoft Windows for Workgroups, Novell Lite son sistemas operativos punto a punto.

• Con Servidor Dedicado: Es un sistema operativo con servidor dedicado, como es NetWare de Novell, una o más computadoras se reservan como servidores de archivos no pudiendo ser utilizados para nada más.

1.1 Definición de Red y Operador

¿Qué es una red de computadoras? Una colección interconectada de computadoras autónomos.

Una red es un conjunto de recursos de transmisión, y normalmente de conmutación, que gestionados y operados como un todo, proporcionan servicios en puntos de terminación de red (ptr). Los recursos de transmisión más utilizados son los de tipo punto a punto dedicados y la conmutación se produce en los nodos. El operador, nombre que recibe quien gestiona u opera la red, es el encargado de reparar, mantener y en general de administrar la red.

1.2 Diferencia entre subred y red

Hay que señalar una diferencia entre el término subred y red:

• La subred lleva asociada una uniformidad tecnológica y sobre todo, de operación, va unido a un propietario (responsable).

• Una red es una integración de subredes para dar servicios independientes de tecnologías subyacentes, de a que subred el usuario esta conectado.

Algunos ejemplos de redes y subredes son:

• Subredes: Red Telefónica Conmutada, Red Local, Red Iberpac

• Redes: Internet

1.3 Redes de computadoras

Una red debe ser:

• Confiable. Estar disponible cuando se le requiera, poseer velocidad de respuesta adecuada.

• Confidencial. Proteger los datos sobre los usuarios de ladrones de información.

• Integra. En su manejo de información.

1.4 ¿Por qué nesecito una red?

Una red ahorra tiempo y dinero, permitiendo a los empleados de una compañía comunicarse y compartir información. Reduce aún más los costos eliminando la necesidad de contar con impresoras, módems y sistemas de almacenamiento de archivos adicionales; en una red, toda esta tecnología se puede compartir. Incluso se puede compartir una línea externa para obtener acceso a Internet a través de la red.

1.5 ¿Para qué se usan las redes?

Las razones para instalar una red de computadoras, son que puede ofrecer muchas ventajas para su trabajo. Estas son algunas ventajas ofrecidas al instalar una red de computadoras:

• Compartición de programas y archivos

• Compartición de los recursos de la red, especialmente la información (los datos)

• Compartición de bases de datos

• Expansión económica de una base de PC

• Posibilidad de utilizar software de red

• Uso del Correo Electrónico

• Creación de grupos de trabajo

• Gestión centralizada

• Seguridad

• Acceso a mas de un sistema operativo

• Mejoras en la organización de la empresa

• La escalabilidad de los recursos computacionales: si se necesita más poder computacional, se puede comprar un cliente más, en vez de un nuevo mainframe

2. COMPONENTES DE UNA RED

Una red de computadoras esta conectada tanto por hardware como por software. El hardware incluye tanto las tarjetas de interfaz de red como los cables que las unen, y el software incluye los controladores (programas que se utilizan para gestionar los dispositivos y el sistema operativo de red que gestiona la red). A continuación se listan los componentes, tal y como se muestran en la figura 2.1:

• Servidor

• Estaciones de trabajo

• Placas de interfaz de red (NIC)

• Recursos periféricos y compartidos

Figura 2.1: Componentes de una red

Servidor: Este ejecuta el sistema operativo de red y ofrece los servicios de red a las estaciones de trabajo. Estaciones de Trabajo: Cuando una computadora se conecta a una red, la primera se convierte en un nodo de la ultima y se puede tratar como una estación de trabajo o cliente. Las estaciones de trabajos pueden ser computadoras personales con el DOS, Macintosh, Unix, OS/2 o estaciones de trabajos sin discos. Un servidor es una computadora de poca o alta capacidad que proporciona diversos recursos a la red. Un servidor típico contiene varios discos duros, una unidad de respaldo en cinta y una unidad de CD-ROM. También permite a los empleados de una compañía compartir recursos como impresoras, máquinas de fax, módems, correo electrónico y conexiones a Internet. A menudo se utilizan servidores para almacenar información de bases de datos, archivos y copias de seguridad de archivos. Las computadoras conectadas al servidor se conocen como “clientes”.

Tarjetas o Placas de Interfaz de Red: Toda computadora que se conecta a una red necesita de una tarjeta de interfaz de red que soporte un esquema de red especifico, como Ethernet, ArcNet o Token Ring. El cable de red se conectara a la parte trasera de la tarjeta. Las tarjetas adaptadoras de red (también llamadas tarjetas de interfaz de red o NICs) proporcionan la conexión entre su computadora y su red, convirtiendo datos de su computadora a un formato que pueda aceptar una red Ethernet. (“Ethernet” se refiere al conjunto más común de estándares de equipo para redes.)

Algunas computadoras más nuevas tienen tarjetas adaptadoras de red integradas. Si su computadora no tiene una, puede instalar estas pequeñas tarjetas en unos minutos. En el mercado existen varios tipos de tarjetas; asegúrese que la tarjeta que compre coincida con el tipo de ranura de la tarjeta madre.

Sistema de Cableado: El sistema de la red esta constituido por el cable utilizado para conectar entre sí el servidor y las estaciones de trabajo. Los concentradores o hubs (conocidos también como concentradores de cableado) son el punto de conectividad central de un grupo de trabajo con disposición de estrella. Un concentrador permite a cada nodo comunicarse con todos los otros nodos conectados. Se pueden conectar dos o más concentradores, lo que le permite extender su red fácil y económicamente.

