2 Redes de comunicación
Una red es un conjunto de dispositivos (a menudo denominados nodos) conectados por enlaces de un medio físico, ya sea guiado (cables), o no guiados (de conexión inalámbrica). Un nodo puede ser una computadora, una impresora o cualquier otro dispositivo capaz de enviar y/o recibir datos generados por otros nodos de la red (Forouzane, 2007).
2.1 Redes según su tecnología 2.1.1 Punto a punto
Es aquella que proporciona un enlace dedicado entre dos dispositivos, reservando toda la capacidad del canal para la transmisión entre estos dos elementos. Estas redes, por lo general, están conectadas por cable, pero también es posible la conexión vía microondas (Forouzane, 2007).
Figura 1. Enlace punto a punto (Hillar, 2009) 2.1.2 Multipunto
También denominada multiconexión, es una configuración en la que varios dispositivos comparten el mismo enlace y la capacidad de transmisión del canal en el espacio o el tiempo. Si los dispositivos pueden usar el enlace de forma simultánea se dice que hay una configuración de línea compartida espacialmente, pero si tienen que compartir la línea por turnos se trata de una configuración de tiempo compartido (Forouzane, 2007).
2.2 Redes según su alcance
2.2.1 Redes de área local (LAN)
LAN son las siglas de Local Área Network, Red de área local. Una LAN es una red que conecta los ordenadores en un área relativamente pequeña y predeterminada (como una habitación, un edificio, o un conjunto de edificios) (Hillar, 2009).
Las LAN´s más conocidas son Ethernet a 10Mb/s, la IEEE 802.5 o Token Ring a 4 y a 16 Mb/s, la FDDI a 100 Mb/s. Este tipo de redes permanecen prácticamente sin cambios desde los ochenta.
Las topologías básicas usadas suelen ser bus o de anillo, sin embargo, pueden utilizarse topologías más complejas utilizando elementos adicionales, como repetidores, puentes, conmutadores, etc. (Morillas, 2010).
Figura 3. Ejemplos de redes LAN (computacionunouah.blogspot.com). 2.2.2 Redes de área metropolitana (MAN)
Las redes de área metropolitana, comprenden una ubicación geográfica determinada "ciudad o municipio" y su distancia de cobertura es mayor de 4 Km. Son redes con dos buses unidireccionales, cada uno de ellos es independiente del otro en cuanto a la transferencia de datos.
Un caso de éxito de redes tipo MAN son las redes CATV o redes de televisión por cable. Al principio eran sistemas de carácter local con fines específicos, posteriormente, tras el impulso que supusieron para el desarrollo de importantes negocios de difusión, se inicia el cableado de ciudades enteras bajo concesión de los gobiernos. Con la llegada del internet, los operadores de las redes se dieron cuenta de que con algunos cambios en el sistema, podrían también proporcionar este servicio (Tanenbaum, 2012).
Figura 4. Red MAN (Forouzane, 2007). 2.2.3 Redes de área extensa (WAN)
Una red de área amplia puede ser descrita como un grupo de redes individuales conectadas a través de extensas distancias geográficas. Los componentes de una red WAN típica incluyen:
• Dos o más redes de área local (LANs) independientes.
• Routers conectados a cada LAN.
• Dispositivos de acceso al enlace (Link access devices, LADs)
conectados a cada router.
• Enlaces inter-red de área amplia conectados a cada LAD.
Estas redes se caracterizaban por su lentitud, coste y alta tasa de errores, pero con la aparición de la fibra óptica y de las líneas digitales en las infraestructuras de las compañías portadoras, se ha conseguido reducir estas malas características de forma considerable (Morillas, 2010).
Figura 5. Red WAN (Forouzane, 2007). 2.3 Redes según su topología física
2.3.1 Topología estrella
La topología estrella es una red de conexión punto a punto. Utiliza un dispositivo de cableado central llamado concentrador. Cada equipo se conecta utilizando un cable independiente. Utiliza cables de par trenzado, tales como 10BaseT y 100BaseT (estándares para la conexión Ethernet vía cable par trenzado).
