Instituto Politécnico Nacional
EESCSCUUEELLAA SSUPUPEERRIIOORR DDEE IINNGGEENNIIEERRÍÍAA MMECECÁÁNNIICCAA YY EELÉLÉCCTTRRIICCAA
UUNINIDDAADD CCULULHHUUAACCÁÁNN
SEMINARIO
INTERCONECTIVIDAD Y SEGMENTACION DE REDES DE ALTA VELOCIDAD
TETESSIINNAA
IMPLEMENTACIÓN DE VOIP CON EQUIPO AVAYA PARA LA EMPRESA
“IMPULSORA DE TECNOLOGÍA”
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTAN:
ROSA MARIA VARGAS CERON XOCHITL ALEJANDRINA GARCIA AVILA
ALEJANDRO CRUZ FRAGOSO MA. ELENA MOLINA AZPICUETA LEOBARDO A. TAVARES BALLESTEROS
MÉXICO, D.F., MAYO 2007
INDICE
CAPITULO I INTRODUCCIÓN A LAS REDES...7
1.1 ¿QUÉ ES UNA RED? ...7
1.2 HISTORIA DE LAS REDES ...7
1.3 ¿PORQUÉ SON IMPORTANTES LAS REDES?...9
1.4 TOPOLOGÍAS DE LA RED...10
1.5 MODELO OSI...12
1.5.1 CAPAS DEL MODELO OSI ...12
1.5.2 DETALLE TÉCNICO DE LAS CAPAS DEL MODELO OSI. ...13
1.7.5 SWITCH – LANS VIRTUALES ...20
CAPÍTULO 2TCP/IP ... 21
2.1 TCP/IP (TRANSFER CONTROL PROTOCOL)...21
2.2 CARACTERÍSTICAS TCP/IP ...21
2.3 INFORMACIÓN TÉCNICA...21
2.3.1 FUNCIONES DE TCP ...21
2.3.2 FORMATO DE LOS SEGMENTOS TCP...22
2.4 FUNCIONAMIENTO DEL PROTOCOLO EN DETALLE ...23
2.4.1 ESTABLECIMIENTO DE LA CONEXIÓN (NEGOCIACIÓN EN TRES PASOS) ...23
2.4.2 TRANSFERENCIA DE DATOS ...23
2.4.3 TAMAÑO DE VENTANA TCP...25
2.4.4 ESCALADO DE VENTANA ...25
2.4.5 FIN DE LA CONEXIÓN ...26
2.5 PUERTOS TCP ...26
2.6 DESARROLLO DE TCP ...27
2.7 PROTOCOLO DE INTERNET ...27
2.8 DIRECCIONAMIENTO IP Y ENRUTAMIENTO ...28
2.8.1 DIRECCIÓN IP ...28
2.8.2 ENRUTAMIENTO...29
CAPÍTULO 3. TELEFONÍA ANALÓGICA Y DIGITAL... 30
3.1 FUNDAMENTOS DE TELEFONÍA ...30
3.2 TELEFONÍA ANALÓGICA...31
3.3 RED TELEFÓNICA HÍBRIDA. ...32
3.4 TELEFONÍA DIGITAL ...33
3.5 EL ELEMENTO DE CONMUTACIÓN...33
3.6 CENTRAL TELEFÓNICA ...34
3.7 EL ELEMENTO DE TRANSPORTE ...34
3.8 EL ELEMENTO DE ACCESO...35
3.9 CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS ...36
3.10 CONMUTACIÓN DE PAQUETES...36
3.11 PCM (PULSE CODE MODULATION) ...37
CAPÍTULO 4 VOZ SOBRE IP ... 39
4.1 INTRODUCCIÓN...39
4.2 TIPOS DE REDES IP...39
4.3 PROTOCOLOS ...40
4.3.1 PROTOCOLOS DE DIRECCIONAMIENTO...40
4.3.2 PROTOCOLOS DE SEÑALIZACIÓN...41
4.3.3 PROTOCOLOS DE COMPRESIÓN DE VOZ...41
4.3.4 PROTOCOLOS PARA TRANSMISIÓN DE VOZ...41
4.3.5 PROTOCOLO DE CONTROL DE LA TRANSMISIÓN...41
4.3.6 EL PROTOCOLO H323...41
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES...42
4.3.7 PROTOCOLO SIP ...45
4.4 CONCEPTOS DE LA VOIP ...47
4.4.1 CÓDECS ...47
4.4.2 RETARDO O LATENCIA...48
4.4.3 CALIDAD DEL SERVICIO ...48
4.5 VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA DE VOZ SOBRE IP ...48
4.6 PRINCIPALES PROBLEMAS DE VOIP...49
4.6.1 CALIDAD DE VOZ...49
4.6.2 INTEROPERATIBILIDAD ...49
CAPÍTULO 5. IMPLEMENTACIÓN DE VOIP CON EQUIPOS AVAYA PARA LA EMPRESA “IMPULSORA DE TECNOLOGÍA” ... 50
5.1 LA EMPRESA ...50
5.1.1 ANTECEDENTES ...50
5.2 LA SITUACIÓN ACTUAL ...51
5.3 SOLUCIÓN A LA PROBLEMÁTICA ...52
5.4 REQUERIMIENTOS MÍNIMOS DEL CLIENTE PARA LA INSTALACIÓN DE LOS EQUIPOS. ....56
5.5 REQUISITOS GENERALES...56
5.6 REQUISITOS DE AMBIENTE ...56
5.7 REQUISITOS ELÉCTRICOS...57
5.8 EQUIPOS DE SEGURIDAD. ...57
5.9 DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS PROPUESTOS...58
5.10 INGENIERÍA DE RED...61
5.11 CONFIGURACIÓN DEL PBX...62
5.12 CONFIGURACIÓN DE LOS TELÉFONOS IP ...64
5.13 MEDICIONES DE DESEMPEÑO DE LA RED. ...64
CONCLUSIONES...67
ANEXO A. SITUACION ACTUAL...68
ANEXO B. SOLUCION DE LA PROBLEMATICA ...69
ANEXO C. EQUIPOS PROPUESTOS ...71
ANEXO D. INGENIERIA DE RED ...72
ANEXO E. CONFIGURACIONES ...75
ANEXO F. GRÁFICAS ...80
ÍNDICE DE FIGURAS Y TABLAS ...82
GLOSARIO DE TÉRMINOS ...84
ACRÓNIMOS ...86
BIBLIOGRAFÍA ...88
Introducción
La Voz sobre IP (VoIP) es una tecnología que permite la transmisión de voz a través de las redes. Los datos se envían en pequeños fragmentos (paquetes) que se dispersan eligiendo el camino más corto (menos saturado) y se recomponen en el destino. Éste funcionamiento, óptimo para los paquetes de datos, no fue pensado en un principio para enviar voz en tiempo real. Las comunicaciones IP eran de muy mala calidad, debido a retardos y ecos.
Pero la tecnología ya ha avanzado lo suficiente para ofrecer telefonía IP a una calidad más que aceptable. Y ya son muchas las empresas que ofrecen estos servicios.
El teléfono de toda la vida funciona mediante la conmutación de circuitos, que conectan el cable del que llama con el del que recibe la llamada. Al realizar la llamada, una centralita establece una conexión, dedicada y permanente, que envía las señales de voz entre los interlocutores. La infraestructura necesaria (las operadoras y sus centralitas, cableado, redes de fibra óptica, satélites...) se paga con cada llamada telefónica.
En cambio, en la telefonía IP la voz, digitalizada y comprimida, es un paquete más que viaja por las redes de datos en busca de la dirección IP del receptor.
Diferentes paquetes de datos (textos, imágenes, vídeos, voz...) se transmiten por la misma red utilizando sólo el ancho de banda que necesitan.
La figura muestra el futuro de la voz sobre ip.
• Una red en donde no existen servicios locales ni de larga distancia.