Recursos y Periféricos Compartidos: Entre los recursos compartidos se incluyen los dispositivos de almacenamiento ligados al servidor, las unidades de discos ópticos, las impresoras, los trazadores y el resto de equipos que puedan ser utilizados por cualquiera en la red. Un servidor de impresión ofrece la misma conectividad a una impresora que una tarjeta adaptadora de red ofrece a una computadora. Permite a todas las computadoras de la red compartir la misma impresora. Los servidores de impresión son a menudo un componente básico de las redes cliente/servidor. Entre los productos de comunicación se cuentan tarjetas de fax, módems y enrutadores que hacen posibles conexiones con Internet. Todos estos productos le permiten comunicarse con computadoras no conectadas a su red de área local (LAN).

Un sistema operativo de red (SOR), o NOS (Network Operating System), permite a las computadoras y componentes de la red comunicarse entre sí. El NOS puede variar desde simples características de software integradas a Windows 95 hasta sistemas más complicados como Novell IntraNetWare o Microsoft Windows NT.

2.1 Realización de la conexión en una red

Para realizar la conexión con una red son necesarias las tarjetas de interfaz de red y el cable (a menos que se utilice un sistema de comunicación sin cable). Existen distintos tipos de tarjetas de interfaz y de esquemas de cableados.

2.2 Formas de conexión

El Sistema Operativo de red NET BIOS (NETwork Basic Input/Ouput System), permite controlar todos los dispositivos de la red, desde archivos hasta periféricos.

Operación con archivos: Este Sistema Operativo permite bloquear registros de archivos (record lock) con el fin de asegurar que el registro accesado por un usuario no sea modificado por otro, permitiendo así que el resto del archivo este listo para ser utilizado.

Una vez definida la forma de instalación de la red, es posible configurar cada una de las estaciones de trabajo de 4 formas distintas, dependiendo de la configuración, la computadora podrá enviar o recibir mensajes y usar o compartir periféricos.

Redirector (RDR): Es la forma más simple de conexión de una computadora en red, esta terminal o estación de trabajo sólo podrá enviar mensajes a las diferentes terminales y tendrá acceso a los periféricos de la red.

La configuración mínima de una computadora para ser conectada a la red es la siguiente:

• Almacenamiento principal mínimo: 128 KBytes

• Sistema Operativo de red: NETBIOS

• Sistema Operativo DOS versión 3.0 o posterior

Receptor (RCV) Esta configuración incluye las capacidades del redirector dentro de las capacidades del receptor. El receptor está capacitado para recibir y enviar mensajes y utilizar los periféricos de la red.

La configuración mínima de una computadora para ser conectada a la red es la siguiente:

• Almacenamiento principal mínimo: 192 KBytes

• Sistema Operativo de red: NETBIOS

• Sistema Operativo DOS versión 3.0 o posterior

Mensajero (MSG) Esta configuración incluye las capacidades del redirector y del receptor. El mensajero está capacitado para recibir y enviar mensajes, utilizar los periféricos de la red, guardar mensajes recibidos en esa terminal y recibir o transmitir mensajes a otras redes o nodos.

La configuración mínima de una computadora para ser conectada a la red es la siguiente:

• Almacenamiento principal mínimo: 256 KBytes

• Sistema Operativo de red: NETBIOS

• Sistema Operativo DOS versión 3.0 o posterior

Servidor (SRV) El servidor de la red es el que configura toda la red en sí, permitiendo definir los periféricos a compartir, las prioridades de las distintas terminales, los volúmenes privados y públicos en las distintas computadoras, y otros parámetros importantes.

Existen dos tipos de servidores:

Servidor de disco (Disk Server), simplemente es un disco duro extra, en donde se comparte información entre las distintas computadoras. Una computadora en la red puede trabajar con sus propias unidades de disco, y a su vez, grabar el disco que funge como servidor que internamente se encuentra dividido en volúmenes, permitiendo así que un usuario tenga información que no puede ser alterada al crear un volumen privado, o permitiendo compartir información al declarar un volumen público.

Servidor de archivos (File Server), mucho más eficiente que el Servidor de disco. En el momento en que una terminal desea accesar a un archivo en particular, el servidor de la red identifica el lugar en donde se encuentra dicho archivo y le envía directamente.

• A diferencia del servidor de disco, el usuario no debe preguntar si el archivo que busca está en su propia estación de trabajo o en otra, el propio servidor se encarga de identificar en donde se encuentra y lo envía directamente a ella.

• Este tipo de servidor de red puede ser dedicado o no-dedicado, de esto depender la velocidad a la que se accesa a la red; un servidor dedicado únicamente identifica cada una de las señales producidas en la red y las atiende, servidor no-dedicado se utiliza como una terminal, además de atender a la red. El único inconveniente de ser no-dedicado es que se degrada un poco la velocidad de respuesta de la red y la inconveniencia de un servidor dedicado es que esa computadora no podrá hacer otra cosa que atender a la red.

