Unidad I. Introducción a las Redes

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1 Unidad I. Introducción a las Redes
M.C. Juan Carlos Olivares Rojas

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3 Agenda 1.1 Antecedentes históricos. 1.1.1 Historia de las redes.
1.1.2 Importancia de las redes. 1.2 Conceptos básicos de las redes. 1.2.1 Tipos de señales eléctricas. 1.2.2 Formatos de transmisión. 1.2.3 Ancho de Banda. 1.2.4 Topologías de red. 1.2.5 Clasificación de redes.

4 Unidad I. Introducción a las Redes
1.3 Organismos de estandarización de redes y sus protocolos de interés ISO IEEE IETF

5 1.1 Antecedentes históricos.
El origen de las redes se remonta desde hace muchos años atrás. ¿En dónde se utilizan las redes? Las redes se han utilizado en diversas áreas y aplicaciones como: redes sociales (organigramas), redes de distribución (eléctrica, de agua, petróleo), redes de pescar (mallas), entre otras.

6 Origen y evolución Las redes han estado presentes desde el inicio de la humanidad y han evolucionado conforme al progreso de la sociedad. Una de las grandes problemáticas de las sociedades humanas ha sido la comunicación a través de largas distancias, por lo que se originaron las redes de telecomunicación.

7 Redes de telecomunicaciones
Toda red de telecomunicaciones está formada por una entidad emisora, receptora, un mensaje y un canal de comunicación. La primera red de telecomunicaciones fue el lenguaje oral y escrito. Para grandes distancias se utilizaba el eco junto con algún otro instrumento como la trompeta para comunicarse a distancia

8 Elementos de una red de comunicación

9 Redes de telecomunicaciones
Otros medios de telecomunicación fueron las señales de humo. Con la comunicación escrita se dieron de alta los mensajeros. Después se estructuró el sistema de correos. El telégrafo permitió la comunicación rápida a través de largas distancias.

10 Redes de telecomunicaciones
El teléfono creó una nueva forma de transmitir información en grandes distancias. La radio se consideró como la telegrafía sin hilos. La TV revolucionó los medios de comunicación permitiendo tener imágenes y sonidos.

11 Redes de telecomunicaciones
Internet es hoy en día lo que fue la radio, la televisión, el teléfono en su tiempo. ¿Cuál es la red de telecomunicaciones más grande? La red telefónica pública conmutada (Public Switched Telephone Network). Internet es la red de computadoras más grande de la humanidad.

12 Redes de Computadoras Las redes de computadoras surgen de la necesidad de compartir recursos. Por ejemplo: ¿cómo se le haría para compartir una impresora? Compartición física Una conexión multiplexada A través de una red de computadoras Utilizando un servidor de impresión A través de servicios de impresión en Internet

13 1.1.1 Historia de las redes. Las redes de computadoras tienen sus orígenes en la década de 1960’s cuando surge la necesidad de poder comunicar la información presente en las universidades y las grandes empresas. Las primeras redes cubrían grandes extensiones geográficas, posteriormente empezaron a aparecer redes de extensión más corta.

14 Historia de las Redes La primera red de computadoras fue Internet cuyos orígenes se remontan a 1969 con la creación de la ARPANET. La ARPANET inició sus operaciones a través de enlaces propietarios, después migró hacia la PSTN debido al alto costo de mantener dichos enlaces.

15 La ARPANET (a) Estructura del sistema telefónico.
(b) Sistema de conmutación distribuida propuesta por Baran.

16 La ARPANET (2) El diseño original de ARPANET.

17 La ARPANET (3) Crecimiento ARPANET (a) Diciembre 1969. (b) Julio 1970.
(c) Marczo (d) Abril (e) Septiembre 1972.

18 NSFNET La columna vertebral del NSFNET en 1988.

19 Arquitectura de Internet
Vista de Internet.

20 Otras redes de computadoras
La Internet Redes orientadas a conexión: X.25, Frame Relay y ATM Ethernet Wireless LANs:

21 Comunicar y compartir datos
La mayoría de los sistemas operativos actuales tiene soporte para redes de computadoras. Las redes de computadoras empezaron a desarrollarse en la década de 1970, pero no fue hasta los años de 1980 que empezaron a llegar a los negocios y en la década de 1990 al público general.

22 Comunicar y compartir datos
Es tal el éxito de las redes de computadoras, que algunas se han implementado en las casas y pequeños negocios (SOHO: Small Office Home Office) hasta las redes ya son personales!. Las redes futuras serán cada vez más heterogéneas, incluyendo toda clase de dispositivos electrodomésticos.