• Dos géneros de servicios: de comunicación y de información.
• Ambos con posibilidades multimedia
• Se paga fundamentalmente por el acceso y por los servicios de comunicación.
Objetivo
Diseñar una alternativa de comunicación de voz, sobre una red de datos, empleando el protocolo de comunicación IP.
Justificación
Este proyecto ofrecerá una solución adecuada a las necesidades para así contar con diversos beneficios que permitirán tener calidad y excelente servicio a los usuarios.
Alcance del Proyecto
Se propondrá el uso de Voz sobre IP a través de una red de datos existente entre las diversas redes de área local de una empresa.
Planteamiento del problema.
• Contar con una solución basada en estándares lo cual contribuye a la interoperabilidad de diversas soluciones y desarrollos que serán de gran utilidad.
• Capacidad de extender las aplicaciones del sitio central hasta sus localidades remotas, disminuyendo así, los costos en mantenimiento, operación y administración.
• Facilidad de contar con sistemas que permiten el manejo de la administración centralizada, reduciendo tiempo causado por el desplazamiento hacia sitios remotos, movimientos, adiciones o cambios en cualquier punto del sistema.
Además de ser sencillo y fácil de administrar.
• Disminución de gastos de operación, mantenimiento y administración al contar con un sistema centralizado, así como la reducción en costos de llamadas entre las localidades involucradas en el proyecto, y con la seguridad de extender el negocio hacia otros sitios.
• Capaz de manejar Telefonía Tradicional y Telefonía IP.
Capitulo I Introducción a las Redes
1.1 ¿Qué es una Red?
Cada uno de los tres siglos pasados ha estado dominado por una sola tecnología.
El siglo XVIII fue la etapa de los grandes sistemas mecánicos que acompañaron a la Revolución Industrial. El siglo XIX fue la época de la máquina de vapor.
Durante el siglo XX, la tecnología clave ha sido la recolección, procesamiento y distribución de información. Entre otros desarrollos, hemos asistido a la instalación de redes telefónicas en todo el mundo, a la invención de la radio y la televisión, al nacimiento y crecimiento sin precedente de la industria de los ordenadores (computadores), así como a la puesta en orbita de los satélites de comunicación.
A medida que avanzamos hacia los últimos años de este siglo, se ha dado una rápida convergencia de estas áreas, y también las diferencias entre la captura, transporte almacenamiento y procesamiento de información están desapareciendo con rapidez. Organizaciones con centenares de oficinas dispersas en una amplia área geográfica esperan tener la posibilidad de examinar en forma habitual el estado actual de todas ellas, simplemente oprimiendo una tecla. A medida que crece nuestra habilidad para recolectar procesar y distribuir información, la demanda de mas sofisticados procesamientos de información crece todavía con mayor rapidez.
La industria de equipos de computo ha mostrado un progreso espectacular en muy corto tiempo. El viejo modelo de tener un solo equipo de computo para satisfacer todas las necesidades de cálculo de una organización se está reemplazando con rapidez por otro que considera un número grande de equipos separados, pero interconectados, que efectúan el mismo trabajo. Estos sistemas, se conocen con el nombre de redes de computo. Estas nos dan a entender una colección interconectada de computadoras autónomas. Se dice que los equipos de computo están interconectados, si son capaces de intercambiar información. La conexión no necesita hacerse a través de un hilo de cobre, el uso de láser, microondas y satélites de comunicaciones. Al indicar que los equipos de computo son autónomos, excluimos los sistemas en los que una computadora pueda forzosamente arrancar, parar o controlar a otra, éstos no se consideran autónomos.
1.2 Historia de las Redes
El almacenamiento y análisis de la información ha sido uno de los grandes problemas a que se ha enfrentado el hombre desde que inventó la escritura. No es sino hasta la segunda mitad del siglo XX que el hombre ha podido resolver, parcialmente, ese problema gracias a la invención de la computadora.
En la década de los 50´s el hombre dio un gran salto al inventar la computadora electrónica. La información ya podía ser enviada en grandes cantidades a un
lugar central donde se realizaba su procesamiento. Ahora el problema era que esta información tenía que ser acarreada al departamento de proceso de datos.
Con la aparición de las terminales en la década de los 60´s se logró la comunicación directa entre los usuarios y la unidad central de proceso, logrando una comunicación más rápida y eficiente, pero se encontró un obstáculo; entre más terminales y otros periféricos se agregaban a la computadora central, la velocidad de comunicación decaía.
Hacia la mitad de la década de los 70´s la delicada tecnología del silicio e integración en miniatura permitió a los fabricantes de computadoras construir mayor inteligencia en máquinas más pequeñas. Estas máquinas llamadas microcomputadoras descongestionaron a las viejas máquinas centrales. A partir de ese momento cada usuario tenía su propia microcomputadora en su escritorio.
A principios de la década de los 80´s las microcomputadoras habían revolucionado por completo el concepto de computación electrónica así como sus aplicaciones y mercado. Los gerentes de los departamentos de informática fueron perdiendo el control de la información puesto que el proceso de la misma no estaba centralizado.
A esta época se le podría denominar la era del Floppy disk ya que fue en este periodo donde se invento el floppy (lector de unidades de disco flexible)
Sin embargo de alguna manera se había retrocedido en la forma de procesar información, había que acarrear la información almacenada en los disquetes de una micro a otra y la relativa poca capacidad de los disquetes hacía difícil el manejo de grandes cantidades de información.
Con la llegada de la tecnología Winchester (primer empresa que creo discos duros) se lograron dispositivos (discos duros) que permitían almacenar grandes cantidades de información, capacidades de iban desde 5 Megabytes hasta 100, en la actualidad hay hasta 80 Gigabytes. Una desventaja de esta tecnología era el alto costo que significaba la adquisición de un disco duro. Además, los usuarios tenían la necesidad de compartir información y programas en forma simultánea y todo se hacía de manera mecánica.
Estas razones principalmente aunadas a otras, como él poder compartir recursos de relativa baja utilización y alto costo llevó a diversos fabricantes y desarrolladores a la idea de las redes locales. Las REDES locales habían nacido.
Las primeras Redes Locales estaban basadas en introducir un servidor de Discos (Disk Servers). Estos equipos permitían a cada usuario el mismo acceso a todas las partes del disco, causando obvios problemas de seguridad y de integridad de datos, ya que la información no estaba segura en ninguna computadora, todos tenían acceso a ella.
La compañía Novell, fue la primera en introducir un Servidor de Archivos ( File Server) en que todos los usuarios pueden tener acceso a la misma información,
compartiendo archivos y contando con niveles de seguridad, lo que permite que la integridad de la información no sea violada. Novell, basó su investigación y desarrollo en la idea de que es el Software de Red no el Hardware, el que hace la diferencia en la operación de la red, esto se ha podido constatar. En la actualidad Novell soporta mas de 100 tipos de redes y otras casas desarrolladoras han surgido (Windows, Linux, Uníx. Etc).
Las tendencias actuales indican una definitiva orientación hacia la conectividad de datos. No solo es el envío de la información de una computadora a otra, sino sobre todo en la distribución del procesamiento a lo largo de grandes redes en la empresa, ciudad, país y mundo.
Novell, fue pionero en 1986, una vez más al lanzar la tecnología de protocolo abierto que pretende tener una arquitectura universal de conectividad bajo Netware.
1.3 ¿Porqué son importantes las Redes?
Las respuestas a esta pregunta giran alrededor de los tres componentes esenciales de todo sistema de computación:
· HARDWARE: Las redes permiten compartir hardware de computación, reduciendo el costo y haciendo accesibles poderosos equipos de cómputo.
· SOFTWARE: Con las redes es posible compartir datos y programas de software, aumentando le eficiencia y la productividad.
· SERES HUMANOS Las redes permiten a la gente colaborar en formas que sin ellas, serían difíciles o imposibles.