La mayoría de las redes de área local usan la topología estrella. Aunque cada equipo se conecta al concentrador con un cable independiente, el concentrador transmite todas las señales que entran a cualquiera de sus puertos al resto de los puertos. Por tanto, todas las señales que transmite cada equipo de la red llegan al resto de equipos (Bigelow, 2003).
El inconveniente de esta topología y su máxima vulnerabilidad se encuentra precisamente en el nodo central, ya que si este falla toda la red falla. Sin embargo, como gran ventaja, presenta una gran modularidad, lo que permite aislar una estación defectuosa con bastante sencillez y sin perjudicar al resto de la red (Morillas, 2010).
2.3.2 Topología bus
Esta es una red de conexión multipunto donde un cable largo actúa como troncal conectando todos los dispositivos a la red (Morillas, 2010).
Todas las señales que se transmiten en la red, pasan por el troncal en ambas direcciones, a través de todos los sistemas, hasta llegar a su destino.
Esta arquitectura, siempre tiene dos extremos abiertos, como muestra la Figura 7. Los dos extremos deben terminar en resistencias eléctricas para que las señales no vuelvan en dirección contraria, lo que provocaría interferencias con las señales más recientes. Si no se termina el cable en uno o en los dos extremos los equipos conectados a la topología no se comunican correctamente (Bigelow, 2003).
Figura 7. Topología bus (ecured.cu)
Entre sus ventajas se incluye la sencillez de instalación. Y entre sus desventajas más notables la dificultad de su reconfiguración y del aislamiento de los fallos. Además de que un fallo o ruptura en el cable interrumpiría todas las transmisiones, incluso entre los dispositivos que no se encuentran en la parte de la red que está fallando (Forouzane, 2007).
2.3.3 Topología anillo
En una topología anillo cada dispositivo posee una línea de conexión dedicada y punto a punto con los dos dispositivos que están a sus lados. Un anillo es relativamente fácil de instalar. Para añadir o quitar dispositivos solo hay que mover dos conexiones.
Las únicas restricciones están relacionadas con aspectos del medio físico de tráfico. Además los fallos se pueden aislar de forma sencilla (Forouzane, 2007).
Este tipo de topología provoca que las señales se propaguen de un equipo al siguiente de modo circular, de manera que, al final, vuelven a su punto de inicio.
Figura 8. Topología anillo (Hillar, 2009) 2.3.4 Topología mallada
En este caso todos los nodos están conectados con los demás. Esta es una topología poco utilizada para medios guiados, debido al elevado coste que supondría. Sin embargo es la más robusta frente al fallo de cualquier nodo (Morillas, 2010).
Figura 9. Topología malla (Bigelow, 2003) 2.3.5 Topologías híbridas
Son las más frecuentes y se derivan de la unión de topologías puras, es decir, bus – estrella, estrella – anillo, entre otras (Morillas, 2010).
Figura 10. Topología hibrida (Hillar, 2009) 2.4 Redes según la direccionalidad de los datos
2.4.1 Simplex
En el modo simplex, la comunicación es unidireccional, como en una calle de sentido único, de forma que una de las dos estaciones de enlace puede transmitir y la otra solo recibir (Forouzane, 2007).
Figura 11. Simplex (Forouzane, 2007) 2.4.2 Semi-Dúplex
En este caso cada estación puede tanto enviar como recibir, pero no al mismo tiempo. Así, cuando un dispositivo está enviando, el otro solo puede recibir y viceversa. La capacidad total del canal es usada por aquel de los dispositivos que está transmitiendo. Los walkie-talkies son un ejemplo de estos
Figura 12. Semi-dúplex (es.wikipedia.org) 2.4.3 Full-Dúplex
También llamado Dúplex, es un modo donde ambas estaciones pueden enviar y recibir simultáneamente.