23 1.1.2 Importancia de las redes
Las redes de computadora forman parte importante de cualquier computadora a tal punto que no existe actualmente computadora que no tenga un enlace hacia algún tipo de red. Las redes de computadoras se pueden utilizar en una gran diversidad de ámbitos del quehacer humano.

24 Usos y beneficios de las redes
Las ventajas, beneficios y usos de redes de computadoras son muchas y dependerán en gran medida de las aplicaciones que se ejecuten sobre ella. Es decir la red de computadoras sólo nos da los medios de comunicación, lo demás depende de nosotros. El uso principal de redes de computadoras es el intercambio de datos

25 Usos de las redes de computadoras
Algunos usos de las redes de computadoras son: Aplicaciones de negocios Aplicaciones en el hogar Usuarios móviles Temas sociales

26 Aplicaciones de negocios en redes
Una red con dos clientes y un servidor

27 Aplicaciones de negocios en redes (2)
El modelo cliente-servidor involucra peticiones y respuestas.

28 Aplicaciones de redes en el hogar
Acceso a información remota Comunicación persona a persona Entretenimiento interactivo Comercio electrónico

29 Aplicaciones de redes en el hogar (2)
En un sistema de par a par no existen clientes ni servidores fijos.

30 Usuarios de redes móviles
Combinación de redes inalámbricas y cómputo móvil. ¿Qué es mejor: una red cableada o una inalámbrica?

31 ¿En dónde se encuentran las redes de computadoras?
Computadoras (PC de escritorio, PDA, periféricos compartidos) Entretenimiento (TV, DVD, VCR, camara, estéreo, MP3) Telecomunicaciones (teléfono, teléfono celular, intercom, fax) Dispositivos (microondas, refrigerador, reloj) Telemetría (alarmas, babycam).

32 “Cool” Internet appliances
Tostador con Capacidades Web IP picture frame Servidor Web más pequeño Internet phones

33 Uso de Internet Aplicaciones tradicionales (1970 –1990)
Correo electrónico Noticias Conexiones remotas Trasnferencias de archivos

34 Quiz Este examen rápido NO CUENTA por esta ocasión no cuenta.
Cerrar todas las cosas, no se debe platicar con los compañeros (ni para pedir un bolígrafo) una vez iniciado el examen. Si se viola alguna de estas restricciones se tendrá 0 en la actividad

35 Quiz Se va a recortar un pedazo de papel de un cuarto del tamaño de una hoja carta a la cual se deberá poner su número de control. Se deberá apuntar únicamente las respuesta a las preguntas. Se evaluará por el profesor o el compañero. Comenzemos…

36 Quiz0 ¿Un organigrama es un ejemplo de red? V/F
¿Es el Eco una red de telecomunicaciones? Verdadero/Falso ¿Cuál es la red de telecomunicaciones más grande? A)Internet B) PSTN C) Red eléctrica D) Ninguna de anterior.

37 Quiz0 Para compartir un recurso de hardware o software entre distintas entidades ¿Es forzosamente necesario una red de computadoras? V/F ¿Cuál fue la primera red de computadoras? A) Internet B) Ethernet C) ARPANET D)NSFNET ¿Qué significan las siglas SOHO?

38 Quiz0 Esquematiza de forma gráfica la arquitectura cliente/servidor
¿Una red es un tipo de grafo? V/F ¿Ethernet es un protocolo de red? V/F

39 1.2 Conceptos básicos de las redes.
Una red de computadora es la interconexión de elementos autónomos que pueden trabajar de manera asilada, pero que juntos sirven para solucionar un problema. El lema de una red de computadora es que “juntos hacemos más” o visto desde otro punto de vista “dos cabezas piensan mejor que una”

40 Redes de computadoras Están formadas por una entidad que inicia la comunicación, la cual puede ser una computadora u otro dispositivo y por una entidad receptora, las dos se encuentran utilizando un canal común por donde circula un mensaje codificado. Los sistemas de tiempo compartido no son formalmente redes de computadoras. ¿O si?

41 Conceptos básicos Una red desde el punto de vista matemático está conformado por un conjunto de nodos o elementos y un conjunto de relaciones entre dichos elementos. La estructura matemática que representa este modelo es el grafo. Por lo que la mayoría de los problemas de redes de computadoras pueden solucionarse formalmente.

42 Conceptos básicos Los nodos de la red reciben el nombre de host, mientras que los enlaces deben su nombre al tipo de tecnología usada para la transmisión de los datos. Existen algunos dispositivos que no son computadoras como lo son los hubs, switch, routers, etc. pero que sin embargo actuán como nodos en la red.