Ventajas que ofrece la red
• Flujo oportuno de información
• Reducción de costos administrativos
• Reducción de costos operativos
• Ganancia de velocidad para la ejecución de procesos
• Compartición de programas y archivos
• Compartición de los recursos de la red
• Compartición de bases de datos
• Posibilidad de ejecutar software de red
• Uso del correo electrónico
• Creación de grupos de trabajo
• Gestión centralizada
• Seguridad
• Mejoras en la organización de la empresa.
Fig. 1.1 Interconexión de equipos
1.4 Topologías de la Red
Cuando se menciona la topología de redes, se hace referencia a la forma geométrica en que están distribuidas las estaciones de trabajo y los cables que las conectan. Su objetivo es buscar la forma más económica y eficaz de conexión para, al mismo tiempo, aumentar la fiabilidad del sistema, evitar los tiempos de espera en la transmisión, permitir un mejor control de la red y lograr de forma eficiente el aumento del número de las estaciones de trabajo.
Dentro de las topologías que existen, las más comunes son:
Fig. 1.2 Configuración en bus
Las estaciones están conectadas a un único canal de comunicaciones.
Fig. 1.3 Configuración en anillo
Las estaciones se conectan formando un anillo. Cada una está conectada a la siguiente y la última está conectada a la primera.
Fig. 1.4 Configuración en estrella
Las estaciones están conectadas directamente al servidor y todas las comunicaciones se han de hacer necesariamente a través de él.
Fig. 1.5 Configuración en árbol
En esta topología los nodos están conectados en forma de árbol. Desde una visión topológica, esta conexión es semejante a una serie de redes en estrella interconectadas.
Fig. 1.6 Configuración en malla
En esta topología se busca tener conexión física entre todos los ordenadores de la red, utilizando conexiones punto a punto lo que permitirá que cualquier ordenador se comunique con otros de forma paralela si fuera necesario.
Aunque no son las más comunes también existen otras topologías generadas por las combinaciones entre las ya mencionadas anteriormente como es el caso de:
Fig. 1.7 Configuración Anillo en estrella
Esta topología se utiliza para facilitar la administración de la red.
Fig. 1.8 Configuración Bus en estrella
El fin es igual a la topología anterior.
Fig. 1.9 Configuración Estrella jerárquica
Esta estructura de cableado se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales, por medio de concentradores dispuestos en cascada para formar una red jerárquica.
1.5 Modelo OSI
Las siglas O.S.I. cuyo significado es Open System Interconnection o, en castellano, Interconexión de Sistemas Abiertos, se formó en el año 1983 y es el resultado del trabajo de la ISO (International Standard Organization) 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 , llevó a la ISO a buscar la manera de regular dicho intercambio de información.
Se consideró que los protocolos y modelos de la OSI llegarían a dominar las comunicaciones entre computadores, reemplazando eventualmente las
Implementaciones particulares de protocolos así como a modelos rivales tales como TCP/IP o el Protocolo de Control de Transmisión y Protocolo Internet.
Pero esto no ha sucedido así, aunque se han desarrollado muchos protocolos de utilidad dentro del contexto de OSI, el modelo de las siete capas en su conjunto no ha prosperado. Por el contrario, la arquitectura TCP/IP se ha convertido en la dominante.
No tenemos que descartar que la agencia que se encargó de esta tarea, la ISO consiguió obtener grandes avances en lo dedicado a la comunicación entre los computadores aunque su trabajo se extiende desde 1946 hasta hoy día con el objetivo de promocionar el desarrollo de normalizaciones que abarcan un gran abanico de materias siguiendo a su vez unas determinadas normas para la creación de un estándar ISO.
1.5.1 Capas del Modelo OSI
El comité de la ISO definió una serie de capas y servicios realizados por cada una de esas capas que podemos ver a continuación de forma esquemática:
• NIVEL 7: APLICACIÓN : Provee servicios generales relacionados con aplicaciones (p.ej.: transmisión de ficheros)
• NIVEL 6: PRESENTACIÓN : formato de datos (p.ej : ASCII)
• NIVEL 5: SESIÓN : Coordina la interacción en la sesión (diálogo) de los usuarios
• NIVEL 4: TRANSPORTE : Provee la transmisión de datos confiable de punto a punto
• NIVEL 3: RED : Enruta unidades de información
• NIVEL 2: ENLACE DE DATOS : Provee intercambio de datos entre los dispositivos del mismo medio
• NIVEL 1: FÍSICO : Transmite un flujo de bits a través del medio físico
1.5.2 Detalle técnico de las capas del modelo OSI.
Capa Física
La capa física abarca el conjunto físico propiamente dicho del que consta toda comunicación y también abarca las reglas por las cuales pasan los bits de uno a otro. Sus principales características son las siguientes:
Mecánicas: relaciona las propiedades físicas de la interfaz con el medio de transmisión. A veces, incluye las especificaciones de un conector que une una o más señales del conductor, llamadas circuitos.
Eléctricas: relaciona la representación de los bits (por ejemplo, en términos de niveles de tensión) y la tasa de transmisión de datos. Maneja voltajes y pulsos eléctricos.
Funcional: especifica las funciones realizadas por los circuitos individuales de la interfaz física entre un sistema y el medio de transmisión.
De procedimiento: especifica la secuencia de eventos por los que se intercambia un flujo de bits a través del medio físico.
Capa de Enlace de Datos
Mientras la capa física proporciona solamente un servicio bruto de flujo de datos, la de enlace de datos intenta hacer el enlace físico seguro y proporciona medios para activar, tener y desactivar el enlace. El principal servicio proporcionado por la capa de enlace de datos a las superiores es el de detección de errores y control. Así con un protocolo de la capa de enlace de datos completamente operacional, la capa adyacente superior puede suponer transmisión libre de errores en el enlace. Sin embargo, si la comunicación es entre dos sistemas que no están directamente conectados, la conexión constará de varios enlaces de datos unidos, cada uno operando independientemente. De este modo no se libera a la capa superior de la responsabilidad del control de errores.
Capa de Red
La capa de red proporciona los medios para la transferencia de información entre los sistemas finales a través de algún tipo de red de comunicación. Libera a las capas superiores de la necesidad de tener conocimiento sobre la transmisión de datos subyacente y las tecnologías de conmutación utilizadas para conectar los sistemas. En esta capa, el sistema computador está envuelto en un diálogo con la red para especificar la dirección de destino y solicitar ciertas facilidades de la red, como prioridad.
Existe un espectro de posibilidades para que las facilidades de comunicación intermedias sean gestionadas por la capa de red. En un extremo, existe en enlace punto a punto (from point to point) directo entre las estaciones. En este caso, no
existe la necesidad de una capa de red ya que la capa de enlace de datos puede proporcionar las funciones necesarias de gestión del enlace. Lo siguiente puede ser un sistema conectado a través de una única red, coma una red de conmutación de circuitos a de conmutación de paquetes.
En el otro extremo, dos sistemas finales podrían desear comunicarse, pero sin estar conectados ni siquiera a la misma red. Pero están conectados a redes que, que directa o indirectamente, están conectadas unas a otras. Este caso requiere el uso de alguna técnica de interconexión entre redes.
Capa de Transporte
La capa de transporte proporciona un mecanismo para intercambiar datos entre sistemas finales. El servicio de transporte orientado a conexión asegura que los datos se entregan libres de errores, en secuencia y sin pérdidas o duplicados. La capa de transporte puede estar relacionada con Ia optimización del uso de los servicios de red y proporcionar una calidad del servido solicitada. Por ejemplo, Ia entidad de sesión puede especificar tasas de error aceptables, retardo máximo, prioridad y seguridad.
El tamaño y la complejidad del protocolo de transporte dependen de que tan seguras o inseguras sean las redes y sus servicios. De acuerdo a esto, ISO ha creado una familia de 5 estándares de protocolos de transporte, cada uno orientado a los diferentes servicios subyacentes. En la arquitectura de protocolos TCP/IP, existen dos protocolos comunes de la capa de transporte: el orientado a conexión TCP y el no orientado a conexión UDP (User Datagram Protocol).
