Redes de comunicaciones Contenido. Redes e interredes Redes locales Redes de área extensa Casos prácticos

Redes de comunicaciones

Contenido

• Redes e interredes

• Redes locales

• Redes de área extensa

• Casos prácticos

Redes locales

Definición

Una Red Local es una

LOCAL

RED: Red de computadores

LOCAL: Computadores próximos físicamente

LAN: Local Area Network

• Distancias cortas (0’1 a 25 km)

• Alta velocidad (1 a 100 Mbps)

• Baja tasa de errores (10

a 10

)

• Red privada (no pública)

Redes locales

Características

Redes locales

Criterios de clasificación

• Topología

• Medio físico

• Tecnología de transmisión

• Protocolo de acceso al medio

Topologías

Topologías

Estrella Anillo

Árbol

Bus

CABLEADO EN ESTRELLA

BUS Concentrador de

cableado

Concentrador de cableado Bus cableado en estrella

Anillo cableado en estrella

CABLEADO EN ESTRELLA

VENTAJAS

^l Facilidad de precableado de edificios en construcción ^l Facilidad de instalación en edificios construidos

^l Facilidad de expansión

^l Facilidad de mantenimiento

INCONVENIENTES

^l Mayor longitud de cables (mayor coste) ^l Mayor congestión de cables

Medios físicos

• Par trenzado

• Cable coaxial

• Fibra óptica

• Radio

• Microondas

• Satélite

Guiados No Guiados

PAR TRENZADO

l Descripción física

- Par de cables aislados y trenzados (arrollados en espiral)

- Cables de cobre o de cobre y acero (para mayor rigidez mecánica)

- Frecuentemente agrupados en cables multipares ( de 4 a 3000 pares)

l Características típicas de transmisión - Repetidores cada 2 a 10 Km.

- Ancho de banda: 1-100 Mhz.

- Velocidad de transmisión: 10-100 Mbps

PAR TRENZADO

l Conectividad

- Punto a punto (mas usual)

- Multipunto (pocas estaciones)

l Inmunidad al ruido

- Sensible al ruido electromagnético - Presenta problemas de diafonía

- Se puede proteger usando una malla externa

- El trenzado reduce la interferencia de baja frecuencia

l Coste

- Es el medio mas barato en coste por metro

• Uso de pantallas

– Sin apantallar (UTP: Unshielded Twisted Pair). Más fácil de instalar y mantener.

– Apantallado (STP: Shielded Twisted Pair). Mejores características eléctricas: mayor velocidad.

• Tipo de cables UTP

PAR TRENZADO

UTP-3 UTP-5

Uso Telefonía

convencional

Cableado de edificios (alta calidad)

Paso de trenza

7-10 cm. 0’5-1 cm.

Velocidad máxima

16 Mbps. 100 Mbps.

CABLE COAXIAL

l Descripción física

- Conductor interior rodeado coaxialmente, pero aislado, por otro conductor exterior. El conjunto se aísla del

entorno mediante un dieléctrico

l Características típicas de transmisión - Repetidores cada 1 a 10 Kmts.

- Ancho de banda: 400-1000 MHz.

- Velocidad de transmisión: 500 Mbps.

CABLE COAXIAL

- Conectividad

- Punto a punto y multipunto - Numero de repetidores para:

^l Coaxial de 50 ohm. en banda base: cientos ^l Coaxial de 75 ohm. en banda base: decenas ^l Coaxial de 75 ohm. en banda ancha: Miles

- Inmunidad al ruido

Mejor que la del par trenzado para altas frecuencias

- Coste

Intermedio entre el par trenzado y la fibra óptica

FIBRA ÓPTICA

l Descripción física

- Núcleo (fibra muy fina de vidrio o plástico) capaz de conducir la luz

- Revestimiento (vidrio o plástico de propiedades ópticas diferentes a las del núcleo)

- Cubierta (funda protectora de plástico)

FIBRA ÓPTICA

l Características de la transmisión

- Transmisión de un rayo de luz portador de una señal por medio de la reflexión interna en la fibra

- La transmisión de luz se realiza mediante un diodo emisor de luz normal (LED) o de un diodo emisor de luz

láser. La longitud de onda de la luz emitida influye en las características de la transmisión

^l El LED es mas barato y menos potente ^l El láser es mas potente y mas caro.