43 Conceptos básicos Para poder ser un nodo, se necesita que el dispositivo sea emisor y/o receptor (un transceptor es un dispositivo emisor-receptor), por lo tanto el mensaje, los protocolos y los canales de comunicación (cables, medios no guiados, etc.) no son considerados nodos, son enlaces. Generalmente los nodos tiene una interfaz de red denominada tarjeta de red.

44 Conceptos básicos

45 Conceptos básicos Un sistema es un conjunto de elementos que están interrelacionados entre sí para lograr un fin común. Por lo que las redes de computadoras por sí solas forman todo un sistema complejo y a su vez forman parte de casi todo sistema de información actual.

46 ¿Qué es un protocolo? Comparativa entre un protocolo humano y uno de computadora Hola Petición de conexión TCP Hola Respuesta de conexiónTCP ¿Qué hora es? Obtener 2:00 p.m. <archivo> time ¿Qué otros protocolos humanos existen?

47 Ejemplo de protocolos Aunque no es el objetivo del curso ver protocolos de capas altas del modelo OSI, se verá algunos ejemplos de protocolos el primero de ellos el mensaje ECHO del protocolo ICMP. Para ello, se deberá abrir una terminal y ejecutar el comando ping seguido del nombre de la máquina o dirección IP. Dicho protocolo nos sirve para saber si una máquina está activa.

48 Ejemplos de protocolos
El protocolo HTTP es un protocolo de un nivel más alto (capa de aplicación) el cual permite obtener un documento desde un servidor remoto, generalmente el documento es del tipo hipertexto (HTML) pero en realidad puede ser cualquiera. Se deberá tener una conexión a Internet o bien un servidor Web instalado de manera local. Se deberá abrir una terminal y tener habilitado alguna aplicación de telnet.

49 Ejemplo de protocolos Se deberá introducir el comando telnet dirección 80, para conectarnos a un servidor por el puerto 80. Si el servidor está activo enviará un mensaje de respuesta. Se deberá teclear el comando GET / HTTP/1.1 seguido de dos teclas enter. Tener mucho cuidado ya que el servidor puede no enviar eco a la consola. Si se obtuvo éxito se muestra un mensaje con la respuesta.

50 Tarea Estado del arte de redes computadoras.
Nuevas tecnologías. Nuevas áreas de aplicación. Se deberá describir brevemente cada área de aplicación o tecnología con referencias posteriores a 2007. Trabajo de investigación. Fecha de entrega: Lunes 25 de agosto.

51 1.2.1 Tipos de señales eléctricas.
¿Qué es una señal? Es una función a través del tiempo. Al tratarse de señales eléctricas se grafica generalmente en el eje de las Y el voltaje. El eje de las X es el tiempo. Existen señales electromagnéticas, lumínicas, de audio, video, imágenes, entre otras.

52 Señales

53 Teoría de Señales Realizar un repaso de los conceptos básicos de teoría de señales (cursos de física). Entender las diferencias y características fundamentales entre señales analógicas y digitales. Las señales pueden ser periódicas si tienen un patrón de comportamiento repetitivo.

54 Componentes de una Señal

55 Transmisión analógica y digital
La forma de transmisión de datos en el mundo real es de dos tipos: Analógica: aquella cuyos valores se representan con un conjunto de datos variables Digital: aquella que se representa con un conjunto discreto de valores.

56 Transmisión analógica y digital
Las señales analógicas se representan con gráficas continuas, mientras que las discretas se representan con gráficos cuadrados. Para la conversión de señales se utilizan los MODEMS (MOduladores/DEModuladores). Existen dos tipos de conversores: DAC (Convertidor Digital-Analógico) y ACD (Convertidor Análogico-Diogital).

57 Transmisión Analógica

58 Transmisión Digital

59 Reflexión Contestar las dos preguntas anteriores de las gráficas justificando su respuesta. Realizar de manera individual una argumentación sobre que es mejor: señales digitales o analógicas, justificar el porque: Tarea: graficar en Excel las funciones seno y coseno de 0 hasta 4Pi, ser lo más exacto posible.

60 Teoría de Señales La longitud de onda va de un valle a otro.
La frecuencia es el inverso del periodo. El periodo es el tiempo que tarda en darse una oscilación completa. La frecuencia representa el número de oscilaciones que se dan en un segundo.

61 Teoría de Señales El mundo en el que vivimos es completamente analógico, desafortunadamente poder trabajar con ello se complica a través de una computadora, por lo que se escoge un conjunto discreto de valores que dan origen a una señal digital. Las señales analógicas se pueden construir a través de señales digitales.