Capa de Sesión
Las cuatro capas más bajas del modelo OSI proporcionan un medio para el intercambio rápido y seguro de datos. Aunque para muchas aplicaciones este servicio básico es insuficiente. Por lo tanto, se tuvo que mejorar algunos aspectos proporcionando unos mecanismos para controlar el diálogo entre aplicaciones en sistemas finales. En muchos casos, habrá poca o ninguna necesidad de la capa de sesión, pero para algunas aplicaciones, estos servicios se utilizan.
Los servicios clave proporcionados por la capa de sesión incluyen los siguientes puntos:
Disciplina de Diálogo: Esta puede ser simultánea en dos sentidos, fullduplex o alternada en los dos sentidos o semi-duplex.
Agrupamiento: El flujo de datos se puede marcar para definir grupos de datos.
Por ejemplo, una tienda de venta al por menor esta transmitiendo datos de ventas a una oficina regional, estos se pueden marcar para indicar el final de los datos de ventas de cada departamento. Esto indicaría al computador que finalice la cuenta de totales para ese departamento y comience una nueva cuenta para el departamento siguiente.
Recuperación: La capa de sesión puede proporcionar un mecanismo de puntos de comprobación, de forma que si ocurre algún tipo de fallo entre puntos de
comprobación, la entidad de sesión puede retransmitir todos los datos desde el último punto de comprobación.
Capa de Presentación
La capa de presentación define el formato de los datos que se van a intercambiar entre las aplicaciones y ofrece a los programas de aplicación un conjunto de servicios de transformación de datos. La capa de presentación define la sintaxis utilizada entre entidades de aplicación y proporciona los medios para la selección y las subsecuentes modificaciones de la representación utilizada. Algunos ejemplos de los servicios específicos que se podrían realizar en esa capa son los de compresión y encriptado de datos.
Capa de Aplicación
La capa de aplicación proporciona un medio a los programas de aplicación para que accedan al entorno OSI. Esta capa contiene funciones de administración y generalmente mecanismos útiles para admitir aplicaciones distribuidas. Además, se considera que residen en esta capa las aplicaciones de uso general como transferencia de ficheros correo electrónico y acceso terminal a computadores remotos.
1.6 LAN & WAN
1.6.1 Red de área local (LAN) - (Local Area Network)
Red de datos de alta velocidad y bajo nivel de error que cubre un área geográfica relativamente pequeña (hasta unos pocos miles de metros).
Las LANs conectan estaciones de trabajo, periféricos, terminales y otros dispositivos en un único edificio u otra área geográficamente limitada. Los estándares de LAN especifican el cableado y señalización en las capas físicas y de enlace datos del modelo OSI. Ethernet, FDDI y Token Ring son tecnologías LAN ampliamente utilizadas.
1.6.2 Principales características
• La red opera dentro de un edificio o dentro del mismo piso de un edificio.
• Las LAN proporcionan a los diversos dispositivos conectados (generalmente PC) acceso a medios de alto ancho de banda.
• Por definición, la LAN conecta computadoras y servicios con un medio común de la capa 1.
Los dispositivos de una LAN incluyen:
• Bridges que conectan los segmentos de la LAN y ayudan a filtrar el tráfico.
• Hubs que concentran la conexión a la LAN y permiten el uso de medios de cobre de par trenzado.
• Switches Ethernet que brindan ancho de banda dedicado full duplex a los segmentos o computadoras.
• Routers que ofrecen muchos servicios entre los cuales se incluyen internetworking y control de broadcasts.
Las tres tecnologías LAN que se observan en el gráfico representan virtualmente a todas las LAN desplegadas:
Fig. 1.10 Tecnologías LAN
• Ethernet—La primera de las principales tecnologías de LAN, opera la mayor cantidad de LANs.
• Token Ring—De IBM, siguió a Ethernet y actualmente su uso está difundido en un gran número de redes IBM.
• FDDI—También utiliza tokens, actualmente es una LAN popular en los campus.
1.7 Dispositivos de Internetworking
Los dispositivos de internetworking son productos que se utilizan para conectar redes.
En primer lugar, permiten conectar un número mayor de nodos a la red.
En segundo lugar, alargan la distancia sobre la cual puede extenderse una red.
En tercer lugar, localizan el tráfico de la red.
En cuarto lugar, pueden fusionar redes existentes.
En quinto lugar, pueden aislar problemas de red de modo que sea más fácil su diagnóstico.
Los dispositivos LAN incluyen:
• bridges
• hubs
• switches
• routers
Fig. 1.11 Dispositivos LAN
En internetworking, dos de los problemas más comunes que existen es que hay demasiados nodos o que no hay cable suficiente.
Un REPETIDOR puede brindar una solución simple si existe alguno de estos dos problemas.
Cuando las señales salen por primera vez de una estación transmisora, están limpias y son claramente reconocibles. Sin embargo, cuanto mayor es la extensión del cable más se debilitan y deterioran las señales a medida que atraviesan los medios de networking.
1.7.1 Repetidores
Los REPETIDORES toman las señales debilitadas, las limpian, las amplifican y las envían para que continúen su camino por la red. Utilizando repetidores, se extiende la distancia sobre la cual puede operar una red. Al igual que los medios de networking, los repetidores están en la capa física, capa 1, del modelo OSI.
Desventajas
La desventaja de utilizar un repetidor es que éste no puede filtrar el tráfico de la red. Los datos, que llegan a un puerto de un repetidor salen a todos los demás puertos.
En otras palabras, los datos son transferidos por el repetidor a todos los otros segmentos de LAN de una red, independientemente de que necesiten llegar allí o no.
Si los segmentos de una red sólo están conectados por medio de repetidores, esto puede dar origen a que más de un usuario intente enviar datos a través de la red al mismo tiempo.
Con Ethernet, sólo puede haber un paquete de datos en el cable por vez.
Si más de un nodo intenta transmitir al mismo tiempo, se producirá una COLISION, cuando se produce una colisión, los datos de cada dispositivo se interfieren y se dañan, cuando un dispositivo de la red determina que se ha producido una colisión, los datos se deben retransmitir, si el tráfico de una red es muy pesado, la reiteración de colisiones dará origen a una considerable demora en el tráfico.
Como conclusión, el uso de repetidores para extender y aumentar el tráfico de una red puede significar que la red no llegue a tener un desempeño óptimo.
Fig. 1.12 Repetidor
1.7.2 Hub’s
Los repetidores multipuerto se denominan comúnmente hubs. Los hubs son dispositivos de internetworking muy comunes. En términos generales, el término hub se utiliza en lugar de repetidor para referirse al dispositivo que sirve como centro de una red de topología en estrella.
Los hubs operan en la CAPA 1 del modelo OSI.
Fig. 1.13 Hub
1.7.3 Bridge
Una forma de solucionar el problema del exceso de tráfico en una red y del exceso de colisiones es el uso de un dispositivo de internetworking llamado BRIDGE. Un bridge elimina el tráfico innecesario y minimiza las posibilidades de que se produzcan colisiones en la red dividiéndola en segmentos y filtrando el tráfico en base a la dirección MAC. Los BRIDGES trabajan en la CAPA 2 del modelo OSI.
Para filtrar o entregar selectivamente el tráfico de una red, los bridges construyen tablas con todas las direcciones MAC de una red y de otras redes y hace un mapeo con ellas, si el bridge determina que la dirección MAC de destino de los datos no es del mismo segmento de red que el origen, envía los datos a todos los otros segmentos de la red, de este modo, los bridges pueden reducir significativamente el tráfico entre los segmentos de la red eliminando el tráfico innecesario.