En el modo Full-Dúplex, las señales que van en cualquier dirección deben compartir la capacidad del enlace. Este reparto se puede dar de dos maneras: o bien el enlace tiene que tener caminos de transmisión físicamente separados, uno para enviar y otro para recibir, o es necesario dividir la capacidad del canal entre las señales que viajan en direcciones opuestas. Un ejemplo de este sistema es la red telefónica. Cuando dos personas están hablando por teléfono, ambas pueden hablar y escuchar al mismo tiempo (Forouzane, 2007).
2.5 Redes según su tipo de conexión 2.5.1 Medios guiados
2.5.1.1 Cable de par trenzado
Un cable de par trenzado, como su nombre indica, está compuesto por cuatro pares de cables de cobre aislados, trenzados en forma helicoidal. Es decir, tiene ocho cables, agrupados de dos en dos. Es el tipo de cable más popular tanto para las comunicaciones de voz (línea telefónica convencional), como para las de datos. Esto se debe a que es uno de los más sencillos de instalar, de menor coste y soporta altas velocidades.
Los cables de par trenzado se puede dividir a su vez en tres grandes variantes; UTP (Unshielded Twisted Pair – Par trenzado sin blindaje), también conocido como par trenzado sin apantallar.
Figura 14. Cable par trenzado UPT categoría 5 (Hillar, 2009)
STP (Shielded Twisted Pair – Par trenzado con blindaje), también conocido como par trenzado apantallado. Son más costosos que los UTP, puesto que los pares de cobre se rodean con una malla metálica para reducir las interferencias y alrededor del cable interior se añade un trenzado de hilo de cobre, consiguiendo así mejorar las características de transmisión de datos.
Figura 15. Par trenzado blindado (Forouzane, 2007)
FTP (Foiled Twisted Pair – Par trenzado encintado). Cada uno de los pares de cobre está cubierto por una lámina para reducir las interferencias entre éstos, también utiliza otra lámina para recubrir todos los pares. Es una variante que generalmente resulta más conocida que los STP (Hillar, 2009). 2.5.1.2 Cable coaxial
El cable coaxial, tiene un blindaje superior al de los cables de par trenzado, por lo cual puede alcanzar mayores distancias. Está compuesto por un alambre de cobre incrustado en un material aislante interno (dieléctrico), que a su vez está cubierto con un conductor externo de aluminio o de cobre entrelazado (malla), encargado de proteger al medio contra el ruido y las interferencias de radiofrecuencia (RF). Todo esto queda envuelto en una funda exterior de plástico ver Figura 16 (Hillar, 2009).
Figura 16. Cable coaxial (Hillar, 2009)
Se pueden encontrar diversos tipos de cable coaxial pero los más usados son los de 50 ohms, que se usan por lo general para transmisiones
digitales y el de 75 ohms, que se utiliza para las televisión por cable, pero que se ha vuelto muy pop de internet a través de cable
2.5.1.3 Fibra óptica
La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o si conduce la luz.
La luz es una forma de energía electromagnética que km/seg en el vacio (aproximadamente 186.000 Millas/
Se requieren dos filamentos para un
grosor del filamento es comparable al grosor de un aproximadamente de 0,1 mm.
Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo recubrimiento, tensores y chaqueta. Estos cables pr
inmunidad al ruido y a las interferencias de radiof
alcanzan las mayores distancias de transmisión. Est diferencia de los cables de cobre, conduce señales eléctricas (Hillar, 2009).
Las fibras ópticas utilizadas actualmente en el áre telecomunicaciones se clasifican fundamentalmente e
modo de propagación: Fibras Multimodo y Fibras Mono Las fibras Multimodo son aq
rayos de luz por sucesivas reflexiones (modos de pr hacer de dos maneras, por índice gradual o por índi
Figura 17
digitales y el de 75 ohms, que se utiliza para las transmisiones analógicas y de televisión por cable, pero que se ha vuelto muy popular gracias al advenimiento de internet a través de cable (Tanenbaum, 2012).
