CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN A LAS REDES.
1.1. Introducción.
La industria de ordenadores ha mostrado un progreso espectacular en muy corto tiempo. El viejo modelo de tener un solo ordenador para satisfacer todas las necesidades de cálculo, de comunicación y de manejo de información de toda una organización se está reemplazando con rapidez por otro que considera un número grande de ordenadores separados, pero interconectados, que efectúan el mismo trabajo. Estos sistemas, se conocen con el nombre de redes de ordenadores. Estas nos dan a entender una colección interconectada de ordenadores autónomos. Se dice que los ordenadores están interconectados, si son capaces de intercambiar información.
1.2. Concepto de red.
Una Red de computadoras es una interconexión de dos o más computadoras con el objetivo de compartir recursos, información y servicios. Esta interconexión puede ser a través de un enlace físico cableado o inalámbrico.
Los recursos son principalmente información (documentos, bases de datos, aplicaciones, etc.), así como impresoras de alta calidad o cualquier dispositivo que puede conectarse a la red directamente o por medio de una computadora.
1.3. Historia de las redes.
La historia de las redes informáticas es compleja. Participaron en ella muchas personas de todo el mundo a lo largo de los últimos 35 años. Presentamos aquí una versión simplificada de su evolución. Los procesos de creación y comercialización son mucho más complicados, pero es útil analizar el desarrollo fundamental.
En la década de 1940, los computadores eran enormes dispositivos electromecánicos que eran propensos a sufrir fallas. En 1947, la invención del transistor semiconductor permitió la creación de computadores más pequeños y confiables. En la década de 1950 los computadores mainframe, que funcionaban con programas en tarjetas perforadas, comenzaron a ser utilizados habitualmente por las grandes instituciones.
A fines de esta década, se creó el circuito integrado, que combinaba muchos y, en la actualidad, millones de transistores en un pequeño semiconductor. En la década de 1960, los mainframes con terminales eran comunes, y los circuitos integrados comenzaron a ser utilizados de forma generalizada.
Hacia fines de la década de 1960 y durante la década de 1970, se inventaron computadores más pequeños, denominados minicomputadores. Sin embargo, estos minicomputadores seguían siendo muy voluminosos en comparación con los estándares modernos. En 1977, la Apple Computer Company presentó el microcomputador, conocido también como computador personal. En 1981 IBM presentó su primer computador personal. El equipo Mac, de uso sencillo, el PC IBM de arquitectura abierta y la posterior microminiaturización de los circuitos integrados dio como resultado el uso difundido de los computadores personales en hogares y empresas.
A mediados de la década de 1980 los usuarios con computadores autónomos comenzaron a usar módems para conectarse con otros computadores y compartir archivos. Estas comunicaciones se denominaban comunicaciones punto-a-punto o de acceso telefónico. El concepto se expandió a través del uso de computadores que funcionaban como punto central de comunicación en una conexión de acceso telefónico. Estos computadores se denominaron tableros de boletín. Los usuarios se conectaban a los tableros de boletín, donde depositaban y levantaban mensajes, además de cargar y descargar archivos. La desventaja de este tipo de sistema era que había poca comunicación directa, y únicamente con quienes conocían el tablero de boletín. Otra limitación era la necesidad de un módem por cada conexión al computador del tablero de boletín. Si cinco personas se conectaban simultáneamente, hacían falta cinco módems conectados a cinco líneas telefónicas diferentes. A medida que crecía el número de usuarios interesados, el sistema no pudo soportar la demanda. Imagine, por ejemplo, que 500 personas quisieran conectarse de forma simultánea. A partir de la década de 1960 y durante las décadas de 1970, 1980 y 1990, el Departamento de Defensa de
Estados Unidos (DoD) desarrolló redes de área amplia (WAN) de gran extensión y alta confiabilidad, para uso militar y científico. Esta tecnología era diferente de la comunicación punto-a-punto usada por los tableros de boletín. Permitía la internetworking de varios computadores mediante diferentes rutas. La red en sí determinaba la forma de transferir datos de un computador a otro. En lugar de poder comunicarse con un solo computador a la vez, se podía acceder a varios computadores mediante la misma conexión. La WAN del DoD finalmente se convirtió en la Internet.
1.4. Componentes de una red.
Son una serie de dispositivos, por medio de los cuales un usuario o usuarios envía o recibe simultáneamente datos, textos imágenes o voz a través de los mismos y que conforman la red o redes donde interactúan dichos dispositivos en unidades de salida o de entrada o ambas.
1.4.1 Descripción de los dispositivos que conforman una red.
o Equipos en la red.
El Hardware como estructura física es el elemento tangible en las tecnologías de la información y comunicación que consta de unidades centrales constituidos en servidores y estaciones de trabajo.
o Tarjetas de red.
Se denomina también NIC al chip de la tarjeta de red que se encarga de servir como interfaz de Ethernet entre el medio físico (por ejemplo un cable coaxial) y el equipo (por ejemplo un ordenador personal o una impresora). Es un chip usado en computadoras o periféricos tales como las tarjetas de red, impresoras de red o sistemas integrados (embebed en inglés), para conectar dos o más dispositivos entre sí a través de algún medio (red), ya sea conexión inalámbrica , cable UTP, cable coaxial, fibra óptica, etcétera.
o Conectores.
Dispositivo que sirve para enlazar o interconectar uno o más ordenadores o computadoras a una red o redes entre otros.
o Cableado estructurado.
Son piezas y partes de lo necesario para constituir una red alambica o inalámbrica dentro de estos tenemos por ahora: Wall Plates, Insertos, Face Plates, Roseta Integrada, Patch Panel, Patch Cord, Plug 8p8c, Racks, Organizadores de Cables.
1.4.2 Equipos de comunicación.
o Concentradores.
Un concentrador (hub) sirve como una ubicación central para conectar ordenadores y otros dispositivos (como impresoras) entre sí. Un concentrador es llamado a veces "repetidor multipuerto", porque pasa, o repite, todos los paquetes que recibe a todos sus puertos.
o Switches.
Un conmutador o switch es un dispositivo digital de lógica de interconexión de redes de computadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI. Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes (bridges), pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino de las tramas en la red.
o Router
El enrutador (calco del inglés router), direccionador, ruteador o encaminador es un dispositivo de hardware para interconexión de red de ordenadores que opera en la capa tres (nivel de red). Un router es un dispositivo para la interconexión de redes informáticas que permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes o determinar la ruta que debe tomar el paquete de datos.
o Modems.
Modulador-Demodulador. Es un dispositivo que adapta la señal digital de un ordenador en frecuencias de sonido (análógicas) para transmitir a través de una línea de teléfono, y las adapta de nuevo a digitales. Las velocidades de transmisión de los módems se sitúan generalmente entre los 2.400bps (2.4Kbps) a los 56.000bps (56Kbps). Estos pueden ser internos o externos
1.5. Ventajas de una red.
Disponibilidad del software de redes.- El disponer de un software multiusuario de calidad que se ajuste a las necesidades de la empresa. Por ejemplo: Se puede diseñar un sistema de puntos de venta ligado a una red local concreta. El software de redes puede bajar los costos si se necesitan muchas copias del software.
Trabajo en común.- Conectar un conjunto de computadoras personales formando una red que permita que un grupo o equipo de personas involucrados en proyectos similares puedan comunicarse fácilmente y compartir programas o archivos de un mismo proyecto.
Actualización del software.- Si el software se almacena de forma centralizada en un servidor es mucho más fácil actualizarlo. En lugar de tener que actualizarlo individualmente en cada uno de los PC de los usuarios, pues el administrador tendrá que actualizar la única copia almacenada en el servidor.
Copia de seguridad de los datos.- Las copias de seguridad son más simples, ya que los datos están centralizados.