Fig. 1.14 Red con Bridges
Desventajas
Los bridges trabajan mejor cuando el tráfico desde un segmento de la red a otro segmento no es demasiado grande, sin embargo, cuando el tráfico entre los segmentos de la red es muy pesado, el bridge puede convertirse en un cuello de botella y hacer la comunicación más lenta.
Existe otro problema potencial cuando se utilizan bridges.
Los bridges siempre extienden y multiplican un tipo especial de paquete de datos que se producen cuando un dispositivo de una red quiere llegar a otro dispositivo de la red pero no conoce la dirección de destino.
Cuando esto sucede, con frecuencia el origen envía lo que se llama BROADCAST.
Como todos los dispositivos de la red deben prestar atención a dichos broadcasts, los bridges siempre los envían a todos y a cada uno de los segmentos conectados, en dichos casos, el tráfico de la red se hace más lento y la red funciona con un desempeño que no llega a ser el óptimo.
1.7.4 Switch
A medida que la infraestructura de una compañía comienza a crecer, las demandas de los usuarios exceden la capacidad de muchas redes (videoconferencias, imágenes, etc.).
Se puede aumentar significativamente el ancho de banda de la red utilizando un SWITCH.
Un switch opera en el nivel de enlace del modelo OSI. Divide la red en segmentos y proporciona a cada segmento un ancho de banda dedicado.
Internamente posee un circuito de alta velocidad. Cuando un nodo transmite un paquete, el switch direcciona parte de su ancho de banda para crear una conexión privada entre el puerto de tx y rx.
Como crea una conexión privada entre los puertos, otro nodo no debe esperar a que finalice la tx de otro para transmitir.
Fig. 1.15 Interconexión con un Switch
Un switch utiliza algunos de estos dos procesos para manejar los paquetes:
• Conmutación Cut-through
En cuanto lee la dirección MAC de destino del paquete, comienza a enviar el paquete antes de terminar de recibirlo; (puede propagar errores).
Baja latencia (tiempo en que un paquete va de una máquina a otra)
• Conmutación Store and forward
Recibe y almacena el paquete entero antes de reenviarlo a la MAC de destino.
Verifica el contenido antes de enviarlo. Se utiliza si estoy transmitiendo paquetes de un segmento de baja velocidad a otro de alta. (Latencia proporcional al tamaño del paquete)
1.7.5 Switch – LANS Virtuales
Los switches ofrecen una segmentación lógica, también llamada VIRTUAL LANS.
Para crear una lan virtual, se debe configurar cada port del switch como miembro de una LAN virtual.
Por ej, se podría configurar 4 puertos como miembros de una Virtual Lan 1 y otros seis puertos como miembros de una Virtual LAN 2.
Si una máquina que está conectada a un puerto de la Virtual LAN A transmite un broadcast, el paquete sólo debería llegar a los puertos que están configurados como miembros de esa Lan Virtual.
Capítulo 2 TCP/IP
2.1 TCP/IP (Transfer Control Protocol)
Es un conjunto de protocolos diseñado para la comunicación entre computadoras de tal modo para que estas compartan recursos en un ambiente de red. También se le conocen con el nombre de Suite de Protocolos Internet, donde el término Internet se le aplica a la totalidad de las redes formada por las redes locales, regionales e internacionales, del sector educativo, privado, centros de investigación.
TCP/IP surge como la solución de integración para múltiples plataformas dentro del proyecto militar ARPANET (red creada como apoyo a investigación para proyectos militares avanzados).
En 1970 se lograron enlazar entre sí 4 universidades: Stanford, UCLA, UCSB y la Universidad de Utha.
Posteriormente en 1973 la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa (DARPA) en EUA inicia un proyecto en forma, que pretendió encontrar tecnologías que permitieran la transmisión de paquetes de datos entre redes que usarán diferentes tecnologías y protocolos, este proyecto buscaba la interconexión de redes de datos.
2.2 Características TCP/IP
• TCP/IP es un conjunto de protocolos basados en el modelo de referencia OSI.
• Los protocolos TCP/IP pueden ser usados en redes LAN de alta velocidad, así como en redes WAN de baja.
• Los protocolos TCP/IP son muy flexibles por el echo de que casi cualquier tecnología subyacente puede usarse para transferir tráfico.
• TCP/IP fue diseñado para proporcionar interconexión universal entre maquinas independientemente de la red a las que estén conectadas.
• TCP/IP es el protocolo usado en Internet.
2.3 Información Técnica
El Protocolo de Control de Transmisión (TCP) es un protocolo de comunicación orientado a conexión y fiable del nivel de transporte, actualmente documentado por IETF RFC 793.
2.3.1 Funciones de TCP
En la pila de protocolos TCP/IP, TCP es la capa intermedia entre el protocolo de Internet (IP) y la aplicación. Habitualmente, las aplicaciones necesitan que la
comunicación sea fiable y, dado que la capa IP aporta un servicio de datagramas no fiable (sin confirmación), TCP añade las funciones necesarias para prestar un servicio que permita que la comunicación entre dos sistemas se efectúe: libre de errores, sin pérdidas y con seguridad.
2.3.2 Formato de los Segmentos TCP
En el nivel de transporte, los paquetes de bits que constituyen las unidades de datos de protocolo o PDU (Protocol Data Unit) se llaman segmentos. El formato de los segmentos TCP se muestra en el siguiente esquema:
+ Bits 0 - 3 4 – 9 10 - 15 16 - 31
0 Puerto Origen Puerto Destino
32 Número de Secuencia
64 Número de Confirmación
96 FOCET de Datos Reservado Flags Ventana
128 Checksum Urgent Pointer
160 Opciones (opcional)
192 Opciones (cont.) Relleno (hasta 32)
224 Datos
Fig. 2.1 Formato de los Segmentos TCP
Las aplicaciones envían flujos de bytes a la capa TCP para ser enviados a la red.
TCP divide el flujo de bytes llegado de la aplicación en segmentos de tamaño apropiado (normalmente esta limitación viene impuesta por la unidad máxima de transferencia (MTU) del nivel de enlace de datos de la red a la que la entidad está asociada y le añade sus cabeceras. Entonces, TCP pasa el segmento resultante a la capa IP, donde a través de la red, llega a la capa TCP de la entidad destino.
TCP comprueba que ningún segmento se ha perdido dando a cada uno un número de secuencia, que es también usado para asegurarse de que los paquetes han llegado a la entidad destino en el orden correcto. TCP devuelve un asentimiento por bytes que han sido recibidos correctamente; un temporizador en la entidad origen del envío causará un timeout si el asentimiento no es recibido en un tiempo razonable, y el (presuntamente desaparecido) paquete será entonces
retransmitido. TCP revisa que no haya bytes dañados durante el envío usando un checksum; es calculado por el emisor en cada paquete antes de ser enviado, y comprobado por el receptor.
2.4 Funcionamiento del protocolo en detalle
Las conexiones TCP se componen de tres etapas: establecimiento de conexión, transferencia de datos y fin de la conexión. Para establecer la conexión se usa el procedimiento llamado negociación en tres pasos (3-way handshake). Una negociación en cuatro pasos (4-way handshake) es usada para la desconexión.
Durante el establecimiento de la conexión, algunos parámetros como el número de secuencia son configurados para asegurar la entrega ordenada de los datos y la robustez de la comunicación.
2.4.1 Establecimiento de la conexión (negociación en tres pasos) Aunque es posible que un par de entidades finales comiencen una conexión entre ellas simultáneamente, normalmente una de ellas abre un socket en un determinado puerto tcp y se queda a la escucha de nuevas conexiones. Es común referirse a esto como apertura pasiva, y determina el lado servidor de una conexión. El lado cliente de una conexión realiza una apertura activa de un puerto enviando un segmento SYN inicial al servidor como parte de la negociación en tres pasos. El lado servidor respondería a la petición SYN válida con un paquete SYN/ACK. Finalmente, el cliente debería responderle al servidor con un ACK, completando así la negociación en tres pasos (SYN, SYN/ACK y ACK) y la fase de establecimiento de conexión.