La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que
La luz es una forma de energía electromagnética que viaja a 300.000 km/seg en el vacio (aproximadamente 186.000 Millas/seg).
Se requieren dos filamentos para una comunicación
bi-grosor del filamento es comparable al bi-grosor de un cabello humano, es decir, aproximadamente de 0,1 mm.
Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo recubrimiento, tensores y chaqueta. Estos cables presentan
inmunidad al ruido y a las interferencias de radiofrecuencia (RF), mientras que alcanzan las mayores distancias de transmisión. Esto se debe a que, a diferencia de los cables de cobre, conduce señales de luz en vez de señales
Las fibras ópticas utilizadas actualmente en el áre
telecomunicaciones se clasifican fundamentalmente en dos grupos, según el modo de propagación: Fibras Multimodo y Fibras Monomodo.
Las fibras Multimodo son aquellas que pueden guiar y transmitir varios rayos de luz por sucesivas reflexiones (modos de propagación) y lo pueden hacer de dos maneras, por índice gradual o por índice escalonado.
17. Fibra Multimodo de índice gradual
transmisiones analógicas y de ular gracias al advenimiento
La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que
La luz es una forma de energía electromagnética que viaja a 300.000
-direccional. El cabello humano, es decir,
Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo, manto, esentan la mayor recuencia (RF), mientras que o se debe a que, a de luz en vez de señales
Las fibras ópticas utilizadas actualmente en el área de las n dos grupos, según el
uellas que pueden guiar y transmitir varios opagación) y lo pueden ce escalonado.
Figura 18.
Por otro lado las fibras Monomodo son aquellas que diseño pueden guiar y transmitir un solo rayo de lu
y tiene la particularidad de poseer
caso, el aprovechamiento es menor, el coste es más difícil y los acoples deben ser perfectos.
2.5.2 Medios no guiados
2.5.2.1 El espectro electromagnético
Cuando los electrones se mueven crean ondas electro se puedan propagar por el espacio libre (aun en el electromagnéticas se organizan en un esquema contin
longitudes de onda, obtenemos el espectro electromagnético, en el que l ondas más largas (longitudes desde metros a kilómet
extremo (Radio) y las más cortas en el otro (longit billonésima de metros) (Gamma).
. Fibra Multimodo de índice escalonado
Por otro lado las fibras Monomodo son aquellas que por su especial diseño pueden guiar y transmitir un solo rayo de luz (un modo de propagación) y tiene la particularidad de poseer un ancho de banda elevadísimo. En este caso, el aprovechamiento es menor, el coste es más elevado, la fabricación difícil y los acoples deben ser perfectos. (Forouzane, 2007).
Figura 19. Fibra Monomodo Medios no guiados
espectro electromagnético
Cuando los electrones se mueven crean ondas electromagnéticas que se puedan propagar por el espacio libre (aun en el vacio). S
electromagnéticas se organizan en un esquema continuo de acuerdo a sus obtenemos el espectro electromagnético, en el que l ondas más largas (longitudes desde metros a kilómetros) se encuentran en un extremo (Radio) y las más cortas en el otro (longitudes de onda de una billonésima de metros) (Gamma).
Fibra Multimodo de índice escalonado
Por otro lado las fibras Monomodo son aquellas que por su especial z (un modo de propagación) un ancho de banda elevadísimo. En este elevado, la fabricación
Cuando los electrones se mueven crean ondas electromagnéticas que vacio). Si las ondas uo de acuerdo a sus obtenemos el espectro electromagnético, en el que las ros) se encuentran en un udes de onda de una
Figura 19. Espectro electromagnético (Forouzane, 2007) Estas ondas son:
Ondas de Radio. En el año 1887, Heinrich Hertz (1857-1894), consiguió detectar ondas de radio que tenían una longitud del orden de un metro. La región de ondas de radio se extiende desde algunos Hertz hasta 109 Hz con longitudes de onda desde muchos kilómetros hasta menos de 30 cm.