Ventajas en el control de los datos.- Como los datos se encuentran centralizados en el servidor, resulta mucho más fácil controlarlos y recuperarlos. Los usuarios pueden transferir sus archivos vía red antes que usar los disquetes.
Uso compartido de las impresoras de calidad.- Algunos periféricos de calidad de alto costo pueden ser compartidos por los integrantes de la red. Entre estos: impresoras láser de alta calidad, etc.
Correo electrónico y difusión de mensajes.- El correo electrónico permite que los usuarios se comuniquen más fácilmente entre sí. A cada usuario se le puede asignar un buzón de correo en el servidor. Los otros usuarios dejan sus mensajes en el buzón y el usuario los lee cuando los ve en la red. Se pueden convenir reuniones y establecer calendarios.
Ampliación del uso con terminales tontos.- Una vez montada la red local, pasa a ser más barato el automatizar el trabajo de más empleados por medio del uso de terminales tontos a la red.
Seguridad.- La seguridad de los datos puede conseguirse por medio de los servidores que posean métodos de control, tanto software como hardware. Los terminales tontos impiden que los usuarios puedan extraer copias de datos para llevárselos fuera del edificio.
1.6. Modelo OSI
1.6.1 Introducción
Referirnos a la comunicación de datos, es un proceso común y cotidiano, que en ocasiones, hasta para aquellas personas distanciadas del mundo de la computación caen en la necesidad de manejar y transmitir información.
Es evidente que para el progreso y desarrollo de la sociedad es necesaria la información: su divulgación y manejo.
Pero en ocasiones el manejo y la transmisión de los datos resulta distorsionada, por lo que los usuarios deben asegurarse que sus datos se entreguen y reciban de manera adecuada. Es necesario que los datos tengan un formato claro y eficiente, se debe verificar los servicios que involucra como los protocolos de traducción de formatos, códigos y sintaxis de los lenguajes entre una computadora emisora y una receptora. Es aquí donde el Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos cobra la importancia que merece, al permitir que sistemas de cómputo disímiles se interconecten e interoperen, gracias a reglas preestablecidas que deben ir cumpliéndose nivel a nivel para su total desempeño logrando el concepto de InternetWorking (Este concepto da la idea de sistemas abiertos, y es donde las compuertas tienen lugar cubriendo desde los niveles mas bajos de conectividad hasta esquemas de conversión de protocolos que requieren de un alto grado de integración.
1.6.2 Concepto de Modelo OSI
El Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos, conocido mundialmente como Modelo OSI (Open System Interconnection), fue creado por la ISO (Organizacion Estandar Internacional) en el año 1983 y en él pueden modelarse o referenciarse diversos dispositivos que reglamenta la ITU (Unión de Telecomunicación Internacional), para la estandarización internacional de los protocolos de comunicación como necesidad de intercambiar información entre sistemas heterogéneos, entre sistemas cuyas tecnologías son muy diferentes entre sí. Así, todo dispositivo de cómputo y telecomunicaciones podrá ser referenciado al modelo y por ende concebido como parte de un sistema interdependiente con características muy precisas en cada nivel.
Esta idea da la pauta para comprender que el modelo OSI existe potencialmente en todo sistema de cómputo y telecomunicaciones, pero que solo cobra importancia al momento de concebir o llevar a cabo la transmisión de datos.
El Modelo OSI cuenta con 7 capas o niveles:
1.6.3 Capa física.
Es el primer nivel del modelo OSI y en él se definen y reglamentan todas las características físicas-mecánicas y eléctricas que debe cumplir el sistema para poder operar. Como es el nivel más bajo, es el que se va a encargar de las comunicaciones físicas entre dispositivos y de cuidar su correcta operación. Es bien sabido que la información computarizada es procesada y transmitida en forma digital siendo esta de bits: 1 y 0. Por lo que, toda aplicación que se desee enviar, será transmitida en forma serial mediante la representación de unos y ceros.
En este nivel, se encuentran reglamentadas las interfaces de sistemas de cómputo y telecomunicaciones (RS-232 o V.24, V.35) además de los tipos de conectores o ensambles mecánicos asociados a las interfaces (DB-24 y RJ-45 para RS-232 o V.24, así como Coaxial 75 ohms para G703).
En el nivel 1 del modelo OSI o nivel físico se ubican también todos los medios de transmisión como los sistemas de telecomunicaciones para el mundo WAN (Wide Area Network), tales como sistemas satelitales, microondas, radio enlaces, canales digitales y líneas privadas, asi como los medios de transmisión para redes de área locales (LAN: Local Area Network), cables de cobre (UTP,STP) y fibra óptica. Además, en este nivel se ubican todos aquellos dispositivos pasivos y activos que permiten la conexión de los medios de comunicación como repetidores de redes LAN, repetidores de microondas y fibra óptica, concentradores de cableado (HUBs), conmutadores de circuitos físicos de telefonía o datos, equipos de modulación y demodulación (modems) y hasta los aparatos receptores telefónicos convencionales o de células que operan a nivel hardware como sistemas terminales.
En Resumen se dice que la capa Físico transmite el flujo de bits sobre un medio físico y aquella que representa el cableado, las tarjetas y las señales de los dispositivos.
1.6.4 Capa de enlace de datos.
Conocido también como nivel de Trama (Frame) o Marco, es el encargado de preparar la información codificada en forma binaria en formatos previamente definidos por el protocolo a utilizar.
Este nivel ensambla los datos en tramas y las transmite a través del medio (LAN o WAN). Es el encargado de ofrecer un control de flujo entre tramas, así como un sencillo mecanismo para detectar errores. Es en este nivel y mediante algoritmos como CRC(Cyclic Redundancy Check), donde se podrá validar la integridad física de la trama; mas no será corregida a este nivel sino que se le notificará al transmisor para su retransmisión.
En el nivel de enlace de datos se lleva a cabo el direccionamiento físico de la información; es decir, se leerán los encabezados que definen las direcciones de los nodos (para el caso WAN) o de los segmentos (para el caso LAN) por donde viajarán las tramas. Decimos que son direcciones físicas ya que las direcciones lógicas o de la aplicación que pretendemos transmitir serán direccionadas o enrutadas en un nivel superior llamado nivel de red. En este nivel de enlace sólo se da tratamiento a las direcciones MAC (Media Access Control) para el caso de LAN y a las direcciones de las tramas síncronas como HDLC (High-Level Data Link Control), SDLC (Synchronous Data Link Control, de IBM), LAP B (Link Access Procedure Balance) por citar algunos para el caso WAN.
No sólo protocolos pueden ser referenciados al nivel de enlace del modelo OSI; también hay dispositivos como los puentes LAN (Bridges), que por su funcionamiento (operación con base en direcciones MAC únicamente) se les puede ubicar en este nivel del modelo de referencia. El puente, a diferencia del repetidor, puede segmentar y direccionar estaciones de trabajo en función de la lectura e interpretación de las direcciones físicas de cada dispositivo conectado a la red.
En Resumen se puede decir que la capa de Enlace de Datos es aquella que transmite la información como grupos de bits, o sea que transforma los bits en frames o paquetes por lo cual si recibimos se espera en conjunto de señales para convertirlos en caracteres en cambio si se manda se convierte directamente cada carácter en señales ya sean digitales o analógicos.