Es interesante notar que existe un número de secuencia generado por cada lado, ayudando de este modo a que no se puedan establecer conexiones falseadas (spoofing).
Fig. 2.2 Negociación en tres pasos o Three-way handshake
2.4.2 Transferencia de datos
Durante la etapa de transferencia de datos, una serie de mecanismos claves determinan la fiabilidad y robustez del protocolo. Entre ellos están incluidos el uso del número de secuencia para ordenar los segmentos TCP recibidos y detectar
paquetes duplicados, checksums para detectar errores, y asentimientos y temporizadores para detectar pérdidas y retrasos.
Durante el establecimiento de conexión TCP, los números iniciales de secuencia son intercambiados entre las dos entidades TCP. Estos números de secuencia son usados para identificar los datos dentro del flujo de bytes, y poder identificar (y contar) los bytes de los datos de la aplicación. Siempre hay un par de números de secuencia incluidos en todo segmento TCP, referidos al número de secuencia y al número de asentimiento. Un emisor TCP se refiere a su propio número de secuencia cuando habla de número de secuencia, mientras que con el número de asentimiento se refiere al número de secuencia del receptor. Para mantener la fiabilidad, un receptor asiente los segmentos TCP indicando que ha recibido una parte del flujo continuo de bytes. Una mejora de TCP, llamada asentimiento selectivo (SACK, selective acknowledgement) permite a un receptor TCP asentir los datos que se han recibido de tal forma que el remitente solo retransmita los segmentos de datos que faltan.
A través del uso de números de secuencia y asentimiento, TCP puede pasar los segmentos recibidos en el orden correcto dentro del flujo de bytes a la aplicación receptora. Los números de secuencia son de 32 bits (sin signo), que vuelve a cero tras el siguiente byte después del 232-1. Una de las claves para mantener la robustez y la seguridad de las conexiones TCP es la selección del número inicial de secuencia (ISN, Initial Sequence Number).
Un checksum de 16 bits, consistente en el complemento a uno de la suma en complemento a uno del contenido de la cabecera y datos del segmento TCP, es calculado por el emisor, e incluido en la transmisión del segmento. Se usa la suma en complemento a uno porque el acarreo final de ese método puede ser calculado en cualquier múltiplo de su tamaño (16-bit, 32-bit, 64-bit...) y el resultado, una vez plegado, será el mismo. El receptor TCP recalcula el checksum sobre las cabeceras y datos recibidos. El complemento es usado para que el receptor no tenga que poner a cero el campo del checksum de la cabecera antes de hacer los cálculos, salvando en algún lugar el valor del checksum recibido; en vez de eso, el receptor simplemente calcula la suma en complemento a uno con el checksum incluido, y el resultado debe ser -0. Si es así, se asume que el segmento ha llegado intacto y sin errores.
Hay que fijarse en que el checksum de TCP también cubre los 96 bit de la cabecera que contiene la dirección origen, la dirección destino, el protocolo y el tamaño TCP. Esto proporciona protección contra paquetes mal dirigidos por errores en las direcciones.
El ckecksum de TCP es una comprobación bastante débil. En niveles de enlace con una alta probabilidad de error de bit quizá requiera una capacidad adicional de corrección/detección de errores de enlace. Si TCP fuese rediseñado hoy, muy probablemente tendría un código de redundancia cíclica (CRC) para control de errores en vez del actual checksum. La debilidad del checksum está parcialmente compensada por el extendido uso de un CRC en el nivel de enlace, bajo TCP e IP, como el usado en el PPP o en Ethernet. Sin embargo, esto no significa que el
checksum de 16 bits es redundante: sorprendentemente, inspecciones sobre el tráfico de Internet han mostrado que son comunes los errores de software y hardware que introducen errores en los paquetes protegidos con un CRC, y que el checksum de 16 bits de TCP detecta la mayoría de estos errores simples.
Los asentimientos de los datos enviados o la falta de ellos, son usados por los emisores para interpretar las condiciones de la red entre el emisor y receptor TCP. Unido a los temporizadores, los emisores y receptores TCP pueden alterar el comportamiento del movimiento de datos. TCP usa una serie de mecanismos para conseguir un alto rendimiento y evitar la congestión de la red (la idea es enviar tan rápido como el receptor pueda recibir). Estos mecanismos incluyen el uso de ventana deslizante, algoritmo de comienzo lento, algoritmo de control de congestión, la retransmisión rápida, la recuperación rápida, y más.
2.4.3 Tamaño de ventana TCP
El tamaño de la ventana de recepción TCP es la cantidad de datos recibidos (en bytes) que pueden ser metidos en el buffer de recepción durante la conexión. La entidad emisora puede enviar una cantidad determinada de datos pero antes debe esperar un asentimiento con la actualización del tamaño de ventana por parte del receptor.
Un ejemplo sería el siguiente: un receptor comienza con un tamaño de ventana x y recibe y bytes, entonces su tamaño de ventana será (x - y) y el transmisor sólo podrá mandar paquetes con un tamaño máximo de datos de (x - y) bytes. Los siguientes paquetes recibidos seguirán restando tamaño a la ventana de recepción. Esta situación seguirá así hasta que la aplicación receptora recoja los datos del buffer de recepción.
2.4.4 Escalado de ventana
Para una mayor eficiencia en redes de gran ancho de banda, debe ser usado un tamaño de ventana mayor. El campo TCP de tamaño de ventana controla el movimiento de datos y está limitado a 16 bits, es decir, a un tamaño de ventana de 65.535 bytes.
Como el campo de ventana no puede expandirse se usa un factor de escalado.
La escala de ventana TCP (TCP window scale) es una opción usada para incrementar el máximo tamaño de ventana desde 65.535 bytes, a 1 Gigabyte.
La opción de escala de ventana TCP es usada solo durante la negociación en tres pasos que constituye el comienzo de la conexión. El valor de la escala representa el número de bits desplazados a la izquierda de los 16 bits que forman el campo del tamaño de ventana. El valor de la escala puede ir desde 0 (sin desplazamiento) hasta 14. Hay que recordar que un número binario desplazado un bit a la izquierda es como multiplicarlo en base decimal por 2.
2.4.5 Fin de la Conexión
La fase de finalización de la conexión usa una negociación en cuatro pasos (four- way handshake), terminando la conexión desde cada lado independientemente.
Cuando uno de los dos extremos de la conexión desea parar su "mitad" de conexión transmite un paquete FIN, que el otro interlocutor asentirá con un ACK.
Por tanto, una desconexión típica requiere un par de segmentos FIN y ACK desde cada lado de la conexión.
Una conexión puede estar "medio abierta" en el caso de que uno de los lados la finalice pero el otro no. El lado que ha dado por finalizada la conexión no puede envíar más datos pero la otra parte si podrá.
Fig. 2.3 Cierre de una conexión según el estándar
2.5 Puertos TCP
TCP usa el concepto de número de puerto para identificar a las aplicaciones emisoras y receptoras. Cada lado de la conexión TCP tiene asociado un número de puerto (de 16 bits sin signo, con lo que existen 65536 puertos posibles) asignado por la aplicación emisora o receptora. Los puertos son clasificados en tres categorías: bien conocidos, registrados y dinámicos/privados. Los puertos bien conocidos son asignados por la Internet Assigned Numbers Authority (IANA), van del 0 al 1023 y son usados normalmente por el sistema o por procesos con privilegios. Las aplicaciones que usan este tipo de puertos son ejecutadas como servidores y se quedan a la escucha de conexiones. Algunos ejemplos son: FTP (21), SSH (22), Telnet (23), SMTP (25) y HTTP (80). Los puertos registrados son normalmente empleados por las aplicaciones de usuario de forma temporal cuando conectan con los servidores, pero también pueden representar servicios que hayan sido registrados por un tercero. Los puertos dinámicos/privados también pueden ser usados por las aplicaciones de usuario, pero este caso es menos común. Los puertos dinámicos/privados no tienen significado fuera de la conexión TCP en la que fueron usados.