^l El láser no debe mirarse directamente

- La recepción de la luz y su conversión a energía eléctrica se realiza mediante dispositivos foto- eléctricos tales como el fotodiodo u otros.

FIBRA ÓPTICA

Tipos de fibra

- Multimodo

^l De salto de índice (índice de refracción) ^l De índice gradual

- Monomodo

Núcleo muy delgado

Multimodo Salto de índice

Multimodo Indice gradual

FIBRA ÓPTICA

Fibra multimodo de salto de índice

Fibra multimodo de índice gradual

Fibra monomodo

Fuente de luz Ancho de

banda Conexiones Aplicaciones

típicas Coste Diámetro del núcleo (micras)

Diámetro del revestimiento

Atenuación (dB/Km)

LED o láser 200 MHz/km

Difíciles Enlace de computadores

Moderado 50 a 125 125 a 440

6

LED o láser 3 GHz/km

Difíciles Líneas telef.

media dist.

Alto 50 a 125 125 a 440

0’5 a 4

Láser 50 GHz/km

Difíciles Líneas telf.

gran distancia Muy alto

2 a 8 15 a 60

0.2 a 2 Multimodo

salto de índice

Multimodo

índice gradual Monomodo

FIBRA ÓPTICA

FIBRA ÓPTICA

l Otras características de transmisión (valores típicos) - Repetidores cada 10 a 100 Km.

- Ancho de banda: 2 GHz.

- Velocidad de transmisión máxima: 2 Gbps

l Inmunidad al ruido

- La transmisión no resulta afectada por interferencias electromagnéticas

l Coste

- Mayor que el del par trenzado y el coaxial en pts/mt - Menor que el del par trenzado y el coaxial en pts/bps

CRITERIOS DE ELECCIÓN DEL MEDIO

l Topología

l Capacidad de transmisión (bps)

l Fiabilidad

l Tipos de información que puede transmitir (datos, voz, TV)

l Condiciones del entorno (ruido, humedad, ...)

l Coste

RESUMEN DEL PAR TRENZADO

l Barato y fácil de manejar

l De menor ancho de banda y velocidad que el coaxial

l Apropiado para redes locales en un solo edificio con trafico moderado de información.

l Ejemplo típico: Oficinas con terminales, PC's y estaciones de trabajo inteligentes, con unos pocos minicomputadores departamentales

RESUMEN DEL COAXIAL

l Más caro que el par trenzado pero de mayor capacidad

l Más difícil manejo que el par (rigidez, peso, conexiones)

l El más apropiado para la mayoría de las redes locales, excepto aquellas en la que abunden terminales no

inteligentes, o en las que el tráfico sea intensísimo

l Ejemplo típico: Entidades con elevado numero de minis o mainframes, periféricos comunes de alta velocidad (discos, cintas, ...), etc.

RESUMEN DE LA FIBRA ÓPTICA

l La más cara pero de grandes prestaciones

l Principalmente útil en conexiones punto a punto

l Especialmente apropiada para redes en anillo

l Manipulación muy especializada (derivaciones, conexiones)

l Perdidas de potencias en conexiones

l Apropiada para ser usada como medio de interconexión de gran velocidad de redes de menores prestaciones.

Relaciones topología-medio

Medio

Par trenzado

Coaxial Banda Base Coaxial Banda Ancha Fibra óptica

Bus Árbol Anillo Estrella

Topología

TECNOLOGÍAS DE TRANSMISIÓN

Banda base

Señales digitales

Uso total del ancho de banda

Bidireccional

Topología en bus

Distancia: pocos kilómetros

Banda ancha

Señales analógicas (modem) Posibilidad de multiplexar en frecuencia datos, voz, vídeo.

Unidireccional

Topología en bus o árbol Distancia: decenas de km.