La configuración mínima de una computadora para ser conectada a la red es la siguiente:

• Almacenamiento principal mínimo: 320 KBytes

• Sistema Operativo de red: NETBIOS

• Sistema Operativo DOS versión 3.0 o posterior

2.3 Tarjeta de interfaz de red (NIC)

Hay tarjetas de interfaz de red disponibles de diversos fabricantes. Se pueden elegir entre distintos tipos, según se desee configurar o cablear la red. Los tres tipos más usuales son ArcNet, Ethernet y Token Ring. Las diferencias entre estos distintos tipos de red se encuentran en el método y velocidad de comunicación, así como el precio. En los primeros tiempos de la informática en red (hace unos dos o tres años) el cableado estaba mas estandarizado que ahora. ArcNet y Etherner usaban cable coaxial y Token Ring usaba par trenzado. Actualmente se pueden adquirir tarjetas de interfaz de red que admitan diversos medios, lo que hace mucho más fácil la planificación y configuración de las redes. En la actualidad las decisiones se toman en función del costo, distancia del cableado y topología. En la actualidad existen diversas topologías de redes, en la figura 2.2 mostramos las mas comunes.

Figura 2.2: Topologías de red

2.4 Cableado

El cable coaxial fue uno de los primeros que se usaron, pero el par trenzado ha ido ganando popularidad. El cable de fibra óptica se utiliza cuando es importante la velocidad, si bien los avances producidos en el diseño de las tarjetas de interfaz de red permiten velocidades de transmisión sobre cable coaxial o par trenzado por encima de lo normal. Actualmente el cable de fibra óptica sigue siendo la mejor elección cuando se necesita una alta velocidad de transferencia de datos.

2.5 Arquitectura de la red

La arquitectura de una red viene definida por su topología, el método de acceso a la red y los protocolos de comunicación. Antes de que cualquier estación de trabajo pueda utilizar el sistema de cableado, debe definirse con cualquier otro nodo de la red.

2.5.1 Topología

La topología de una red es la organización del cableado. La cuestión más importante al tener en cuenta al elegir el sistema de cableado es su costo, si bien también se ha de tener en cuenta el rendimiento total y si integridad.

Básicamente existen tres topologías de red:

Estrella (Star)

Canal (Bus)

Anillo (Ring)

RED ESTRELLA

Conectar un conjunto de computadoras en estrella es uno de los sistemas más antiguos, equivale a tener una computadora central (el servidor de archivos o Server), encargada de controlar la información de toda la red. Dicha información abarca desde los mensajes entre usuarios, datos almacenados en un archivo en particular, manipulación de archivos, etc.

Para poder instalar este tipo de red, cada una de las computadoras utilizadas como estaciones de trabajo necesitan de una tarjeta de conexión para lograr la interfase con la computadora central.

Figura 2.3: Topología en Estrella

RED EN CANAL O BUS

Permite conectar a todas las computadoras de la red en una sola línea compartiendo el mismo canal de datos (bus), de ahí su nombre. A fin de poder identificar hacia cual de las computadoras de toda la red se está dirigiendo, se añade un sufijo al paquete de información, este contiene la dirección de la computadora que debe recibir la información en particular.

Cada una de las computadoras revisa el mensaje y comparar la dirección de la terminal de recepción, en caso de no ser igual a la propia, se rechaza y en caso de ser igual la dirección, se acepta el mensaje.

Figura 2.4: Topología de Canal o Bus

RED ANILLO

Es la mas difundida actualmente, consiste en unir una serie de computadoras en un circuito cerrado formando un anillo por donde circula la información en una sola dirección, factor que permite tener un control de recepción de mensajes.

La forma interna de comunicación, de una computadora a otra, es similar a la del canal de datos (Bus), sólo que en este caso se le añade la dirección de la computadora que envía el mensaje para que la terminal receptora pueda contestar a la terminal emisora.

Figura 2.5: Topología de Anillo

2.5.2 Método de acceso al cable

El método de acceso al cable describe como accede un nodo al sistema de cableado.

2.5.3 Protocolo de comunicación

Los protocolos de comunicación son las reglas y procedimientos utilizados en una red para establecer la comunicación entre los nodos que disponen de acceso a la red. Los protocolos gestionan dos niveles de comunicación distintos. Las reglas de alto nivel definen como se comunican las aplicaciones, mientras que las de bajo nivel definen como se transmiten las señales por el cable.

2.6 Cobertura de las redes

Existen redes de todos los tamaños. La red puede comenzar como algo pequeño y crecer con la organización. En la figura 2.6 se muestra el ámbito de cobertura de las redes.

Figura 2.6: Ambito de cobertura de las redes

2.6.1 Red de Área Local (LAN)

Las Redes de área local (Local Area Network), también llamada Red de Acceso. Porque se utiliza para tener acceso hacia una red de área extendida. Este tipo de red cuando no posee conexión con otras ciudades, porque no está conectada a una red de área extendida, se le llama Red Interna (Intranet).

Es un sistema de comunicación entre computadoras, que permite compartir información y recursos, con la característica de que la distancia entre las computadoras debe ser pequeña.

La topología o la forma de conexión de la red, depende de algunos aspectos como la distancia entre las computadoras y el medio de comunicación entre ellas ya que este determina, la velocidad del sistema.

Red pequeña de 3 a 50 nodos, localizada normalmente en un solo edificio perteneciente a una organización.

2.6.2 Redes Interconectadas

Una red de redes se encuentra formada por dos o más segmentos de red local conectadas entre si para formar un sistema que puede llegar a cubrir una empresa.