1.6.5 Capa de red.
En este nivel se realiza el direccionamiento lógico y la determinación de la ruta de los datos hasta su receptor final. La capa de red contiene 4 procesos para intercambiar secciones de datos entre dispositivos finales, el primer proceso es direccionamiento, el cual dirige los datos a un dispositivo destino, éste mismo contiene una dirección única para identificarlo, a este dispositivo se le denomina host. El segundo proceso es la encapsulación, donde se crea la PDU de la Capa 3 agregándole un encabezado, creando así un paquete el cual contendrá la dirección del host destino, así como también contendrá la dirección del host de origen, al terminar la encapsulación se envía el paquete a la capa de enlace de datos. Como proceso siguiente se tiene el enrutamiento donde por medio de los dispositivos intermediarios llamados routers se seleccionan las rutas y se dirigen los paquetes hacia su destino, los cuales pueden recorrer varios dispositivos intermediarios, donde a cada ruta que toman los paquetes se le denomina salto. Por último tenemos el proceso de Desencapsulación donde el paquete llega al host destino, si este host es el correcto entonces el paquete es desencapsulado y entrega los datos, la PDU de la Capa 4 contenida en el paquete pasa hasta el servicio adecuado en la capa de Trasporte. Uno de los protocolos más comúnmente usados dentro de la capa de red son los protocolos de direccionamiento IP.
1.6.6 Capa de transporte.
Dentro de las responsabilidades que debe cumplir la capa de trasporte esta el seguimiento de conversaciones individuales en las que se debe mantener la comunicación continua entre las aplicaciones, segmentación de datos que consiste en dividir en partes manejables la información para su fácil transportación, reensamble de segmentos en donde la información se une nuevamente para seguir su proceso de trasmisión a la capa de aplicación y ser mostrada al destino, identificación de las aplicaciones en la que a la capa de transporte le es asignado un número de puerto, el cual es el identificador de la aplicación destino y por último los requerimientos de datos varían en donde la capa de transporte cuenta con varios protocolos que permiten que los segmentos puedan llegar en una secuencia especifica al destino o incluso pueda haber demora en la recepción de la información pero son enviados al destino exitosamente. Una de las más importantes actividades de la capa de trasporte es la separación de comunicaciones múltiples lo que nos hace referencia a que cuando existen varias aplicaciones simultáneas solicitando servicios diferentes, la capa de trasporte debe enviar la información correcta a cada aplicación, de esta manera se establece una conversación entre el origen y el destino.
Debe existir un control de las conversaciones, para ello se debe establecer una sesión la cual permitirá la comunicación entre las aplicaciones antes de que los datos sean trasmitidos, de esta manera se asegura una entrega confiable pues si por algún motivo existe un pérdida de datos se pueden volver a transmitir debido a esto sucede que los segmentos lleguen en desorden, al numerar y secuenciar los segmentos la capa de transporte permite reensamblar estos segmentos para que continúen de manera ordenad. Uno de los problemas frecuentes al enviar datos es que éstos pueden ser demasiado pesados y ocupar mucha memoria o ancho de banda para esto la capa de trasporte solicita a los protocolos que reduzcan la velocidad del flujo de los segmentos, de esta manera se puede evitar la pérdida de datos en la transmisión o incluso impedir que se reenvíen.
Los protocolos más comunes de la capa de transporte en el modelo TCP/IP son el Protocolo de control de transmisión (TCP), el cual se encarga de la entrega confiable y del control de flujo. Cada segmento de TCP posee 20 bytes de carga en el encabezado, que encapsulan los datos de la capa de Aplicación, los exploradores web, e-mail utilizan este protocolo. El otro protocolo más utilizado es el Protocolo de datagramas de usuario (UDP) que cuenta con la ventaja de proveer la entrega de datos sin utilizar muchos recursos, las porciones de comunicación de este protocolo se les llama datagramas, los cuales son enviados "máximo esfuerzo", entre las aplicaciones que utilizan este protocolo se incluye DNS, streaming de video y voz sobre IP. Tanto TCP como UDP cuentan con encabezados que se pueden identificar de forma exclusiva. El organismo que asigna las normas de direccionamiento (IANA), es responsable de los distintos tipos de números de puertos bien conocidos que van del 0 al 1023 y se
reservan para servicios y aplicaciones, los puertos registrados que son del 1024 al 49151 están asignados a procesos del usuario, los puertos privados del 49 152 al 65 535 son destinados a aplicaciones de cliente cuando se inicia una conexión. El Netstat es una utilidad de red para determinar las conexiones abiertas de un host.
Para que existan comunicaciones confiables es necesario que haya acuses de recibo que confirmen la entrega exitosa de datos dentro de la sesión TCP, si en un tiempo determinado este acuse no es recibido los datos se retransmiten al destino. Dentro de la capa de transporte los números de puerto no pueden tener dos servicios asignados a un servidor individual por esto se debe mejorar la seguridad en un servidor y se limita el acceso al servidor a aquellos puertos asociados con las aplicaciones accesibles a solicitudes. Se deben cumplir tres pasos para que exista una conexión TCP, primero el cliente inicia la conexión enviando un segmento, después el servidor responde con un segmento de valor reconocido y finalmente el cliente que inicio la conexión responde con un valor de afirmación, de esta forma queda establecida la comunicación. Sin embargo para establecer la comunicación en el proceso de cliente UDP se selecciona al azar un número de puerto del rango dinámico y lo utiliza como puerto de origen para establecer la conexión, el cual colaborará con la seguridad. Al elegir los puertos de origen y destino se utilizan al principio de los datagramas que utilicen la transacción, para la devolución de datos del servidor al cliente, se invierten los números de puerto de origen y destino en el encabezado del datagrama.
1.6.7 Capa de sesión.
Este nivel es el encargado de proveer servicios de conexión entre las aplicaciones, tales como iniciar, mantener y finalizar una sesión. Establece, mantiene, sincroniza y administra el diálogo entre aplicaciones remotas.
Cuando establecemos una comunicación y que se nos solicita un comando como login, estamos iniciando una sesión con un host remoto y podemos referenciar esta función con el nivel de sesión del modelo OSI. Del mismo modo, cuando se nos notifica de una suspensión en el proceso de impresión por falta de papel en la impresora, es el nivel de sesión el encargado de notificarnos de esto y de todo lo relacionado con la administración de la sesión. Cuando deseamos finalizar una sesión, quizá mediante un logout, es el nivel de sesión el que se encargará de sincronizar y atender nuestra petición a fin de liberar los recursos de procesos y canales (lógicos y físicos) que se hayan estado utilizando.
NetBIOS (Network Basic Input/Output System) es un protocolo que se referencia en el nivel de sesión del modelo OSI, al igual que el RPC (Remote Procedure Call) utilizado en el modelo cliente-servidor.
En Resumen se puede decir que la capa de Sesión es un espacio en tiempo que se asigna al acceder al sistema por medio de un login en el cual obtenemos acceso a los recursos del mismo servidor conocido como "circuitos virtuales".La información que utiliza nodos intermedios que puede seguir una trayectoria no lineal se conoce como "sin conexión".
1.6.8 Capa de presentación.
Se refiere a la forma en que los datos son representados en una computadora. Proporciona conversión de códigos y reformateo de datos de la aplicación del usuario. Es sabido que la información es procesada en forma binaria y en este nivel se llevan a cabo las adaptaciones necesarias para que pueda ser presentada de una manera mas accesible.
Códigos como ASCII (American Standard Code for Information Interchange) y EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), que permiten interpretar los datos binarios en caracteres que puedan ser fácilmente manejados, tienen su posicionamiento en el nivel de presentación del modelo OSI.
Los sistemas operativos como DOS y UNIX también se ubican en este nivel, al igual que los códigos de comprensión y encriptamiento de datos. El nivel de Presentación negocia la sintaxis de la transferencia de datos hacia el nivel de aplicación.
En Resumen se dice que la capa de Presentación es aquella que provee representación de datos, es decir, mantener la integridad y valor de los datos independientemente de la representación.
1.6.9 Capa de aplicación.
Es el nivel más cercano al usuario y a diferencia de los demás niveles, por ser el más alto o el último, no proporciona un servicio a ningún otro nivel.