2.6 Desarrollo de TCP
TCP es un protocolo muy desarrollado y complejo. Sin embargo, mientras mejoras significativas han sido propuestas y llevadas a cabo a lo largo de los años, ha conservado las operaciones más básicas sin cambios desde el RFC 793, publicado en 1981. El documento RFC 1122 (Host Requirements for Internet Hosts), especifica el número de requesitos de una implementación del protocolo TCP. El RFC 2581 (Control de Congestión TCP) es uno de los más importantes documentos relativos a TCP de los últimos años, describe nuevos algoritmos para evitar la congestión excesiva. En 2001, el RFC 3168 fue escrito para describir la Notificación de Congestión Explícita (ECN), una forma de eludir la congestión con mecanismos de señalización. En los comienzos del siglo XXI, TCP es usado en el 95% de todos los paquetes que circulan por Internet. Entre las aplicaciones más comunes que usan TCP están HTTP/HTTPS (World Wide Web), SMTP/POP3/IMAP (correo electrónico) y FTP (transferencia de ficheros). Su amplia extensión ha sido la prueba para los desarrolladores originales de que su creación estaba excepcionalmente bien hecha.
Recientemente, un nuevo algoritmo de control de congestión fue desarrollado y nombrado como FAST TCP (Fast Active Management Scalable Transmission Control Protocol) por los científicos de Caltech (California Institute of Technology).
Es similar a TCP Vegas en cuanto a que ambos detectan la congestión a partir de los retrasos en las colas que sufren los paquetes al ser enviados a su destino.
Todavía hay un debate abierto sobre si éste es un síntoma apropiado para el control de la congestión.
2.7 Protocolo de Internet
El Protocolo de Internet (IP, de sus siglas en inglés Internet Protocol) es un protocolo orientado de datos, usado tanto por el origen como por el destino para la comunicación de estos a través de una red (Internet) de paquetes conmutados.
Los datos en una red que se basa en IP son enviados en bloques conocidos como paquetes o datagramas (en el protocolo IP estos términos se suelen usar indistintamente). En particular, en IP no se necesita ninguna configuración antes de que un equipo intente enviar paquetes a otro con el que no se había comunicado antes.
El Protocolo de Internet provee un servicio de datagramas no fiable (también llamado del mejor esfuerzo (best effort), lo hará lo mejor posible pero garantizando poco). IP no provee ningún mecanismo para determinar si un paquete alcanza o no su destino y únicamente proporciona seguridad (mediante checksums o sumas de comprobación) de sus cabeceras y no de los datos transmitidos. Por ejemplo, al no garantizar nada sobre la recepción del paquete, éste podría llegar dañado, en otro orden con respecto a otros paquetes, duplicado o simplemente no llegar. Si se necesita fiabilidad, ésta es proporcionada por los protocolos de la capa de transporte, como TCP.
Si la información a transmitir ("datagramas") supera el tamaño máximo
"negociado" (MTU) en el tramo de red por el que va a circular podrá ser dividida en paquetes más pequeños, y reensamblada luego cuando sea necesario. Estos fragmentos podrán ir cada uno por un camino diferente dependiendo de como estén de congestionadas las rutas en cada momento.
Las cabeceras IP contienen las direcciones de las máquinas de origen y destino (direcciones IP), direcciones que serán usadas por los enrutadores (routers) para decidir el tramo de red por el que reenviarán los paquetes.
El IP es el elemento común en la Internet de hoy. El actual y más popular protocolo de red es IPv4. IPv6 es el sucesor propuesto de IPv4; poco a poco Internet está agotando las direcciones disponibles por lo que IPv6 utiliza direcciones de fuente y destino de 128 bits (lo cuál asigna a cada milímetro cuadrado de la superficie de la Tierra la colosal cifra de 670 mil billones de direcciones IP's), muchas más direcciones que las que provee IPv4 con 32 bits.
Las versiones de la 0 a la 3 están reservadas o no fueron usadas. La versión 5 fue usada para un protocolo experimental. Otros números han sido asignados, usualmente para protocolos experimentales, pero no han sido muy extendidos.
2.8 Direccionamiento IP y enrutamiento
Quizás los aspectos más complejos de IP son el direccionamiento y el enrutamiento. El direccionamiento se refiere a la forma como se asigna una dirección IP y como se dividen y se agrupan subredes de equipos.
El enrutamiento consiste en encontrar un camino que conecte una red con otra y aunque es llevado a cabo por todos los equipos, es realizado principalmente por enrutadores que no son más que computadores especializados en recibir y enviar paquetes por diferentes interfaces de red, así como proporcionar opciones de seguridad, redundancia de caminos y eficiencia en la utilización de los recursos.
2.8.1 Dirección IP
Una dirección IP es un número que identifica de manera lógica y jerárquicamente a una interfaz de un dispositivo (habitualmente una computadora) dentro de una red que utilice el protocolo IP (Internet Protocol), que corresponde al nivel de red o nivel 3 del modelo de referencia OSI. Dicho número no se ha de confundir con la dirección MAC que es un número físico que es asignado a la tarjeta o dispositivo de red (viene impuesta por el fabricante), mientras que la dirección IP se puede cambiar.
Siempre que un usuario se conecta a Internet utiliza una dirección IP. Esta dirección puede cambiar al reconectar; y a esta forma de asignación de dirección IP se denomina una dirección IP dinámica (normalmente se abrevia como IP dinámica).
Los sitios de Internet que por su naturaleza necesitan estar permanentemente conectados, generalmente tienen una dirección IP fija (se aplica la misma
reducción por IP fija o IP estática), es decir, no cambia con el tiempo. Los servidores de correo, dns, ftp públicos, servidores web necesariamente deben contar con una dirección IP fija o estática, ya que de esta forma se facilita su ubicación. Las máquinas tienen una gran facilidad para manipular y jerarquizar la información numérica, y son altamente eficientes para hacerlo y ubicar direcciones IP, sin embargo, los seres humanos debemos utilizar otra notación más fácil de recordar y utilizar, tal es el caso URLs y resolución de nombres de dominio DNS.
Existe un protocolo para asignar direcciones IP dinámicas llamado DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).
2.8.2 Enrutamiento
En comunicaciones, el encaminamiento (a veces conocido por el anglicismo ruteo o enrutamiento) es el mecanismo por el que en una red los paquetes de información se hacen llegar desde su origen a su destino final, siguiendo un camino o ruta a través de la red. En una red grande o en un conjunto de redes interconectadas el camino a seguir hasta llegar al destino final puede suponer transitar por muchos nodos intermedios.
Asociado al encaminamiento existe el concepto de métrica, que es una medida de lo "bueno" que es usar un camino determinado. La métrica puede estar asociada a distintas magnitudes: distancia, coste, retardo de transmisión, número de saltos, etc., o incluso a una combinación de varias magnitudes.
Capítulo 3. Telefonía analógica y digital.
3.1 Fundamentos de telefonía
Dentro de una red de telecomunicaciones existe una gran cantidad de equipos y funcionalidades, sin embargo, con el fin de generalizar y así poder entender la arquitectura universal de cualquier red de telecomunicaciones se tomará el modelo de red, el cual se compone de los siguientes elementos:
• Transmisión o Transporte: La forma de conectar los elementos de conmutación entre sí, puede ser local o de larga distancia.
• Conmutación: Los equipos responsables de establecer la comunicación entre dos extremos es decir los usuarios o los clientes.
• Acceso: La forma de conectar las instalaciones del cliente con las de la empresa prestadora del servicio.
• Equipo terminal: Equipo situado en las instalaciones del cliente para aprovechar un servicio de telecomunicaciones.