2.6.3 Red Metropolitana (MAN)

Son normalmente redes de fibra óptica de gran velocidad que conectan segmentos de red local de una área especifica, como un campus un polígono industrial o una ciudad.

2.6.4 Red de Gran Alcance (WAN)

Las redes de área extendida (Wide Area Network), permiten la interconexión nacional o mundial mediante líneas telefónicas y satélites.

Es un sistema de comunicación entre computadoras, que permite compartir información y recursos, con la característica de que la distancia entre las computadoras es amplia (de un país a otro, de una cuidad a otra, de un continente a otro).

Es comúnmente dos o más redes de área local interconectadas, generalmente a través de una amplia zona geográfica. Algunas redes de área extendida están conectadas mediante líneas rentadas a la compañía telefónica (destinadas para este propósito), soportes de fibra óptica y, otras por medio de sus propios enlaces terrestres y aéreos de satélite. Las redes de las grandes universidades pueden incluso contar con sus propios departamentos de telecomunicaciones que administran los enlaces entre las instalaciones y los satélites.

Ejemplo de una Red de Área Extendida de una universidad:

Tal como se ilustra en la figura, una red de área extendida podría ser la red constituida en una universidad en la que se han conectado las redes de área local existentes en cada uno de los distintos departamentos o facultades.

Figura 2.6: Ejemplo Red LAN en una Universidad

2.6.5 Red Regional

Es una red que conecta redes de área extendida en una determinada área geográfica. Estas redes están interconectadas a otras redes de nivel superior con enlaces T1 de líneas telefónicas (o vía satélite), capaces de transmitir 1.54 Megabytes por segundo.

2.6.6 Red Columna Vertebral (Backbone Network)

También llamada Red de Transporte (Carrier Network). Este tipo de red cubre, por lo general, un país o un continente. Sirve como apoyo a las empresas que poseen redes locales y no pueden costear la inversión en la infraestructura y mantenimiento de una red de área extendida propia.

Es una red de alto rendimiento formada por líneas telefónicas especiales de alta velocidad (enlaces T3 que puede transmitir 4.5 Megabytes por segundo), cables de fibra óptica y enlaces vía satélite. A una red columna vertebral se conectan otras redes de menor rendimiento encargadas de transmitir datos entre computadoras centrales, locales u otras redes de tránsito.

Una de las superautopistas de la Red Internacional es la columna vertebral NSFNET en los Estados Unidos de América.

Otras redes importantes existentes en la Red Internacional son: LatinNet, NASA, CERN, NREN, BITNET, SURANET, entre otras.

Red Columna Vertebral de la NSF en EE.UU:

Red Columna Vertebral LatinNet en México:

Figura 2.7: LatinNet está respaldada por la Red Federal de Microondas

2.6.7 Red Internacional (INTERNETworking)

También llamada Telaraña de Area Mundial (World Wide Web).

Es una enorme red de redes que se enlaza a muchas de las redes científicas, de investigación y educacionales alrededor del mundo así como a un número creciente de redes comerciales.

2.7 Características de los sistemas operativos de red

Los primeros S. O. de red ofrecían algunas utilidades de gestión de archivos de seguridad simples. Pero la demanda de los usuarios se ha incrementado de forma que los modernos sistemas operativos de red ofrecen amplias variedad de servicios. Estos son algunos de ellos.

• Adaptadores y cables de red

• Nomenclatura global

• Servicios de archivos y directorios

• Sistema tolerantes a fallos

• Disk Caching (Optimización de acceso al disco)

• Sistema de control de transacciones (TTS, Transation Tracking System)

• Seguridad en la conexión

• Bridges (Puentes) y Routers

• Gateways (Pasarelas)

• Servidores Especiales

• Herramientas software de administración

2.8 ¿Cómo empezar a trabajar?

Por lo general una compañía decide instalar su primera red debido a la necesidad de compartir archivos, programas e impresoras entre algunas computadoras. Estas redes básicas son económicas y fáciles de instalar. Todo lo que se necesita es un concentrador, cable de par trenzado, un sistema operativo simple como Windows 95 y computadoras habilitadas para red (PCs y servidores con adaptadores de red instalados).

2.9 Expansión de su red

A medida que crece su empresa, su red se puede extender para satisfacer sus nuevas exigencias. Y puede partir de su equipo básico en lugar de volver a comenzar cada vez que haga adiciones a la red. Por ejemplo, puede extender una red de sistema principal a sistema principal agregándole un concentrador. O bien puede transformarla en una red cliente/servidor agregándole un servidor y un sistema operativo de red más poderoso. De una u otra forma, la naturaleza flexible y modular de las redes facilita la conexión en red a empresas pequeñas como la suya.

3. PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN

Hace unos cuantos años parecia como si la mayor parte de los fabricantes de ordenadores y software fueran a seguir las especificaciones de la Organizacion internacional para el estandar (International Organization for Standarization, OSI). OSI define como los fabricantes pueden crear productos que funcionen con los productos de otros vendedores si la necesidad de controladores especiales o equipamientos opcional. Su objetivo es la apertura. El unico problema para implantar el modelo ISO/ISO fue que muchas compañias ya habian desarrollado metodos para interconectar sus hardware y software con otros sistemas. Aunque pidieron un soporte futuro para lo estandares OSI, sus propios metodos estaban a menudo tan atrincherados que el acercamiento hacia OSI era lento o inexistente. Novell y Potras compañias de redes expandieron sus propios estandares para ofrecer soporte a otros sistemas, y relegaron los sistemas abiertos a un segundo plano. Sin embargo, los estandares OSI ofrecen un modo util para comparar la interconexion de redes entre varios vendedores. En el modelo OSI, hay varios niveles de hardware y el software. Podemos examinar lo que hace cada nivel de la jerarquia para ver como los sistemas se comunican por LAN.