Cuando se habla de aplicaciones lo primero que viene a la mente son las aplicaciones que procesamos, es decir, nuestra base de datos, una hoja de cálculo, un archivo de texto, etc., lo cual tiene sentido ya que son las aplicaciones que finalmente deseamos transmitir. Sin embargo, en el contexto del Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos, al hablar del nivel de Aplicación no nos estamos refiriendo a las aplicaciones que acabamos de citar. En OSI el nivel de aplicación se refiere a las aplicaciones de red que vamos a utilizar para transportar las aplicaciones del usuario. FTP (File Transfer Protocol), Mail, Rlogin, Telnet, son entre otras las aplicaciones incluidas en el nivel 7 del modelo OSI y sólo cobran vida al momento de requerir una comunicación entre dos entidades. Es por eso que al principio se citó que el modelo OSI tiene relevancia en el momento de surgir la necesidad de intercomunicar dos dispositivos
disímiles, aunque OSI vive potencialmente en todo dispositivo de cómputo y de telecomunicaciones.
En Resumen se puede decir que la capa de aplicación es una sesión específica de aplicación (API), es decir, son los programas que ve el usuario.
Figura 1.3
1.7 Topología de red.
1.7.1 Concepto.
La topología de red se define como la cadena de comunicación que los nodos conforman una red usada para comunicarse. Un ejemplo claro de esto es la topología de árbol, la cual es llamada así por su apariencia estética, por la cual puede comenzar con la inserción del servicio de internet desde el proveedor, pasando por el router, luego por un switch y este deriva a otro switch u otro router o sencillamente a los hosts (estaciones de trabajo, pc o como quieran llamarle), el resultado de esto es una red con apariencia de árbol porque desde el primer router que se tiene se ramifica la distribución de internet dando lugar a la creación de nuevas redes y/o subredes tanto internas como externas. Tipos. Una red tiene dos diferentes topologías: una física y una lógica. La topología física es la disposición física actual de la red, la manera en que los nodos están conectados unos con otros. La topología lógica es el método que se usa para comunicarse con los demás nodos, la ruta que toman los datos de la red entre los diferentes nodos de la misma. Las topologías física y lógica pueden ser iguales o diferentes. Las topologías de red más comunes son: bus, anillo, estrella, estrella jerárquica y malla.
1.7.2 Topología de bus.
En la topología de bus todos los nodos (computadoras) están conectados a un circuito común (bus o cable backbone).
La información que se envía de una computadora a otra viaja directamente o indirectamente, si existe un controlador que enruta los datos al destino correcto.
La información viaja por el cable en ambos sentidos a una velocidad aproximada de 10/100 Mbps y tiene en sus dos extremos una resistencia (terminador).
Se pueden conectar una gran cantidad de computadores al bus, si un computador falla, la comunicación se mantiene, no sucede lo mismo si el bus es el que falla.
El tipo de cableado que se usa puede ser coaxial, par trenzado o fibra óptica
Figura 1.4 Estructura física de una topologia de bus.
1.7.3 Topología de anillo.
La topología en anillo se caracteriza por un camino unidireccional cerrado que conecta todos los nodos. Dependiendo del control de acceso al medio, se dan nombres distintos a esta topología: Bucle; se utiliza para designar aquellos anillos en los que el control de acceso está centralizado (una de las estaciones se encarga de controlar el acceso a la red). Anillo; se utiliza cuando el control de acceso está distribuido por toda la red. Como las características de uno y otro tipo de la red son prácticamente las mismas, utilizamos el término anillo para las dos. En cuanto a fiabilidad, presenta características similares al Bus: la avería de una estación puede aislarse fácilmente, pero una avería en el cable inutiliza la red. Sin embargo, un problema de este tipo es más fácil de localizar, ya que el cable se encuentra físicamente dividido por las estaciones. Las redes de éste tipo, a menudo, se conectan formando topologías físicas distintas al anillo, pero conservando la estructura lógica (camino lógico unidireccional) de éste. Un ejemplo de esto es la topología en anillo/estrella. En esta topología los nodos están unidos físicamente a un conector central (llamado concentrador de cables o centro de cableado) en forma de estrella, aunque se sigue conservando la lógica del anillo (los mensajes pasan por todos los nodos). Cuando uno de los nodos falla, el concentrador aísla el nodo dañado del
resto del anillo y permite que continúe el funcionamiento normal de la red. Un concentradoradmite del orden de 10 nodos. Para expandir el anillo, se pueden conectar varios concentradores entre sí formando otro anillo, de forma que los procedimientos de acceso siguen siendo los mismos. Para prevenir fallos en esta configuración se puede utilizar un anillo de protección o respaldo.
Figura 1.5 Estructura física de una topología de anillo.
1.7.4 Topología de estrella.
La topología en estrella se caracteriza por tener todos sus nodos conectados a un controlador central. Todas las transacciones pasan a través del nodo central, siendo éste el encargado de gestionar y controlar todas las comunicaciones. Por este motivo, el fallo de un nodo en particular es fácil de detectar y no daña el resto de la red, pero un fallo en el nodo central desactiva la red completa. Una forma de evitar un solo controlador central y además aumentar el límite de conexión de nodos, así como una mejor adaptación al entorno, sería utilizar una topología en estrella distribuida. Este tipo de topología está basada en la topología en estrella pero distribuyendo los nodos en varios controladores centrales. El inconveniente de este tipo de topología es que aumenta el número de puntos de mantenimiento.
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1.7.5 Topología de estrella jerárquica.
La topología en estrella jerárquica es igual a la topología en estrella, con la diferencia de que cada nodo que se conecta con el nodo central también es el centro de otra estrella. Generalmente el nodo central está ocupado por un hub o un switch, y los nodos secundarios por hubs. La ventaja de esto es que el cableado es más corto y limita la cantidad de dispositivos que se deben interconectar con cualquier nodo central.
La topología en estrella jerárquica es sumamente extendida, y busca que la información se mantenga local. Esta es la forma de conexión utilizada actualmente por el sistema telefónico.
Figura 1.7 Red de estrella gerárquica.
1.7.6 Topología de malla.
La topología en malla principalmente nos ofrece redundancia. En esta topología todas las computadoras están interconectadas entre sí por medio de un tramado de cables. Esta configuración provee redundancia porque si un cable falla hay otros que permiten mantener la comunicación. Esta topología requiere mucho cableado por lo que se la considera muy costosa. Muchas veces la topología MALLA se va a unir a otra topología para formar una topología híbrida.
1.8 Redes por su alcance.
Las redes de ordenadores se pueden clasificar según la escala o el grado del alcance de la red, por ejemplo como red personal del área (PAN), la red de área local (LAN), red del área del campus (CAN), red de área metropolitana (MAN), o la red de área amplia (WAN).
1.8.1 Red de área personal (PAN)
(Personal Area Network) es una red de ordenadores usada para la comunicación entre los dispositivos de la computadora (teléfonos incluyendo las ayudantes digitales personales) cerca de una persona. Los dispositivos pueden o no pueden pertenecer a la persona en cuestión. El alcance de una PAN es típicamente algunos metros. Las PAN se pueden utilizar para la comunicación entre los dispositivos personales de ellos mismos (comunicación del intrapersonal), o para conectar con una red de alto nivel y el Internet (un up link). Las redes personales del área se pueden conectar con cables con los buses de la computadora tales como USB y FireWire. Una red personal sin hilos del área (WPAN) se puede también hacer posible con tecnologías de red tales como IrDA y Bluetooth.
Figura 1.9 Red pan.
1.8.2 Red de área local (LAN)
Es un sistema de comunicación entre computadoras que permite compartir información, con la característica de que la distancia entre las computadoras debe ser pequeña. Estas redes son usadas para la interconexión de computadores personales y estaciones de trabajo. Se caracterizan por: tamaño restringido, tecnología de transmisión (por lo general broadcast), alta velocidad y topología.