Microondas. La región de las microondas se encuentra entre los 109 hasta aproximadamente 3x1011 Hz (con longitud de onda entre 30 cm a 1 mm).
Rayos infrarrojos. La radiación infrarroja se localiza en el espectro entre 3x1011 Hz. hasta aproximadamente los 4x1014 Hz. La banda infrarroja se divide en tres secciones de acuerdo a su distancia a la zona visible: próxima (780 - 2500 nm), intermedia (2500 - 50000 nm) y lejana (50000 - 1mm). Toda molécula que tenga un temperatura superior al cero absoluto (-273º K) emite rayos infrarrojos y su cantidad está directamente relacionada con la temperatura del objeto.
Radiación Ultravioleta. Sus longitudes de onda se extienden entre 10 y 400 nm, son por tanto menores que las de la luz visible.
Rayos X. En 1895 Wilhelm Röntgen inventó una máquina que producía radiación electromagnética con una longitud de onda menor a 10 nm. Debido a que no conocía la naturaleza de estas ondas las bautizó como X.
Rayos Gamma. Se localizan en la parte del espectro que tiene las longitudes de onda más pequeñas entre 10 y 0.01 nm (Tanenbaum, 2012).
El espectro electromagnético se divide en 8 rangos regulados normalmente autoridades gubernamentales (Forouzane, 2007).
Los términos LF (frecuencias bajas) MF (frecuencias medias) HF (frecuencias altas) fueron los primeros en ser usados para explicar el espectro. Como se puede observar cuando se asignaron los nombres nadie esperaba que se sobre pasarían los 10MHz, por lo que posteriormente las bandas más altas se redenominaron como, HF (frecuencias altas), VHF (frecuencias muy alta), UHF (frecuencias ultra altas), SHF (frecuencias súper altas) y EHF (frecuencias extremadamente altas).
2.5.2.2 Propagación de las ondas de radio
Las ondas de radio son fáciles de generar, pueden viajar distancias largas, penetrar edificios sin problemas y su uso está muy generalizado en la comunicación. También son omnidireccionales, lo que significa que viajan en todas direcciones a partir de la fuente, por lo que no es necesario que el transmisor y el receptor estén alineados físicamente.
Las propiedades de las ondas de radio dependen de la frecuencia. A bajas frecuencias, estas ondas cruzan casi cualquier obstáculo, pero la potencia se reduce de manera drástica a medida que se alejan de la fuente. A frecuencias altas las ondas tienden a viajar en línea recta y a rebotar en los obstáculos.
También son absorbidas por la lluvia, y están sujetas a interferencias por motores y otros equipos eléctricos. Por la capacidad de viajar a largas distancias, la interferencia entre usuarios es un problema, por esta razón los gobiernos reglamentan estrictamente el uso de radiotransmisores (Tanenbaum, 2012).
2.5.2.3 Microondas terrestres
Las microondas terrestres se ven afectadas por la forma curva de la tierra y por lo tanto necesitan equipos de transmisión y recepción por visión directa.
La distancia que se puede cubrir por visión directa depende de la altura de la antena, cuanta más altas sean las antenas mayor es la distancia a la que se puede transmitir sin que interfiera la curvatura del planeta, sin mencionar que se elevaría la señal por encima de muchos obstáculos de la superficie, como colinas bajas y edificios altos. Por lo general las antenas se montan en torres que a su vez se encuentran en lo alto de colinas o montañas.
Con el fin de incrementar el alcance de las microondas terrestres, se usan sistemas de repetidores. La señal recibida por una antena se puede convertir de nuevo a una forma transmisible y entregarla a la antena siguiente. La distancia mínima entre repetidores varía con la frecuencia de la señal y el entorno en el cual se encuentran las antenas.