TECNOLOGÍAS DE TRANSMISIÓN

Transmite en f1 Recibe en f1 Transmite en f1

Recibe en f2 Transmite en

ambas direcciones

Convertidor de frecuencia

(headend)

Convertidor de frecuencia

pasivo

Banda ancha con doble cable

Banda ancha con division de frecuencia Banda base

MODELO OSI PARA REDES LOCALES

Aplicación Presentación

Sesión Transporte

Red Enlace

Físico Físico

LLC

MAC

ENLACE DE DATOS EN REDES LOCALES

Subnivel LLC

Función: Transformar un canal real en uno virtual libre de

errores

lDetección/corrección errores

lSincronismo de trama

lControl de flujo

lGestión del trafico en línea

lVirtualización canal contra:

- Alteración de tramas - Perdida de tramas

- Duplicación de tramas

Subnivel MAC

Función: Control de acceso al medio físico

lGestión del acceso a un medio

l compartido - Multifuente - Multidestino

TÉCNICAS DE MAC

l CONTIENDA

Existe lucha entre los nodos por conseguir el medio

l SELECCION

Se le concede acceso al medio a cada nodo según diversas técnicas

l RESERVA

Cada nodo tiene reservado un "trozo" del medio físico

TECNICAS DE CONTIENDA

l ALOHA

l Testeo de portadora (CSMA) - No persistente (CSMA-NP) - 1 persistente (CSMA-1P) - p persistente (CSMA-pP)

l Testeo de portadora con detección de colisiones (CSMA/CD) - No persistente (CSMA/CD-NP)

- 1 persistente (CSMA/CD-1P) - p persistente (CSMA/CD-p)

CSMA: Carrier Sense Multiple Access

CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

ALOHA

ALOHA

^l Un nodo transmite siempre que quiere ^l Puede haber colisiones

^l Si hay colisiones

- Los nodos emisores se dan cuenta - Esperan un tiempo aleatorio

- Vuelven a transmitir

ALOHA TROCEADO (SLOTTED ALOHA)

^l Existe una señal periodica de sincronismo

^l Solo se puede transmitir una trama al llegar dicha señal ^l El resto de cuestiones igual que ALOHA

CSMA

El CSMA añade al ALOHA que:

Antes de transmitir se comprueba si el canal esta libre o no.

El CSMA/CD añade al CSMA que:

En el momento que se detecta una colisión se

para la transmisión

TECNICAS DE SELECCIÓN

l Un nodo accede al medio cuando es seleccionado para ello

l No existen colisiones

l La técnica mas usual es el sondeo (polling):

- Lista

Un nodo central va "pasando lista" y concediendo permiso a los demás nodos

- Hub-polling

Un nodo inicial (el central) le da permiso al siguiente, y este al siguiente y asi sucesiva- mente

- Paso de testigo (token-passing) ⁿ En bus: token bus

ⁿ En anillo: token ring

TECNICAS DE SELECCIÓN

Paso de testigo

l En bus (token bus)

Es un "hub-polling" descentralizado

l En anillo (token ring)

- No existen mensajes explicitos de un nodo a otro para concesion de permiso

- Un testigo (token: patron de bits) pasa de un nodo a otro

- Si al recibir el testigo un nodo tiene algo que transmitir

ⁿ Primero envia el mensaje ⁿ Despues envia el testigo

TOKEN BUS

A

B

C

D R=C

T=D

R=B T=A

R=A T=B R=D

T=C

TOKEN RING

A

B

C

D

A

B

C

D

A

B

C

D

Token libre

Token libre

Datos

Datos

lEl transmisor (A) busca un token libre

lLo cambia por un token ocupado y le añade los datos

lEl receptor (C) copia los datos

lEl transmisor genera un token libre después de recibir la cabecera

de su anterior mensaje

1)

2) 3)

2)

3)

1)

PROBLEMAS DEL PASO DE TESTIGO

El protocolo de paso de testigo debe resolver:

^l La inicialización del anillo lógico ^l La inclusión de un nuevo nodo ^l La desconexión del nodo actual ^l Los errores lógicos