Son redes con velocidades entre 10 y 100 Mbps, tiene baja latencia y baja tasa de errores. Cuando se utiliza un medio compartido es necesario un mecanismo de arbitraje para resolver conflictos.
Dentro de este tipo de red podemos nombrar a INTRANET, una red privada que utiliza herramientas tipo internet, pero disponible solamente dentro de la organización.
Figura 1.10 Estructura física de una red LAN.
1.8.3 Red de área de campus (CAN)
Se deriva a una red que conecta dos o más LANs los cuales deben estar conectados en un área geográfica específica tal como un campus de universidad, un complejo industrial o una base militar.
1.8.4 Red de área metropolitana (MAN)
Este tipo de redes es una versión más grande que la LAN y que normalmente se basa en una tecnología similar a esta, La principal razón para distinguir una MAN con una categoría especial es que se ha adoptado un estándar para que funcione, que equivale a la norma IEEE.
Las redes Man también se aplican en las organizaciones, en grupos de oficinas corporativas cercanas a una ciudad, estas no contienen elementos de conmutación, los cuales desvían los paquetes por una de varias líneas de salida potenciales. Estas redes pueden ser públicas o privadas.
Las redes de área metropolitana, comprenden una ubicación geográfica determinada "ciudad, municipio", y su distancia de cobertura es mayor de 4 Kmts. Son redes con dos buses unidireccionales, cada uno de ellos es independiente del otro en cuanto a la transferencia de datos.
Figura 1.12 Estructura física de una red MAN.
1.8.5 Red de área amplia (WAN)
Son redes que cubren una amplia región geográfica, a menudo un país o un continente. Este tipo de redes contiene máquinas que ejecutan programas de usuario llamadas hosts o sistemas finales (end system). Los sistemas finales están conectados a una subred de comunicaciones. La función de la subred es transportar los mensajes de un host a otro.
En la mayoría de las redes de amplia cobertura se pueden distinguir dos componentes: Las líneas de transmisión y los elementos de intercambio (Conmutación). Las líneas de transmisión se conocen como circuitos, canales o troncales. Los elementos de intercambio son computadores especializados utilizados para conectar dos o más líneas de transmisión.
Las redes de área local son diseñadas de tal forma que tienen topologías simétricas, mientras que las redes de amplia cobertura tienen topología irregular. Otra forma de lograr una red de amplia cobertura es a través de satélite o sistemas de radio.
Figura 1.13 Red WAN.
1.9 Redes por su nivel funcional.
1.9.1 Red cliente-Servidor.
La red Cliente/Servidor es aquella red de comunicaciones en la que todos los clientes están conectados a un servidor, en el que se centralizan los diversos recursos y aplicaciones con que se cuenta; y que los pone a disposición de los clientes cada vez que estos son solicitados. Esto significa que todas las gestiones que se realizan se concentran en el servidor, de manera que en él se disponen los requerimientos provenientes de los clientes que tienen prioridad, los archivos que son de uso público y los que son de uso restringido, los archivos que son de sólo lectura y los que, por el contrario, pueden ser modificados, etc. En este tipo de redes los roles están bien definidos y no se intercambian: los clientes en ningún momento pueden tener el rol de servidores y viceversa. Esta es la diferencia fundamental con las redes peer-to-peer
(P2P) que son aquellas en donde no hay un rol fijo ya que el papel de cada uno puede alterarse: cualquiera puede ser cliente o servidor indistintamente.
Este modelo de red Cliente/Servidor comenzó a utilizarse en la década de los noventa, y actualmente está siendo muy utilizada en las empresas, especialmente en aquellas que se manejan grandes volúmenes de datos. Uno de los motivos es que de esta manera se puede mantener un control centralizado de la información, aportando con esto mayor seguridad y mayor rendimiento a menores costos.
Figura 1.14 Red en nivel funcional cliente-servidor.
1.9.2 Redes peer-to-peer (P2P)
Una red peer-to-peer (P2P) o red de pares, es una red de computadoras en la que todos o algunos aspectos de esta funcionan sin clientes ni servidores fijos, sino una serie de nodos que se comportan como iguales entre si. Es decir, actúan simultáneamente como clientes y servidores respecto a los demás nodos de la red.
1.10 Medios de transmisión.
1.10.1. Concepto
El medio de transmisión constituye el soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse en un sistema de transmisión de datos. Distinguimos dos tipos de medios: guiados y no guiados. En ambos casos la transmisión se realiza por medio de ondas electromagnéticas. Los medios guiados conducen (guían) las ondas a través de un camino físico, ejemplos de estos medios son el cable coaxial, la fibra óptica y el par trenzado. Los medios no guiados proporcionan un soporte para que las ondas se transmitan, pero no las dirigen; como ejemplo de ellos tenemos el aire y el vacío. La naturaleza del medio junto con la de la señal que se transmite a través de él constituye los factores determinantes de las características y la calidad de la transmisión. En el caso de medios guiados es el propio medio el que determina principalmente las limitaciones de la transmisión: velocidad de transmisión de los datos, ancho de banda que puede soportar y espaciado entre repetidores.
1.10.2. Medios de transmisión guiados.
1.10.2.1 Especificaciones de cables
Los cables tienen distintas especificaciones y generan distintas expectativas acerca de su rendimiento.
• La velocidad de transmisión de bits por el cable es de suma importancia. El tipo de conducto utilizado afecta la velocidad de la transmisión.
• La transmisión digital o de banda base y la transmisión con base analógica o de banda ancha son tipos de transmisiones a través de cable.
• La distancia recorrida por la señal a través del cable afecta directamente la atenuación de la señal. La degradación de la señal está directamente relacionada con la distancia que recorre la señal y el tipo de cable que se utiliza.
Figura 1.15 Nomenclatura estándar para cableado.
Algunos ejemplos de las especificaciones de Ethernet que están relacionadas con el tipo de cable son:
10BASE-T se refiere a la velocidad de transmisión a 10 Mbps. El tipo de transmisión es de banda base o digitalmente interpretada. T significa par trenzado.
10BASE5 se refiere a la velocidad de transmisión a 10 Mbps. El tipo de transmisión es de banda base o digitalmente interpretada. El 5 representa la capacidad que tiene el cable para permitir que la señal recorra aproximadamente 500 metros antes de que la atenuación interfiera con la capacidad del receptor de interpretar correctamente la señal recibida. 10BASE5 a menudo se denomina "Thicknet". Thicknet es, en realidad, un tipo de red, mientras que 10BASE5 es el cableado que se utiliza en dicha red.
10BASE2 se refiere a la velocidad de transmisión a 10 Mbps. El tipo de transmisión es de banda base o digitalmente interpretada. El 2, en 10BASE2, se refiere a la longitud
máxima aproximada del segmento de 200 metros antes que la atenuación perjudique la habilidad del receptor para interpretar propiadamente la señal que se recibe. La longitud máxima del segmeto es en reallidad 185 metros. 10BASE2 a menudo se denomina “Thinnet”. Thinnet es, en realidad, un tipo de red, mientras que 10BASE2 es el cableado que se utiliza en dicha red.
1.10.2.2 Cable coaxial
El cable coaxial consiste de un conductor de cobre rodeado de una capa de aislante flexible. El conductor central también puede ser hecho de un cable de aluminio cubierto de estaño que permite que el cable sea fabricado de forma económica. Sobre este material aislante existe una malla de cobre tejida u hoja metálica que actúa como el segundo hilo del circuito y como un blindaje para el conductor interno. Esta segunda capa, o blindaje, también reduce la cantidad de interferencia electromagnética externa. Cubriendo la pantalla está la chaqueta del cable.
Figura 1.16 Estructura física del cable coaxial.