62 Teoría de Señales

63 Teoría de Señales La señal se puede modular de tres formas básicas:
Frecuencia (como la radio FM –Frecuencia Modulada-) Amplitud (como la radio AM –Amplitud Modulada-) Fase Aunque existen otras variantes.

64 Modulación de Amplitud

65 Modulación de Frecuencia

66 Teoría de Señales ¿Cómo quedaría una modulación por fase?
Realiza una gráfica de una señal digital, cuyo valor 1 está representado por 12 volts y un 0 está dado por -5 volts para representar el dato Las crestas deben de tener una duración de 10ms. Tarea: Realizar dicho diagrama en Excel

67 Teoría de Señales A principios del siglo XIX, el matemático Jean-Baptiste Fourier probó que cualquier señal de función periódica de comportamiento razonable, g(t) con un período T puede construirse a partir de una cantidad (posiblemente infinita) de senos y cosenos

68 Espectrograma Esquematiza en forma gráfica los diferentes tipos de señales electromagnéticas. Sirve para catalogar los diferentes tipos de comunicaciones así como conocer sus propiedades físicas de los medios de transmisión durante la transmisión de datos.

69 Quiz 1 ¿Cuál es la velocidad a la cual se propaga la luz en el vacío?
¿Qué tiene mayor frecuencia: los rayos X o los rayos Gamma? ¿Las onda de TV son consideradas ondas de radio?

70 Quiz 1 ¿A partir de que frecuencia las ondas son del tipo microondas?
¿Significado de las siglas SHF? Ordena de mayor a menor longitud de onda los siguientes conceptos: infrarrojo, luz UV, luz visible.

71 Quiz 1 ¿Cómo se les llama a las frecuencias que el oído humano no puede percibir? ¿Qué tiene mayor longitud de onda: las ondas de radio AM o las de FM?

72 Espectrograma

73 Unidades métricas Los principales prefijos métricos.

74 1.2.2 Formatos de transmisión.
La forma de transmitir datos puede ser en banda base y banda ancha (no confundir con el concepto de ancho de banda). En banda base sólo transmite un emisor/receptor a la vez; mientras que en banda ancha puede existir varias entidades transmintiendo a la vez multiplexando el medio de comunicación, generalmente en canales.

75 Formatos de Transmisión

76 Formas de Transmisión Se puede utilizar el canal de tres formas distintas: Simplex en un solo sentido (televisión satelital). Half-Duplex: puede ir en los dos sentidos pero sólo uno a la vez. (Walkie-talkie) Full-Duplex: puede ir en los dos sentidos a la vez. (Teléfono)

77 Formatos de Transmisión
¿Por qué al hablar por teléfono a pesar de que es Duplex completo, si hablan dos personas al mismo tiempo no se escucha bien la comunicación? Por que los humanos no podemos hablar y escuchar al mismo tiempo, no es tanto un problema de comunicación.

78 Formatos de Transmisión
¿Por qué la voz de dos mujeres al hablar por teléfono son prácticamente iguales? Por que las mujeres tienen todos agudos (altos) que se suelen confundir, mientras que los hombres los tonos son más graves (bajos). En el piano los graves se encuentran a la izquierda y a la derecha los agudos.

79 1.2.3 Ancho de Banda. Esta medida hace referencia a la capacidad máxima del canal para transmitir datos. Generalmente es sinónimo de “velocidad” de la red aunque esto es una unidad subjetiva. Los estándares garantizan un límite aceptable de transmisión de datos.

80 Ancho de Banda Se expresa generalmente en un tamaño de frecuencia, entre una frecuencia baja y una alta. Generalmente muchos dispositivos trabajan con filtros pasabajas y pasaaltas para fijar un canal. Esto da como hecho de que se puedan filtrar ondas de otros canales.

81 Ancho de Banda El término genérico para medir el ancho de banda se da en bits (¡ojo no bytes!) por segundo. Por ejemplo un cable modem típico tiene un ancho de banda de 256Kbps. Otra medida utilizada para representar ancho de banda es el baudio, que indica el número de cambios que presenta una señal durante la transferencia de datos. Se utiliza para transmisiones telegráficas y telefónicas.

82 1.2.4 Topologías de red Es la forma en como se encuentran interconectados los diferentes nodos de la red. Pueden ser topologías físicas y lógicas. Generalmente las redes tienen el mismo tipo de topología física y lógica pero pueden cambiar.