3.1 Modelo OSI de ISO

OSI: Open System Interconnections: fue creado a partir del año 1978, con el fin de conseguir la definición de un conjunto de normas que permitieran interconectar diferentes equipos, posibilitando de esta forma la comunicación entre ellos. El modelo OSI fue aprobado en 1983.

Un sistema abierto debe cumplir las normas que facilitan la interconexión tanto a nivel hardware como software con otros sistemas (arquitecturas distintas).

Este modelo define los servicios y los protocolos que posibilita la comunicación, dividiéndolos en 7 niveles diferentes, en el que cada nivel se encarga de problemas de distinta naturaleza interrelacionándose con los niveles contiguos, de forma que cada nivel se abstrae de los problemas que los niveles inferiores solucionan para dar solución a un nuevo problema, del que se abstraerán a su vez los niveles superiores.

NIVELES	FUNCIÓN
Aplicación	Semántica de los datos
Presentación	Representación de los datos
Sesión	Diálogo ordenado
Transporte	Extremo a extremo
Red	Encaminamiento
Enlace	Punto a punto
Físico	Eléctrico/Mecánico

Se puede decir que la filosofía de este modelo se basa en la idea de dividir un problema grande (la comunicación en sí), en varios problemas pequeños, independizando cada problema del resto. Es un método parecido a las cadenas de montaje de las fábricas.; los niveles implementan a un grupo de operarios de una cadena, y cada nivel, al igual que en la cadena de montaje, supone que los niveles anteriores han solucionado unos problemas de los que él se abstraerá para dar solución a unos nuevos problemas, de los que se abstraerán los niveles superiores.

El esquema para un sistema final, es decir, aquel que procesa información y realiza funciones ajenas a las específicas de la red, es:

Figura 3.1: Modelo OSI, en tres perspectivas

En un sistema intermedio, aquel que no procesa información sino que retransmite lo que los sistemas finales generan, sólo están presentes los niveles 1 y 2, y en algunas ocasiones el 3.

Vamos a analizar un poco más a fondo cada nivel:

Nivel 0 o Medio Físico:

Su finalidad es transportar la señal. Puede ser un par de cables, el aire...

Nivel 1 o Nivel Físico:

Su objetivo es garantizar el envío de bits. Debe resolver problemas como decidir qué voltaje es un '1' y qué voltaje es un '0' o determinar cuántos microsegundos dura un bit. No está en los cables pero sí forman parte de este nivel los conectores y la codificación.

Nivel 2 o Nivel de Enlace:

Su objetivo es establecer una conexión fiable entre dos equipos directamente conectados. Para ello, implementará control de errores, control de acceso al medio, establecimiento de conexiones...

Nivel 3 o Nivel de Red:

Su principal objetivo es lograr una comunicación extremo a extremo independiente de las subredes, es decir, de las tecnologías que se encuentren entre ambos extremos. Para ello, entre otras funciones, debe administrar los recursos de la red. Se encarga , por tanto, de establecer la ruta que ha de seguir un paquete, realizar control de congestión...

Nivel 4 o Nivel de Transporte:

Trata de garantizar una comunicación fiable extremo a extremo sin preocuparse de la red que los une.

Los niveles situados por encima de estos están siendo muy cuestionados, hasta el punto de que algunos opinan que estos niveles deberían formar parte de las aplicaciones y no del sistema de comunicaciones.

3.2 Nivel de Protocolo

Los protocolos de comunicaciones definen las reglas para la transmisión y recepción de la información entre los nodos de la red, de modo que para que dos nodos se puedan comunicar entre si es necesario que ambos empleen la misma configuración de protocolos.

Entre los protocolos propios de una red de area local podemos distinguir dos principales grupos. Por un lado estan los protocolos de los niveles fisico y de enlace, niveles 1 y 2 del modelo OSI, que definen las funciones asociadas con el uso del medio de transmisión: envio de los datos a nivel de bits y trama, y el modo de acceso de los nodos al medio. Estos protocolos vienen univocamente determinados por el tipo de red (Ethernet, Token Ring, etc.). El segundo grupo de protocolos se refiere a aquellos que realizan las funciones de los niveles de red y transporte, niveles 3 y 4 de OSI, es decir los que se encargan básicamente del encaminamiento de la informaciín y garantizar una comunicación extremo a extremo libre de errores.

Estos protocolos transmiten la informacion a traves de la red en pequeños segmentos llamados paquetes. Si un computador quiere transmitir un fichero grande a otro, el fichero es dividido en paquetes en el origen y vueltos a ensamblar en el ordenador destino. Cada protocolo define su propio formato de los paquetes en el que se especifica el origen, destino, longitud y tipo del paquete, asi como la informacion redundante para el control de errores.