1.10.2.3 Par trenzado.
Este consiste en dos alambres de cobre aislados, en general de 1mm de espesor. Los alambres se entrelazan en forma helicoidal, como en una molécula de ADN. La forma trenzada del cable se utiliza para reducir la interferencia eléctrica con respecto a los pares cercanos que se encuentran a su alrededor. Los pares trenzados se pueden utilizar tanto para transmisión analógica como digital, y su ancho de banda depende del calibre del alambre y de la distancia que recorre; en muchos casos pueden obtenerse transmisiones de varios megabits, en distancias de pocos kilómetros. Debido a su adecuado comportamiento y bajo costo, los pares trenzados se utilizan ampliamente y es probable que su presencia permanezca por muchos años.
1.10.2.4 Cable STP
El cable de par trenzado blindado (STP) combina las técnicas de blindaje, cancelación y trenzado de cables. Cada par de hilos está envuelto en un papel metálico. Los dos pares de hilos están envueltos juntos en una trenza o papel metálico. Generalmente es un cable de 150 ohmios. Según se especifica para el uso en instalaciones de redes Token Ring, el STP reduce el ruido eléctrico dentro del cable como, por ejemplo, el acoplamiento de par a par y la diafonía. El STP también reduce el ruido electrónico desde el exterior del cable, como, por ejemplo, la interferencia electromagnética (EMI) y la interferencia de radiofrecuencia (RFI). El cable de par trenzado blindado comparte muchas de las ventajas y desventajas del cable de par trenzado no blindado (UTP). El cable STP brinda mayor protección ante toda clase de interferencias externas, pero es más caro y de instalación más difícil que el UTP.
Figura 1.17 Estructura física del cable par trenzado STP.
1.10.2.5 Cable UTP
El cable de par trenzado no blindado (UTP) es un medio de cuatro pares de hilos que se utiliza en diversos tipos de redes. Cada uno de los 8 hilos de cobre individuales del cable UTP está revestido de un material aislante. Además, cada par de hilos está trenzado. Este tipo de cable cuenta sólo con el efecto de cancelación que producen los pares trenzados de hilos para limitar la degradación de la señal que causan la EMI y la RFI. Para reducir aún más la diafonía entre los pares en el cable UTP, la cantidad de trenzados en los pares de hilos varía. Al igual que el cable STP, el cable UTP debe seguir especificaciones precisas con respecto a cuánto trenzado se permite por unidad de longitud del cable.
Figura 1.18 Estructura física del cable par trenzado UTP.
1.10.2.6 Fibra óptica
El espectro electromagnético
La luz que se utiliza en las redes de fibra óptica es un tipo de energía electromagnética. Cuando una carga eléctrica se mueve hacia adelante y hacia atrás, o se acelera, se produce un tipo de energía denominada energía electromagnética. Esta energía, en forma de ondas, puede viajar a través del vacío, el aire y algunos materiales como el vidrio. Una propiedad importante de toda onda de energía es la longitud de onda.
Cada cable de fibra óptica que se usa en networking está compuesto de dos fibras de vidrio envueltas en revestimientos separados. Una fibra transporta los datos transmitidos desde un dispositivo A a un dispositivo B. La otra transporta los datos desde el dispositivo B hacia el dispositivo A. Las fibras son similares a dos calles de un solo sentido que corren en sentido opuesto. Esto proporciona una comunicación full-duplex. El par trenzado de cobre utiliza un par de hilos para transmitir y un par de hilos para recibir. Los circuitos de fibra óptica usan una hebra de fibra para transmitir y una para recibir.. En general, estos dos cables de fibra se encuentran en un solo revestimiento exterior hasta que llegan al punto en el que se colocan los conectores.
Además, la transmisión de la luz en la fibra de un cable no genera interferencia que afecte la transmisión en cualquier otra fibra. Esto significa que la fibra no tiene el problema de diafonía que sí tienen los medios de cobre. De hecho, la calidad de los enlaces de fibra óptica es tan buena que los estándares recientes para Gigabit y 10 Gigabit Ethernet establecen distancias de transmisión que superan de lejos el tradicional alcance de 2 kilómetros de la Ethernet original. La transmisión por fibra óptica permite que se utilice el protocolo de Ethernet en las Redes de Área Metropolitana (MANs) y en las Redes de Área Amplia (WAN). Aunque la fibra es el mejor de todos los medios de transmisión a la hora de transportar grandes cantidades de datos a grandes distancias, la fibra también presenta dificultades. Cuando la luz viaja a través de la fibra, se pierde parte de la energía de la luz. Cuanto mayor es la distancia a la que se envía una señal a través de una fibra, más fuerza pierde la señal. Esta atenuación de la señal se debe a diversos factores implícitos en la naturaleza de la fibra en sí. El factor más importante es la dispersión. La dispersión de la luz dentro de una fibra es producida por defectos microscópicos en la uniformidad (distorsiones) de la fibra que reflejan y dispersan parte de la energía de la luz.
1.10.3 Medios de transmisión no guiados.
Se utilizan como medios no guiados, principalmente el aire. Se radia energía electromagnética por medio de una antena y luego se recibe esta energía con otra antena. Hay dos configuraciones para la emisión y recepción de esta energía: direccional y omnidireccional. En la direccional, toda la energía se concentra en un haz que es emitido en una cierta dirección, por lo que tanto el emisor como el receptor deben estar alineados. En el método omnidireccional, la energía es dispersada en múltiples direcciones, por lo que varias antenas pueden captarla. Cuanto mayor es la frecuencia de la señal a transmitir, más factible es la transmisión unidireccional.
Por tanto, para enlaces punto a punto se suelen utilizar microondas (altas frecuencias). Para enlaces con varios receptores posibles se utilizan las ondas de radio (bajas frecuencias). Los infrarrojos se utilizan para transmisiones a muy corta distancia (en una misma habitación).
1.10.3.1. Microondas terrestres
Suelen utilizarse antenas parabólicas. Para conexionas a larga distancia, se utilizan conexiones intermedias punto a punto entre antenas parabólicas. Se suelen utilizar en sustitución del cable coaxial o las fibras ópticas ya que se necesitan menos repetidores y amplificadores, aunque se necesitan antenas alineadas. Se usan para transmisión de televisión y voz. La principal causa de pérdidas es la atenuación debido a que las pérdidas aumentan con el cuadrado de la distancia (con cable coaxial y par trenzado son logarítmicas). La atenuación aumenta con las lluvias.
Las interferencias es otro inconveniente de las microondas ya que al proliferar estos sistemas, pude haber más solapamientos de señales.
Figura 1.20 Esquema de una red por microondas.
1.10.3.2. Microondas por satélite
El satélite recibe las señales y las amplifica o retransmite en la dirección adecuada. Para mantener la alineación del satélite con los receptores y emisores de la tierra, el satélite debe ser geoestacionario. Se suele utilizar este sistema para: Difusión de televisión, transmisión telefónica a larga distancia, redes privadas. El rango de frecuencias para la recepción del satélite debe ser diferente del rango al que este emite, para que no haya interferencias entre las señales que ascienden y las que descienden. Debido a que la señal tarda un pequeño intervalo de tiempo desde que sale del emisor en la Tierra hasta que es devuelta al receptor o receptores, ha de tenerse cuidado con el control de errores y de flujo de la señal. Las diferencias entre las ondas de radio y las microondas son: Las microondas son unidireccionales y las ondas de radio omnidireccionales, las microondas son más sensibles a la atenuación producida por la lluvia, que las ondas de radio , al poder reflejarse estas ondas en el mar u otros objetos , pueden aparecer múltiples señales "hermanas" .
Figura 1.21 Esquema de una red por microondas via satélite.
1.10.3.3. Infrarrojos
Los emisores y receptores de infrarrojos deben estar alineados o bien estar en línea tras la posible reflexión de rayo en superficies como las paredes. En infrarrojos no existen problemas de seguridad ni de interferencias ya que estos rayos no pueden atravesar los objetos (paredes por ejemplo). Tampoco es necesario permiso para su utilización (en microondas y ondas de radio si es necesario un permiso para asignar una frecuencia de uso).