- En bus:

ⁿ Direcciones duplicadas (dos nodos creen que es su turno)

ⁿ Anillo lógico roto (ningún nodo cree que es su turno)

- En anillo:

ⁿ Perdida del testigo ⁿ Trama no retirada

CSMA/CD vs. TOKEN BUS

Ventajas

l Algoritmo simple

l Uso muy extendido

l Buenas prestaciones con

l trafico bajo y moderado

l Acceso al medio equitativo

l Excelente prestaciones

l incluso con trafico elevado

l Acceso al medio regulable

l Retardos deterministas

Inconvenientes

l Requiere detección colisiones

l Tamaño de paquete mínimo

l Malas prestaciones con

l trafico elevado

l Retardos no deterministas

l Algoritmo complejo

l Tecnología emergente

CSMA/CD

TOKEN BUS

BUS EN BANDA BASE

Componentes de una red local en bus en banda base

^l Controlador

^l Cable del transceptor ^l Transceptor

^l Cable de 50 ohmios (coaxial) ^l Terminadores de 50 ohmios ^l Repetidores

BUS EN BANDA BASE

Especificaciones redes IEEE Parámetro

Velocidad

Long. segmento (max) Alcance de la red

Nodos por segmento Dist. nodos (min)

Diámetro del cable

10Base-5

10 Mbps 500 m 2500 m 100

2.5 m 0.4 in

10Base-2

10 Mbps 185 m 1000 m 30

0.5 m 0.25 in

BUS EN BANDA BASE

Arquitectura Ethernet e implementación típica

Interfaz estación

Encaps.

datos

Gestión línea

Codifica y decodifica

Transmite y

recibe

Controlador Transceptor

Coaxial

Al bus de E/S

Cable transceptor Enlace datos

Nivel físico Niveles sup.

BUS EN BANDA BASE

Configuración típica

Terminador Repetidor

Controlador Transceptor

Estrella con pares trenzados

IEEE 10Base-T

HUB

Estrella con pares trenzados

IEEE 10Base-T

HHUB

IHUB IHUB

Estrella con pares trenzados

IEEE 10Base-T

· · ·

· · ·

Estrella con pares trenzados

IEEE 100Base-T

2 UTP clase 5 2 STP 100Base-TX

2 fibras ópticas 100Base-FX 100Base-X

4 UTP clase 3 o 5 100Base-T4 100Base-T

Estrella conmutada

Conmutador (Switch)

HHUB

IHUB IHUB

Conmutador

Estrella conmutada

LAN ATM

155 Mbps Conmutador

ATM

HHUB

IHUB IHUB

Estrella conmutada

LAN ATM

155 Mbps Conmutador

ATM

Conmutador de acceso

Conmutador de acceso

Estrella conmutada

LAN ATM

155 Mbps 155 Mbps

622 Mbps 622 Mbps

Conmutador ATM

Conmutador ATM

Conmutador ATM

Conmutador de accesoConmutador

de acceso

Conmutador de accesoConmutador

de acceso Conmutador

de acceso

BUS EN BANDA ANCHA

Componentes de una red local en bus en banda ancha:

^l Controlador (incluye modem) ^l Cable del acoplador

^l Acoplador

^l Cable de 75 ohmios (coaxial) ^l Terminadores de 75 ohmios ^l Amplificador de señal

^l Splitter

BUS EN BANDA ANCHA

Ida Vuelta

Ida Vuelta

Acoplador Cable

Cable

Splitter

Cable

Cable Cable

Estacion

BUS EN BANDA ANCHA

División de frecuencias

Subdivisión Medio-división Alta división Cable dual

5 a 30 MHz 5 a 116 MHz 5 a 174 MHz 40 a 400 MHz

54 a 400 MHz 168 a 400 MHz 232 a 400 MHz 40 a 400 MHz

25 MHz 111 MHz 169 MHz 360 MHz Formato Banda de ida Banda de vuelta Ancho de banda

BUS EN BANDA ANCHA

Distribución típica del espectro

0

50

100

150

200

250

300

350 MHz

100 canales 64 Kbps Canales de TV 2-6

10 canales T1 Canales de TV 7-13

5 canales 5 Mbps 5 circuitos cerrados TV

BUS EN BANDA ANCHA

Tipos de acceso al canal

Modem Modem Modem Modem

F0 F1 F0 F1

Modem Modem Modem Modem

Modem Modem Modem Modem

F0...FN F0...FN

F0 F0

F0 F0

DEDICADO

CONMUTADO

MÚLTIPLE

....