Los protocolos de los niveles 1 y 2 dependen del tipo de red, mientras que para los niveles 3 y 4 hay diferentes alternativas, siendo TCP/IP la configuracion mas extendida. Lo que la convierte en un estandar de facto. Por su parte, los protocolos OSI representan una solucion tecnica muy potente y flexible, pero que actualmente esta escasamente implantada en entornos de red de area local.

Figura 3.2: La jerarquia de protocolo OSI

3.3 Jerarquia de protocolo OSI

Cada nivel de la jerarquia de protocolos OSI tiene una función especifica y define un nivel de comunicaciones entre sistemas. Cuando se define un proceso de red, como la peticion de un archivo por un servidor, se empieza en el punto desde el que el servidor hizo la peticion. Entonces, la peticion va bajando a traves de la jerarquia y es convertida en cada nivel para poder ser enviada por la red.

• Nivel Fisico

Define las caracteristicas fisicas del sistema de cableado, abarca tambien los metodos de red disponibles, incluyendo Token Ring, Ethernet y ArcNet. Este nivel especifica lo siguiente:

• Conexiones electricas y fisicas

• Como se convierte en un flujo de bits la informacion que ha sido paquetizada

• Como consigue el acceso al cable la tarjeta de red

• Nivel de Enlace de Datos

Define las reglas para enviar y recibir informacion a traves de la conexion fisica entre dos sistemas.

• Nivel de Red

Define protocolos para abrir y mantener un camino entre equipos de la red. Se ocupa del modo en que se mueven los paquetes.

• Nivel de Transporte

Suministra el mayor nivel de control en el proceso que mueve actualmente datos de un equipo a otro.

• Nivel de Sesion

Coordina el intercambio de informacion entre equipos, se llama asi por la sesion de comunicacion que establece y concluye.

• Nivel de Presentacion

En este los protocolos son parte del sistema operativo y de la aplicacion que el usuario acciona en la red.

• Nivel de Aplicacion

En este el sistema operativo de red y sus aplicaciones se hacen disponibles a los usuarios. Los usuarios emiten ordenes para requerir los servicios de la red.

3.4 Interconexion e Interoperatividad

Interconexion e interoperatividad son palabras que se refieren al arte d conseguir que equipos y aplicaciones de distintos vendedores trabajen conjuntamente en una red.

La interoperatividad esta en juego cuando es necesario repartir archivos entre ordenadores con sistemas operativos diferentes, o para controlar todos esos equipos distintos desde una consola central. Es mas complicado que conectar simplemente varios equipos en una red. Tambien debemos hacer que los protocolos permitan comunicarse al equipo con cualquier otro a traves del cable de la red. El protocolo de comunicacion nativo de NetWare es el SPX/IPX. Este protocolo se ha vuelto extremadamente importante en la interconexion de redes de NetWare y en la estrategia de Novell con sistemas de red. TCP/IP es mas apropiado que el protocolo nativo de NetWare IPX para la interconexion de redes, asi que se usa a menudo cuando se interconectan varias redes.

3.5 Protocolos para redes e interconexion de redes

El nivel de protocolo para redes e interconexion de redes incluye los niveles de red y de transporte ; define la conexion de redes similares y en el encaminamiento (routering) entre redes similares o distintas. En este nivel sed a la interconexion entre topologias distintas, pero o la interoperatividad. En este nivel es posible filtrar paquetes sobre una LAN en una interconexion de redes, de manera que no necesiten saltar a otra LAN cuanso no es necesario.

3.6 Protocolos de aplicaciones

La interoperatividad se define en los niveles superiores de la jerarquia de protocolos. Podriamos tener una aplicacion de base de datos en la que parte servidor trabaje en un servidor de red, y la parte de cliente lo hiciera en equipos DOS, OS/2, Macintosh y UNIX. Otras aplicaciones interoperativa incluyen paquetes de correo electronico. Estas permiten a los usuarios intercambiar archivos de correo en varios sistemas distintos (DOS, Macintosh, UNIX, etc.). El software que se encarga de traducir de un sistema a otro cualquier diferencia que haya en la informacion de los paquetes de correo electronico.

4. INTERCONEXIONES DE REDES

Describe como extender una red utilizando repetidores, puentes, routers, adaptadores y otros dispositivos y metodos de interconexion de redes.

4.1 Metodos de interconexiones de redes

La figura 4.1 muestra como se relaciona cada producto de interconexion de redes con el modelo de referencia OSI (Open System Interconexion). Las tareas que estos productos realizan sobre la red estan relacionados con los niveles con los que son compatibles en la jerarquia de protocolos. Cuando mas alto se encuentre un producto en la pila de protocolo mas caro y complejo es.

• Repetidores: Estos funcionan en el nivel fisico. Envian paquetes desde un sector de red primario (Cable) a otro extremo. No interactuan con los protocolos de mas alto nivel.

• Puentes: Interconectan dos o mas redes, pasando los paquetes entre ellas. Soportan distintos tipos de redes.

• Routers: Estos son similares a los puentes.

• Brourers: Es una combinacion de Puente y Routers.

• Gateways (Pasarela): Funcionan en los niveles mas alto de la jerarquia de protocolos, permitiendo que puedan interconectarse los sistemas y redes que utilizan protocolos incompatibles.