3.1 El modelo de Red.
En la figura 3.1 se sugiere, como ejemplo del modelo, la red de telecomunicaciones más antigua y grande del mundo: La red telefónica pública conmutada o por sus siglas en inglés PSTN ( Public Switched Telephone Network). En esta red los elementos que presentes son el teléfono como equipo terminal, el par de cobre como medio de acceso, las centrales telefónicas como elemento de conmutación y los enlaces de microondas y fibra óptica como medio de transporte.
De las definiciones de los elementos que componen el modelo de red observamos que todos son de suma importancia en el proceso de comunicación, pues si alguno de ellos faltara simplemente no se podría dar la misma.
Sin embargo, si fuera necesario realizar una clasificación en donde se ordenaran los elementos de mayor a menor importancia, el elemento de conmutación sería el más importante, pues es éste quien define el tipo de servicio que se brinda.
3.2 Telefonía analógica
Cerca de los años 10’s la red telefónica usada en todas las ciudades, consistió en conmutadores analógicos conectados por sistemas de transmisión analógica.
Desde la introducción de redes de larga distancia en los años 30’s, un nuevo problema apareció en la red telefónica: el ruido de transmisión, el cual reducía la calidad de la red de larga distancia a niveles inaceptables.
Como resultado, las compañías telefónicas inician la búsqueda de sistemas que permitan transmitir datos sin introducir ruido. Una solución para este problema fue encontrada en los años 10’s; la introducción de transmisión digital dentro de las redes telefónicas.
En el principio, la red telefónica básica fue creada para transmitir la voz humana.
Tanto por la naturaleza de la información a transmitir, como por la tecnología disponible en la época en que fue creada, es de tipo analógico. Hasta hace poco se denominaba RTC (Red Telefónica Conmutada), pero la aparición del sistema RDSI (digital pero basado también en la conmutación de circuitos), ha hecho que se prefiera utilizar la terminología la red telefónica básica para la primitiva red telefónica (analógica), reservando las siglas RTC para las redes conmutadas de cualquier tipo (analógicas y digitales); así pues, la RTC incluye la primitiva red telefónica básica y la moderna RDSI (Red Digital de Servicios Integrados).
Las clásicas líneas de la red telefónica básica, la que tenemos en el teléfono de casa, tienen cada una un número (su dirección telefónica) y están físicamente construidas por dos hilos (conocidos como par de cobre), que se extiende desde la central telefónica hasta la instalación del abonado (se conoce también como bucle de abonado). Cada central atiende las líneas de abonado de un área geográfica determinada. A su vez, las centrales telefónicas están unidas entre sí por diversos sistemas. Esta unión de centrales constituye el sistema telefónico nacional que a su vez está enlazado con los restantes del mundo.
Como hemos señalado, la red telefónica básica original era de funcionamiento completamente analógico, primero de conmutación humana (telefonistas);
después de conmutación automática (electro-mecánica). En cualquier caso, las antiguas conexiones puramente analógicas eran propensas al ruido, a las pérdidas de conexión, y no se prestaban fácilmente al establecimiento de conexiones de larga distancia. Por estas causas, a principios de los 60’s, el sistema telefónico fue transformándose gradualmente en un sistema digital basado en conmutación de paquetes, al mismo tiempo que fueron sustituyéndose gradualmente las primitivas y gigantescas centrales telefónicas convencionales por otras más modernas de funcionamiento digital.
No hay que confundir "línea analógica en central digital" con "línea digital". La primera, sigue siendo totalmente analógica, aunque esté conectada a una central digital donde los sistemas de conmutación ya no son de tipo electromecánico. En este caso la central digital solo proporciona algunas pequeñas ventajas adicionales; posibilidad de marcar por tonos, llamada en espera, facturación
detallada, buzón de voz, etc. A estas líneas solo se pueden conectar dispositivos telefónicos de tipo analógico (teléfonos, módems, máquinas de fax de grupo III, etc). La línea digital por contra, solo transporta ceros y unos (mejor sería decir dos niveles de tensión o de luz) y por supuesto solo permite la conexión de dispositivos de este tipo.
Para su digitalización, la señal analógica es muestreada a 8.000 veces por segundo (8 KHz), el valor de cada muestra puede ser un valor entre 0 y 255 (puede ser representada por 1 byte -octeto-) lo que supone un flujo de datos de 8 KB/s o 64 Kb/s, la que se denomina calidad de sonido "telefónico".
Los bucles de abonado de cualquier tipo de la red telefónica básica o RDSI tienen dos partes: Externa e Interna. La primera, desde la central hasta el comienzo de la instalación del abonado, donde existe un dispositivo conocido como PTR (Punto de Terminación de Red). Esta parte externa de la instalación es responsabilidad de la compañía telefónica que se encarga de su conservación y mantenimiento. La parte interna constituye la parte de instalación en el interior del local del abonado y es propiedad de este, siendo también suya la responsabilidad de su instalación y conservación. Esta parte termina en las conocidas rosetas con conectores RJ-11 que se instalan en las habitaciones, a los que conectamos el cable del teléfono (estos conectores tienen capacidad para cuatro hilos, aunque en realidad solo se utilizan los dos contactos centrales).
Una característica de la instalación de abonado de los bucles de la red telefónica básica, es que dentro de ciertos límites, se pueden conectar varios dispositivos en paralelo (manteniendo una impedancia mínima), mientras que en las líneas RDSI esto no es tan sencillo.
En cualquier caso, la desventaja principal de la LA RED TELEFÓNICA BÁSICA es precisamente su carácter analógico (al menos en los bucles de abonado), ya que debido a su propia naturaleza, este tipo de señales tiende a degradarse, en especial las componentes de alta frecuencia. Además cada conversión supone una posibilidad adicional de distorsión de la señal.
3.3 Red telefónica Híbrida.
El primer sistema comercial de este tipo llego a estar disponible ya avanzados los 60’s y la red telefónica analógica fue lentamente evolucionando hacia la red híbrida. Con la comercialización de las centrales digitales en los 80’s, se abrió el camino para la introducción de nuevas redes telefónicas con relación costo eficiencia muy buena.
Durante los primeros años del presente siglo, el papel de la industria telefónica fue el de suministrar una red mundial de telecomunicaciones principalmente para comunicación de voz. Para tal propósito, se desarrollaron nodos y medios de transmisión analógicos y digitales. Sin embargo, la aparición de nuevas tecnologías, tales como las computadoras y la capacidad de integración de circuitos en gran escala, a propiciado grandes cambios.
3.4 Telefonía Digital
Durante los primeros años del presente siglo, el papel de la industria telefónica fue el de suministrar una red mundial de telecomunicaciones para comunicación de voz. Por tal motivo, se desarrollaron nodos y medios de transmisión analógicos y digitales.
Sin embargo, la aparición de nuevas tecnologías, tales como las computadoras y la capacidad de integración de circuitos a gran escala, ha propiciado grandes cambios.
Estos cambios son, por un lado, la automatización de las redes telefónicas mediante la incorporación de nodos de conmutación con programas almacenados y mecanismos de transmisión digital, el surgimiento de necesidades de comunicación no relacionada con voz, datos, imágenes, etc., las cuales en su momento causan un efecto diseño y desarrollo de las redes de comunicación.
Actualmente han surgida una serie de redes alternativas, estas nuevas redes deben ser compatibles entre ellas tomando en cuenta las normas y estrategias internacionales, con el objeto de crear una sola red de servicios integrados.
Se utilizan dos técnicas de conmutación diferentes dentro del sistema telefónico:
conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. Además de existir también la llamada conmutación de mensajes.
3.5 El Elemento de Conmutación
El elemento de conmutación es quien propiamente se encarga de establecer la comunicación entre un punto con otro, dependiendo como sea llevada a cabo esta tarea será el servicio ofrecido.
En general podemos decir que existen tres tipos de elementos de conmutación y en consecuencia tres tipos de servicios de telecomunicaciones. En la siguiente tabla se muestran los diferentes elementos de conmutación, así como los servicios que de éstos se desprenden.