Figura 1.22 Dispositivos infrarrojos.
1.11 Modos de transmisión de datos.
La comunicación en los medios informáticos se realiza de dos maneras
1.11.1 Paralelo
Todos los bits se transmiten simultáneamente, existiendo luego un tiempo antes de la transmisión del siguiente bloque.
Este tipo de transmisión tiene lugar en el interior de una maquina o entre maquinas cuando la distancia es muy corta. La principal ventaja de esto modo de transmitir datos es la velocidad de transmisión y la mayor desventaja es el costo. También puede llegar a considerarse una transmisión en paralelo, aunque se realice sobre una sola línea, al caso de multiplexación de datos, donde los diferentes datos se encuentran intercalados durante la transmisión.
Transmisión en paralelo Figura 1.23
1.11.2. Serie
En este caso los n bits que componen un mensaje se transmiten uno detrás de otro por la misma línea.
Transmisión en serie Figura 1.24
A la salida de una maquina los datos en paralelo se convierten los datos en serie, los mismos se transmiten y luego en el receptor tiene lugar el proceso inverso, volviéndose a obtener los datos en paralelo. La secuencia de bits transmitidos es por orden de peso creciente y generalmente el último bit es de paridad. EI aspecto fundamental de la transmisión serie es el sincronismo, entendiéndose como tal al procedimiento mediante el cual transmisor y receptor reconocen los ceros y unos de los bits de igual forma.
El sincronismo puede tenerse a nivel de bit, de byte o de bloque, donde en cada caso se identifica el inicio y finalización de los mismos.
Dentro de la transmisión serie existen dos formas:
1.11.3. Transmisión asincrónica
Es también conocida como Stara/stop. Requiere de una señal que identifique el inicio del carácter y a la misma se la denomina bit de arranque. También se requiere de otra señal denominada señal de parada que indica la finalización del carácter o bloque.
Formato de un carácter
Figura 1.25 Estructura de datos de una transmision asíncrona.
Generalmente cuando no hay transmisión, una línea se encuentra en un nivel alto. Tanto el transmisor como el receptor, saben cuál es la cantidad de bits que componen el carácter (en el ejemplo son 7).
Los bits de parada son una manera de fijar qué delimita la cantidad de bits del carácter y cuando se transmite un conjunto de caracteres, luego de los bits de parada existe un bit de arranque entre los distintos caracteres.
A pesar de ser una forma comúnmente utilizada, la desventaja de la transmisión asincrónica es su bajo rendimiento, puesto que como en el caso del ejemplo, el carácter tiene 7 bits pero para efectuar la transmisión se requieren 10. O sea que del total de bits transmitidos solo el 70% pertenecen a datos.
1.11.4. Transmisión sincrónica
En este tipo de transmisión es necesario que el transmisor y el receptor utilicen la misma frecuencia de clock en ese caso la transmisión se efectúa en bloques, debiéndose definir dos grupos de bits denominados delimitadores, mediante los cuales se indica el inicio y el fin de cada bloque.
Este método es más efectivo por que el flujo de información ocurre en forma uniforme, con lo cual es posible lograr velocidades de transmisión más altas.
Para lograr el sincronismo, el transmisor envía una señal de inicio de transmisión mediante la cual se activa el clock del receptor. A partir de dicho instante transmisor y receptor se encuentran sincronizados.
Otra forma de lograr el sincronismo es mediante la utilización de códigos auto sincronizantes los cuales permiten identificar el inicio y el fin de cada bit.
1.11.5 Canal de Comunicación
Se denomina así al recurso físico que hay que establecer entre varios medios de transmisión para establecer la comunicación. Al canal de comunicación también se lo denomina vínculo o enlace.
1.11.6. Tipos de comunicación
1.11.6.1 Simplex
En este caso el transmisor y el receptor están perfectamente definidos y la comunicación es unidireccional. Este tipo de comunicaciones se emplean usualmente en redes de radiodifusión, donde los receptores no necesitan enviar ningún tipo de dato al transmisor.
1.11.6.2 Half Duplex
En este caso ambos extremos del sistema de comunicación cumplen funciones de transmisor y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos pero no simultáneamente. Este tipo de comunicación se utiliza habitualmente en la interacción entre terminales y un computador central.
Figura 1.27 Comunicación bidireccional no simultánea.
1.11.6.3. Full Duplex
El sistema es similar al dúplex, pero los datos se desplazan en ambos sentidos simultáneamente. Para ello ambos transmisores poseen diferentes frecuencias de transmisión o dos caminos de comunicación separados, mientras que la comunicación semi-duplex necesita normalmente uno solo. Para el intercambio de datos entre computadores este tipo de comunicaciones son más eficientes que las transmisiones semi-duplex.
CAPITULO II TCP/IP
2.1 ¿Qué es TCP/IP?
TCP/IP es el protocolo común utilizado por todos los ordenadores conectados a Internet, de manera que éstos puedan comunicarse entre sí. Hay que tener en cuenta que en Internet se encuentran conectados ordenadores de clases muy diferentes y con hardware y software incompatibles en muchos casos, además de todos los medios y formas posibles de conexión.
Aquí se encuentra una de las grandes ventajas del TCP/IP, pues este protocolo se encargará de que la comunicación entre todos sea posible. TCP/IP es compatible con cualquier sistema operativo y con cualquier tipo de hardware.
TCP/IP no es un único protocolo, sino que es en realidad lo que se conoce con este nombre es un conjunto de protocolos que cubren los distintos niveles del modelo OSI. Los dos protocolos más importantes son el TCP (Transmission Control Protocol) y el IP (Internet Protocol), que son los que dan nombre al conjunto. En Internet se diferencian cuatro niveles o capas en las que se agrupan los protocolos, y que se relacionan con los niveles OSI de la siguiente manera:
Aplicación: Se corresponde con los niveles OSI de aplicación, presentación y sesión. Aquí se incluyen protocolos destinados a proporcionar servicios, tales como correo electrónico (SMTP), transferencia de ficheros (FTP), conexión remota (TELNET) y otros más recientes como el protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol).
Transporte: Coincide con el nivel de transporte del modelo OSI. Los protocolos de este nivel, tales como TCP y UDP, se encargan de manejar los datos y proporcionar la fiabilidad necesaria en el transporte de los mismos.
Internet: Es el nivel de red del modelo OSI. Incluye al protocolo IP, que se encarga de enviar los paquetes de información a sus destinos correspondientes. Es utilizado con esta finalidad por los protocolos del nivel de transporte.
Enlace: Los niveles OSI correspondientes son el de enlace y el nivel físico. Los protocolos que pertenecen a este nivel son los encargados de la transmisión a través del medio físico al que se encuentra conectado cada host, como puede ser una línea punto a punto o una red Ethernet.
El TCP/IP necesita funcionar sobre algún tipo de red o de medio físico que proporcione sus propios protocolos para el nivel de enlace de Internet. Por este motivo hay que tener en cuenta que los protocolos utilizados en este nivel pueden ser muy diversos y no forman parte del conjunto TCP/IP, sin embargo, esto no debe ser problemático puesto que una de las funciones y ventajas principales del TCP/IP es proporcionar una abstracción del medio de forma que sea posible el intercambio de información entre medios diferentes y tecnologías que inicialmente son incompatibles.
Para transmitir información a través de TCP/IP, ésta debe ser dividida en unidades de menor tamaño. Esto proporciona grandes ventajas en el manejo de los datos que se transfieren y, por otro lado, esto es algo común en cualquier protocolo de comunicaciones. En TCP/IP cada una de estas unidades de información recibe el nombre de "datagrama" (datagram), y son conjuntos de datos que se envían como mensajes independientes.
TCP (Transmission Control Protocol).