Figura 20. Microondas terrestres (Forouzane, 2007) 2.5.2.4 Comunicación vía satélite
Los enlaces entre las estaciones terrestres y los satélites, o entre satélites, están formados por radiación electromagnética, dirigida en línea recta, en haces de mayor o menor concentración semejantes a los enlaces
Para lograr que las transmisiones por satélite cumplan con los requisitos de una determinada red de comunicación deben considerarse las características de los equipos para las estaciones terrestres, la de los transpondedores de los satélites, las del medio de propagación y las radiaciones no deseadas de origen externo.
La señal emitida por la estación transmisora debe llegar a la receptora con la potencia suficiente para garantizar la calidad esperada de la comunicación (Rosado, 2003).
Estas transmisiones usan los mismos principios de las transmisiones de microondas terrestres, excepto que estando el satélite en órbita, actúa como una antena súper alta que reduce las limitaciones impuestas sobre la distancia por la curvatura de la tierra, aun cuando la transmisión se haga igualmente en línea recta. De esta forma, los satélites retransmisores permiten que las señales de microondas se puedan transmitir a través de continentes y océanos, con un único salto (Forouzane, 2007).
Figura 21. Comunicaciones por satélite (Forouzane, 2007) 2.5.2.5 Telefonía celular
Se diseñó para proporcionar conexiones de comunicaciones estables entre dos dispositivos móviles, o entre una unidad móvil y una estacionaria (tierra).
Un proveedor de servicios debe de ser capaz de localizar y seguir el dispositivo móvil, asignando un canal a la llamada y transfiriendo la señal de un
canal a otro a medida que el dispositivo se mueve fuera del rango de un canal y dentro del rango de otro.
Para que este seguimiento sea posible, cada área de servicio celular se divide en regiones pequeñas denominadas células. Cada célula contiene una antena y es controlada por una pequeña central, denominada central de célula. A su vez, cada central de célula está controlada por una central conmutada llamada MTSO (Mobile Telephone Switching Office).
La MTSO coordina las comunicaciones entre todas las centrales de células telefónicas. Es un centro computarizado que se encarga de conectar las llamadas y de grabar la información sobre la misma, así como de su facturación, ver Figura 22.
Figura 22. Sistema celular (Forouzane, 2007)
La dimensión de la célula no es fija y puede ser mayor o menor, dependiendo del tamaño de la población del área. El típico radio de una célula está entre 2 a 20 Km. Las áreas con alta densidad de población necesitan células geográficamente más pequeñas para satisfacer la demanda de tráfico (Forouzane, 2007).
2.6 Parámetros de caracterización de las redes 2.6.1 Velocidad de transmisión
Es la relación que hay entre la información transmitida a través de la red y el tiempo que se tarda en realizarla. Así cuanto mayor sea esta velocidad
2.6.2 Ancho de banda
El ancho de banda se indica generalmente en bites por segundo (bps), kilobites por segundo (kbps) o megabites por segundo (mps) y constituye una medida de la capacidad.
Por ejemplo, para conexiones de Internet, el ancho de banda es la cantidad de información o de datos que se pueden enviar a través de una conexión de red en un período de tiempo dado, es decir, cuanto mayor sea el ancho de banda de la red, mayor será la cantidad de información que está soportaría durante un periodo de tiempo.
En las redes de ordenadores, el ancho de banda a menudo se utiliza como sinónimo de la tasa de transferencia de datos - la cantidad de datos que se puedan llevar de un punto a otro en un período dado (generalmente un segundo). Un módem que funciona a 57.600 bps tiene dos veces el ancho de banda de un módem que funcione a 28.800 bps.
Debe recordarse que una comunicación consiste generalmente en una sucesión de conexiones, cada una con su propio ancho de banda. Si una de estas conexiones es mucho más lenta que el resto actuará como cuello de botella haciendo que la comunicación sea lenta (Morillas, 2010).
2.6.3 Capacidad efectiva y nominal
Es la capacidad que tiene la red para recibir información, es decir, la cantidad de bits por segundo que se puede introducir en el punto extremo de la red, dicha capacidad depende del estado de la red en el instante de introducir información en ella (Morillas, 2010).