....

....

F0 F0...FN

BANDA BASE versus BANDA ANCHA

Ventajas

Mas barato (no usa modem) Tecnología más simple

Fácil de instalar

Alta capacidad

Tipo de trafico múltiple

Configuraciones mas flexibles Mayor área de cobertura

Tecnología CATV muy madura

Desventajas

Un solo canal

Capacidad limitada Distancia limitada

Coste del modem

Complejidad de instalación

Complejidad de mantenimiento Retardo de propagación doble

Banda base

Banda ancha

REDES EN ANILLO

l El anillo consiste en un cierto numero de repetidores, cada uno de los cuales esta conectado a otros dos por enlaces unidireccionales, formando en conjunto un bucle cerrado

l Los datos son enviados bit a bit alrededor del anillo, de un repetidor al siguiente

l Cada repetidor recibe, regenera y retransmite cada bit

l Las redes en anillo trabajan normalmente en banda base

Estación

Repetidor

REDES EN ANILLO

Estados del repetidor

ESTADO DE ESCUCHA ^l Mira el mensaje

^l Lo retransmite

^l Lo pasa a la estación

ESTADO DE TRANSMISIÓN ^l Envía mensaje

^l Recibe mensaje

- El mismo que envía

(reconocimiento automático) - De otras estaciones

(lo almacena y retransmite) ESTADO DE BYPASS

^l Aisla fallos

^l Desconecta estaciones no activas ^l Se realiza mediante relés

A la estación

De la estación

Retardo de 1 bit

A la estación

De la estación

A la estación

De la estación

REDES EN ANILLO

Ventajas e inconvenientes VENTAJAS

^l Enlaces punto a punto

- Mayor distancia entre nodos - Posibilidad de usar fibra óptica

- Facilidad de diseño y mantenimiento ^l Facilidad de aislar y solucionar averías

^l Fácil detección de estaciones con dirección duplicada ^l Mayores prestaciones con trafico elevado: no colisiones INCONVENIENTES

^l Vulnerabilidad de los cables

^l Vulnerabilidad ante fallos en el repetidor ^l Difícil localización de averías

^l Difícil instalación/ampliación

^l Alteración del sincronismo de los datos

^l Limitaciones de tamaño por fiabilidad y alteración del sincronismo (varios cientos de estaciones)

^l Difícil inicialización y tratamiento de errores

REDES EN ANILLO

Anillo con cableado en estrella

Estación Repetidor

REDES EN ANILLO

El concentrador de cableado soluciona o alivia algunos de los inconvenientes de las redes en anillo

^l Vulnerabilidad de los cables (ALIVIADO)

^l Vulnerabilidad ante fallos en el repetidor (ALIVIADO) ^l Difícil localización de averías (SOLUCIONADO)

^l Difícil instalación/ampliación (SOLUCIONADO) ^l Alteración del sincronismo de los datos

^l Limitaciones de tamaño por fiabilidad y alteración del sincronismo (varios cientos de estaciones)

^l Difícil inicialización y tratamiento de errores Los inconvenientes que añade esta solución son:

^l Fiabilidad dependiente del concentrador ^l Mayor longitud de cables

REDES EN ANILLO

Uso de varios concentradores

lMejora la fiabilidad

lDisminuye la longitud de los cables

REDES EN ANILLO

Uso de varias redes unidas por un puente

Puente

REDES EN ANILLO

Ventajas e inconvenientes del uso de puentes

VENTAJAS

^l Incrementa el numero de estaciones

^l Mejora las prestaciones (divide el trafico) ^l Mejora la fiabilidad

INCONVENIENTES

^l No existe reconocimiento automático de mensajes ^l Posible despilfarro si existe mucho trafico entre los anillos conectados al puente