Figura 4.1: Niveles de protocolos OSI utilizados por los dispositivos de interconexión de redes

4.2 Repetidores

A medida que las señales electricas se transmiten por un cable, tienden a degenerar proporcionalmente a la longitud del cable. Este fenomeno se conoce como atenuacion. Un repetidor es un dispositivo sencillo que se instala para amplificar las señales del cable, de forma que se pueda extender la longitud de la red. El repetidor normalmente no modifica la señal, excepto en que la amplifica para poder retransmitirla por el segmento de cable extendido. Algunos repetidores tambien filtran el ruido.

Un repetidor basicamente es un dispositivo "no inteligente" con las siguientes caracteristicas: Un repetidor regenera las señales de la red para que lleguen mas lejos.

Repetidores: son activos y como tales amplifican la señal además de convertir formatos

• Se utilizan sobre todo en los sistemas de cableado lineales como Ethernet.

• Los repetidores funcionan sobre el nivel mas bajo de la jerarquia de protocolos.

• Se utilizan normalmente dentro de un mismo edificio.

• Los segmentos conectados a un repetidor forman parte de la misma red. Los repetidores funcionan normalmente a la misma velocidad de transmision que las redes que conectan.

Figura 4.2: Solución al problema de cobertura

4.3 Puentes

Un puente añade un nivel de inteligencia a una conexion entre redes. Conecta dos segmentos de red iguales o distintos. Podemos ver un puente como un clasificador de correo que mira las direcciones de los paquetes y los coloca en la red adecuada. Se puede crear un puente en un servidor NetWare instalando dos o mas tarjetas de interfaz de red. Cada segmento de red puede ser un tipo distinto (Ethernet, Token Ring, ArcNet). Las funciones de puente y routers incorporadas en el NerWare distribuyen en trafico de una red entre los segmento de LAN.

Se puede crear un puente para dividir una red amplia en dos o mas redes mas pequeñas. Esto mejora el rendimiento al reducir el trafico, ya que los paquetes para estaciones concretas no tienen que viajar por todas la red. Los puentes tambien se usa para conectar distintos tipos de redes, como Ethernet y Token Ring. Los puentes trabajan en el nivel de enlace de datos. Cualquier dispositivo que se adapte a las especificaciones del nivel de control de acceso al medio (MAC, media Access Control) puede conectarse con otros dispositivos del nivel MAC. Recordemos que el nivel MAC es subnivel del nivel del enlace de datos.

Figura 4.3: Interconexión mediante HUBs

Así pues este tipo de interconexión permite solucionar problemas tanto de incompatibilidad del medio como de cobertura.

4.4 Routers

Son criticos para las redes de gran alcance que utilizan enlace de comunicacion remotas. Mantienen el trafico fluyendo eficientemente sobre caminos predefinidos en una interconexion de redes compleja.

4.5 Enlace principal (Backbone)

Un cable principal (Backbone) es un cable que conecta entre si dos o mas segmento de una red local y ofrece un enlace de datos de alta velocidad entre ellos. Mientras que un puente se establece instalando dos o mas tarjetas de red en un servidor, la interconexion de redes se realizan conectando varios servidores o segmentos de red local, generalmente con un enlace backbone.

Los enlaces backbone son generalmente medios de alta velocidad, como es el caso de la fibra optica. La figura 4.4 muestra un backbone basado en servidores. Cada servidor al backbone, y ofrece conexion a los restantes segmentos de red conectados al backbone. Las otras tarjetas del servidor estan conectadas a segmentos locales.

4.6 FDDI y ATM

En el nuevo entorno de conexiones de alta velocidad entre redes, se estan usando como backbone dos tecnologias de transferencias de datos. Existe una creciente necesidad de mas ancho de banda. Las estaciones de trabajo cientificas y para ingenieria son comunes en las redes locales y globales. Estas requieren ancho de bandas al transferir grandes archivos graficos y al conectarse a sistemas centrales (hosts). Las aplicaciones informaticas cliente- servidor que distribuyen en procesamiento entre varias computadoras de una red tambien comparten la necesidad de un mayor ancho de banda. FDDI y ATM son posibles soluciones.

Figura 4.4: Un backbone basado en servidores NetWare

4.6.1 FDDI

La Interfaz de datos distribuida de fibra (Fiber Distribuited Data Interface, FDDI) es un estandar de cable de fibra optica desarrollado por el comite X3T9.5 del American National Standards Institute (ANSI). Trabaja a 100 Mb/seg. y utiliza una topologia en anillo doble. FDDI se esta implementando como backbone en redes a nivel de campus y de empresas. Los anillos dobles en sentidos opuestos ofrecen redundancia. Si falla un anillos, el se reconfigura , como se muestra en la figura 4.5, de modo que se puede seguir aceptando trafico en la red hasta que se corrija el error.

4.6.2 ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode, Modo de transferencia asincrona) es una tecnologia de comunicacion de datos de conmutacion de paquetes de banda ancha diseñada para combinar las caracteristicas de los multiplexores por division de tiempo con retardo dependiente (ATD) y redes locales de retardo variable. Los multiplexores por division de tiempo es un metodo para combinar señales separadas en una unica transmision de alta velocidad. Con ATM se transmiten cerdas provenientes de muchas fuentes. Pueden mezclarse, pero cada una tiene su direccion de destino especifica, en la multiplexion por division de tiempo las señales llegan en orden en intervalos de tiempo regulares. En otras palabras, todas las celdas son del mismo tamaño, tanto en byte como en tiempo. El retardo variable es habitual en las redes locales, debido a que cada metodo de red puede utilizar un tamaño de paquete distinto. ATM divide los paquetes largos para adaptarlos a su tamaño de celda y los envia por el canal de datos ; esto son reensamblados en el otro extremo.