El protocolo de control de transmisión (TCP) pertenece al nivel de transporte, siendo el encargado de dividir el mensaje original en datagramas de menor tamaño, y por lo tanto, mucho más manejables. Los datagramas serán dirigidos a través del protocolo IP de forma individual. El protocolo TCP se encarga además de añadir cierta información necesaria a cada uno de los datagramas. Esta información se añade al inicio de los datos que componen el datagrama en forma de cabecera.
La cabecera de un datagrama contiene al menos 160 bit que se encuentran repartidos en varios campos con diferente significado. Cuando la información se divide en datagramas para ser enviados, el orden en que éstos lleguen a su destino no tiene que ser el correcto. Cada uno de ellos puede llegar en cualquier momento y con cualquier orden, e incluso puede que algunos no lleguen a su destino o lleguen con información errónea.
Para evitar todos estos problemas el TCP numera los datagramas antes de ser enviados, de manera que sea posible volver a unirlos en el orden adecuado. Esto permite también solicitar de nuevo el envío de los datagramas individuales que no hayan llegado o que contengan errores, sin que sea necesario volver a enviar el mensaje completo.
· Formato de la cabecera TCP. · Puerto origen Puerto destino · Número de secuencia
· Señales de confirmación
· Tamaño Reservado Bits de control Window · Checksum Puntero a datos urgentes
A continuación de la cabecera puede existir información opcional. En cualquier caso el tamaño de la cabecera debe ser múltiplo de 32 bits, por lo que puede ser necesario añadir un campo de tamaño variable y que contenga ceros al final para conseguir este objetivo cuando se incluyen algunas opciones.
El campo de tamaño contiene la longitud total de la cabecera TCP expresada en el número de palabras de 32 bits que ocupa. Esto permite determinar el lugar donde comienzan los datos.
Dos campos incluidos en la cabecera y que son de especial importancia son los números de puerto de origen y puerto de destino. Los puertos proporcionan una manera de distinguir entre las distintas transferencias, ya que un mismo ordenador puede estar utilizando varios servicios o transferencias simultáneamente, e incluso puede que por medio de usuarios distintos.
El puerto de origen contendrá un número cualquiera que sirva para realizar esta distinción. Además, el programa cliente que realiza la petición también se debe conocer el número de puerto en el que se encuentra el servidor adecuado.
Mientras que el programa del usuario utiliza números prácticamente aleatorios, el servidor deber tener asignado un número estándar para que pueda ser utilizado por el cliente. (Por ejemplo, en el caso de la transferencia de ficheros FTP el número oficial es el 21). Cuando es el servidor el que envía los datos, los números de puertos de origen y destino se intercambian.
En la transmisión de datos a través del protocolo TCP la fiabilidad es un factor muy importante. Para poder detectar los errores y pérdida de información en los datagramas, es necesario que el cliente envíe de nuevo al servidor unas señales de confirmación una vez que se ha recibido y comprobado la información satisfactoriamente.
Estas señales se incluyen en el campo apropiado de la cabecera del datagrama (Acknowledgment Number), que tiene un tamaño de 32 bit. Si el servidor no obtiene la señal de confirmación adecuada transcurrido un período de tiempo razonable, el datagrama completo se volverá a enviar. Por razones de eficiencia los datagramas se envían continuamente sin esperar la confirmación, haciéndose necesaria la numeración de los mismos para que puedan ser ensamblados en el orden correcto.
También puede ocurrir que la información del datagrama llegue con errores a su destino. Para poder detectar cuando sucede esto se incluye en la cabecera un campo de 16 bit, el cual contiene un valor calculado a partir de la información del datagrama completo (checksum). En el otro extremo el receptor vuelve a calcular este valor, comprobando que es el mismo que el suministrado en la cabecera.
Si el valor es distinto significaría que el datagrama es incorrecto, ya que en la cabecera o en la parte de datos del mismo hay algún error.
La forma en que TCP numera los datagramas es contando los bytes de datos que contiene cada uno de ellos y añadiendo esta información al campo correspondiente de la cabecera del datagrama siguiente. De esta manera el primero empezará por cero, el segundo contendrá un número que será igual al tamaño en bytes de la parte de datos del datagrama anterior, el tercero con la suma de los dos anteriores, y así sucesivamente. Por ejemplo, para un tamaño fijo de 500 bytes de datos en cada datagrama, la numeración sería la siguiente: 0 para el primero, 500 para el segundo, 1000 para el tercero, etc.
Existe otro factor más a tener en cuenta durante la transmisión de información, y es la potencia y velocidad con que cada uno de los ordenadores puede procesar los datos que le son enviados. Si esto no se tuviera en cuenta, el ordenador de más potencia podría enviar la información demasiado rápido al receptor, de manera que éste no pueda procesarla.
Este inconveniente se soluciona mediante un campo de 16 bit (Window) en la cabecera TCP, en el cual se introduce un valor indicando la cantidad de información que el receptor está preparado para procesar. Si el valor llega a cero será necesario que el emisor se detenga. A medida que la información es procesada este valor aumenta indicando disponibilidad para continuar la recepción de datos.
2.1.1 Arquitectura de TCP/IP
TCP se diseñó para un entorno que resultaba poco usual para los años 70 pero que ahora es habitual. El protocolo TCP/IP debía conectar equipos de distintos fabricantes. Debía ser capaz de ejecutarse en diferentes tipos de medio y enlace de datos. Debía unir conjuntos de redes en una sola Internet de forma que todos sus usuarios pudiesen acceder a un conjunto de servicios genéricos.
Más aún, los desarrolladores, académicos, militares y gubernamentales de TCP/IP querían poder conectar nuevas redes sin necesidad de detener el servicio. Estos requisitos perfilaron la arquitectura del protocolo, la necesidad de independencia de tecnología del medio y una conexión automática a una red en crecimiento, condujo a la idea de transmitir datos por la red troceándolos en pequeños paquetes y encaminándolos cada uno como una unidad independiente.
Las funciones que garantizan el envío y entrega fiable de datos se situaron en los host origen y destino, por ello, los fabricantes los fabricantes debían mejorar sus esfuerzos para diseñar equipos de alta calidad.
Al hacerlo así, los protocolos de TCP/IP consiguieron escalarse muy bien ejecutándose en sistemas de cualquier calibre. Para conseguir un intercambio fiable de datos entre dos computadoras, se deben llevar a cabo muchos procedimientos separados.
La tarea de TCP/IP esencialmente es:
o Empaquetar datos.
o Determinar el camino que deben seguir. o Transmitirlos por el medio físico.
o Regular su tasa de transferencia según el ancho de banda del medio disponible y la capacidad del receptor para absorber los datos.
o Ensamblar los datos entrantes para que mantengan la secuencia correcta y no haya pérdida de trozos.
o Comprobar los datos entrantes para ver si hay trozos perdidos.
o Notificar al transmisor que los datos se han recibido correctamente u erróneo.
o Entregar los datos a la aplicación correcta. o Manejar eventos de errores y problemas.
El resultado es que el software de comunicaciones es complejo. Con un modelo de capas resulta más sencillo relacionar las funciones de cada protocolo con un nivel específico e implementar el software de comunicaciones de forma modular.
El modelo de comunicación de datos OSI se vió fuertemente influido por el diseño de TCP/IP. Las capas o niveles de OSI y la terminología de OSI se ha convertido en un estándar de la cultura de las comunicaciones de datos.
Los fabricantes de hardware y software deben desarrollar el diseño de sus sistemas en base al modelo OSI el cual es un estándar de la industria. A continuación se muestran las capas de TCP/IP y de OSI:
Capa Física.
La capa física trata con el medio físico, los conectores, el control de señales eléctricas representadas en unos (1) y ceros (0) binarios. Por ejemplo, las tarjetas de Red y los Cables son componentes del medio físico.