REDES EN ANILLO

Redes en anillo con varios puentes

Puente 1

Puente 2 Puente 3

REDES CON FIBRA ÓPTICA

VENTAJAS

^l Mayor ancho de banda/velocidad ^l Tamaño reducido

^l Peso ligero

^l Menor atenuación

^l Inmunidad electromagnética ^l Menor numero de repetidores

INCONVENIENTES

^l Mayor coste (en fibra y en equipos)

^l Mayor dificultad de instalación y manipulación (derivaciones, conexiones, ...)

REDES CON FIBRA ÓPTICA

Estrella pasiva

l Varias fibras fundidas juntas

l División equitativa de la potencia de entrada entre cada una de las salidas

l Numero limitado de estaciones/fibras de salida (pocas decenas)

Estrella pasiva Estación

Estación

Estación

....

....

. . .

REDES CON FIBRA ÓPTICA

Estrella activa (FIBERNET II)

Estación

Estación Estación

Estación Estación

Estación Estrella

activa

Detector colisiones

LED LED LED Tx

Tx Tx

Rx opt

Rx opt Rx opt

Rx Rx Rx

ESTRELLA ACTIVA

X R

FIBERNET II: 10 Mbps S/NET: 20 Mbps

REDES CON FIBRA ÓPTICA

FDDI y FDDI-II

l FDDI: Fiber Distributed Data Interface

l Norma ANSI X3T9.5

l Velocidad: 100 Mbps

l Distancia: 200 Km

l Numero de estaciones: 1000

l Emisión por LED (seguridad física)

l Topología: doble anillo (con o sin cableado en estrella)

REDES CON FIBRA ÓPTICA

Configuración típica con FDDI

Anillo FDDI

REDES CON FIBRA ÓPTICA

Conexiones en bus

Detector

óptico Decodif. Codif. Fuente

de luz

Fibra óptica Fibra

óptica

Nodo CONEXION ACTIVA

O/E Receptor

E/O

Transmisor Fibra óptica

CONEXIÓN PASIVA Nodo

REDES CON FIBRA ÓPTICA

Configuraciones en bus

Conector activo

Conector activo

Conector activo Doble

fibra

Doble fibra

Conector pasivo

Conector pasivo

Conector pasivo

Conector pasivo

Conector pasivo

Conector pasivo

Nodo Nodo Nodo

Nodo Nodo

Nodo

Nodo Nodo Nodo

Fibra única

BUS ACTIVO

BUS PASIVO

LINEAL

BUS PASIVO EN BUCLE

NORMATIVA IEEE 802 (ISO 8802)

Aplicación Presentación

Sesión Transporte

Red Enlace

Físico Físico

LLC

MAC

802.2

802.3

CSMA/

CD BUS

802.4

TOKEN

BUS

802.5

TOKEN

RING

8 0 2 . 1

La red de la Universidad

155 Mbps 155 Mbps

Com.

ATM

Com.

ATM

Com.

ATM

CA CA

CA

CA

CA

CA CA

CA

CA

Rectorado

Reina Mercedes 1

Reina Mercedes 2

INF1 INF2

La red de la Facultad

Com.

ATM

CA R

Com.

ATM

CA R

LANE Secretaría

LANE Biblioteca

LANE Profesores

LANE Alumnos

Red ATM

H H H H

H H H H

155 Mbps Reina

Mercedes 1

Reina Mercedes 2

INF1 INF2

10/100 base T

La red de alumnos

CA H H CA

S S S S

S

Cortafuegos

Red de prácticas

Com.

ATM

Com.

ATM

10/100 base T

La red en cifras

• Usuarios

– 3000 alumnos,120 profesores,30 administr.

• Máquinas

– Total 475

– 1 servidor general (RISC-6000)

– 4 servidores específicos en WS

– 5 servidores específicos en PC