Figura 4.5: FDDI se reconfigura automaticamente en un anillo normal cuando falla un enlace.

5. REDES DE COMUNICACIONES

Dependiendo de su arquitectura y de los procedimientos empleados para transferir la información las redes de comunicación se clasifican en:

• Redes conmutadas

• Redes de difusión

REDES CONMUTADAS

Consisten en un conjunto de nodos interconectados entre sí, a través de medios de transmisión (cables), formando la mayoría de las veces una topología mallada, donde la información se transfiere encaminándola del nodo de origen al nodo destino mediante conmutación entre nodos intermedios. Una transmisión de este tipo tiene 3 fases :

• Establecimiento de la conexión.

• Transferencia de la información.

• Liberación de la conexión.

Se entiende por conmutación en un nodo, a la conexión física o lógica, de un camino de entrada al nodo con un camino de salida del nodo, con el fin de transferir la información que llegue por el primer camino al segundo. Un ejemplo de redes conmutadas son las redes de área extensa.

Las redes conmutadas se dividen en :

• Conmutación de paquetes.

• Conmutación de circuitos.

5.1 Conmutación de paquetes

Se trata del procedimiento mediante el cual, cuando un nodo quiere enviar información a otro, la divide en paquetes. Cada paquete es enviado por el medio con información de cabecera. En cada nodo intermedio por el que pasa el paquete se detiene el tiempo necesario para procesarlo. Otras características importantes de su funcionamiento son :

• En cada nodo intermedio se apunta una relación de la forma : “todo paquete con origen en el nodo A y destino en el nodo B tiene que salir por la salida 5 de mi nodo”.

• Los paquetes se numeran para poder saber si se ha perdido alguno en el camino.

• Todos los paquetes de una misma transmisión viajan por el mismo camino.

• Pueden utilizar parte del camino establecido más de una comunicación de forma simultánea.

5.2 Conmutación de circuitos

Es el procedimiento por el que dos nodos se conectan, permitiendo la utilización de forma exclusiva del circuito físico durante la transmisión. En cada nodo intermedio de la red se cierra un circuito físico entre un cable de entrada y una salida de la red. La red telefónica es un ejemplo de conmutación de circuitos.

REDES DE DIFUSIÓN

En este tipo de redes no existen nodos intermedios de conmutación; todos los nodos comparten un medio de transmisión común, por el que la información transmitida por un nodo es conocida por todos los demás. Ejemplo de redes de difusión son:

• Comunicación por radio.

• Comunicación por satélite.

• Comunicación en una red local.

6. MEDIOS DE TRANSMISIÓN DE UNA RED LOCAL

Se pueden diferenciar dos grupos :

• Los cables.

• Los medios inalámbricos.

6.1 Cables

El cable utilizado para formar una red se denomina a veces medio. Los tres factores que se deben tener en cuenta a la hora de elegir un cable para una red son :

• Velocidad de transmisión que se quiere conseguir.

• Distancia máxima entre ordenadores que se van a conectar.

• Nivel de ruido e interferencias habituales en la zona que se va a instalar la red.

Los cables más utilizados son el par trenzado, el cable coaxial y la fibra óptica.

6.1.1 PAR TRENZADO

Se trata de dos hilos de cobre aislados y trenzados entre sí, y en la mayoría de los casos cubiertos por una malla protectora. Los hilos están trenzados para reducir las interferencias electromagnéticas con respecto a los pares cercanos que se encuentran a su alrededor (dos pares paralelos constituyen una antena simple, en tanto que un par trenzado no).

Se pueden utilizar tanto para transmisión analógica como digital, y su ancho de banda depende de la sección de cobre utilizado y de la distancia que tenga que recorrer.

Se trata del cableado más económico y la mayoría del cableado telefónico es de este tipo. Presenta una velocidad de transmisión que depende del tipo de cable de par trenzado que se esté utilizando. Está dividido en categorías por el EIA/TIA :

• Categoría 1: Hilo telefónico trenzado de calidad de voz no adecuado para las transmisiones de datos. Velocidad de transmisión inferior a 1 Mbits/seg

• Categoría 2 : Cable de par trenzado sin apantallar. Su velocidad de transmisión es de hasta 4 Mbits/seg.

• Categoría 3 : Velocidad de transmisión de 10 Mbits/seg. Con este tipo de cables se implementa las redes Ethernet 10-Base-T

• Categoría 4 : La velocidad de transmisión llega a 16 bits/seg

• Categoría 5 : Puede transmitir datos hasta 100 Mbits/seg

Tiene una longitud máxima limitada y, a pesar de los aspectos negativos, es una opción a tener en cuenta debido a que ya se encuentra instalado en muchos edificios como cable telefónico y esto permite utilizarlo sin necesidad de obra. La mayoría de las mangueras de cable de par trenzado contiene más de un par de hilos por lo que es posible encontrar mangueras ya instaladas con algún par de hilos sin utilizarse. Además resulta fácil de combinar con otros tipos de cables para la extensión de redes.