83 Topologías de Red

84 Topología en Malla

85 Topología en Estrella

86 Topología de Bus

87 Topología en Anillo

88 Topología Híbrida

89 Topología Jerárquica

90 Mezcla de Topologías

91 1.2.5 Clasificación de redes.
Las redes se pueden clasificar de diversa forma, entre ellas: área de cobertura, medio físico de transmisión, por su topología, por su forma de interconexión, por sus aplicaciones y usos por sus anchos de bandas etc.

92 Algunos Tipos de Clasificación de Redes
Redes de área local Redes de área metropolitana Redes de área ancha Redes inalámbricas Redes en el hogar Interredes

93 Redes de difusión Tipos de tecnologías de transmisión
Enlaces de difusión Enlaces punto a punto

94 Redes de difusión (2)

95 Redes de área local Dos redes de difusión (a) Bus (b) Anillo

96 Redes de área metropolitanas
Una red de área metropolitana basada en televisión por cable.

97 Redes de área ancha Relación entre hosts en una LANs y la subred.

98 Redes de área ancha (2) Un flujo de paquetes desde el emisor hacia el receptor.

99 Redes de área inalámbricas
Categorías de redes inalámbricas: Interconexión de sistemas Wireless LANs Wireless WANs

100 Redes inalámbricas (2) (a) Configuración bluetooth (b) Wireless LAN

101 Redes inalámbricas (3) (a) Computadoras móviles individuales
(b) Una LAN en el aire

102 Ethernet Arquitectura del Ethernet original.

103 LANs inalámbricas (a) Redes inalámbricas con una estación base.
(b) Redes ad hoc.

104 LANs inalámbricas (2) El rango de una señal de radio no puede cubrir el sistema completo.

105 LANs inalámbricas (3) Una red multicelda.

106 1.3 Organismos de estandarización de redes y sus protocolos de interés.
Existen una gran variedad de organismos encargados de la estandarización de procesos y protocolos en redes de telecomunicaciones. A continuación se describen brevemente los más importantes.

107 1.3.1 ISO La organización de estándares internacionales es el organismo internacional que rige la gran mayoría de los estándares dentro de todas las áreas y en especial de Ingeniería, cuenta con algunos estándares en cuestión de telecomunicaciones pero no es su área fuerte de desarrollo.

108 ANSI El ANSI es el Instituto Norteamericano de Estandarización y Normalización de los Estados Unidos. Es un Instituto que rige los estándares aceptados por USA y en muchas ocasiones La FCC (Comisión Federal de Telecomunicaciones) rige el uso del espectro en los Estados Unidos

109 México En México el encargado de regir las normas y estándares en el área de telecomunicaciones es la SCT (Secretaría de Comunicaciones y Transportes). Aunque la gran mayoría de los estándares son adaptaciones de las normas americanas. Actualmente existes normas oficiales mexicanas en algunos aspectos de telecomunicaciones aprobadas por el IMNC.

110 1.3.2 IEEE El Instituto de Ingenieros Electrónicos y Electricistas es una institución no lucrativa que tiene como una de sus finalidades la estandarización de propuestas en el área de ingeniería, entre ellas se encuentran las redes de computadoras en el grupo de estándar

111 IEEE El IEEE tiene un capítulo muy fuerte con computación y es en conjunto con la ACM (Asociación para la Maquinaria de Computación) los grupos de interés en computación más grandes a nivel mundial. Mucho del conocimiento en Informática se genera en dichas instituciones.

112 Estándares IEEE 802 Los grupos de trabajo del Los importantes están marcados con *. Los marcados con  están invernando. Los marcados con † desaparecieron.

113 1.3.3 IETF El Internet Engineering Task Force, es el organismo descentralizado encargado de proponer estándares dentro de Internet. La gran mayoría de los protocolos de capa de aplicación de Internet están hechos a través de RFC (Request For Comments); por ejemplo, el protocolo HTTP/1.0 está definido en el RFC 1945.

114 IETF Existen otras instituciones en Internet encargadas de estandarizar otras áreas como el NIC (Network Information Center) para nombres de dominio, el IANA (Internet Assigned Number Authority) para direcciones de Internet y puertos entre otras.

115 ITU-T La International Telecomunication Union, es un organismo internacional para la estandarización de las telecomunicaciones a nivel mundial. Esta organización es la más fuerte a nivel internacional en telecomunicaciones aunque en el mundo de la computación muchos de sus estándares no son aceptados.

116 ITU-T Es el sector encargado de la estandarización de las telecomunicaciones. Anteriormente se conocía como CCITT International Telegraph and Telephone Consultative Committee (organización francesa de origen). En 1993 obtuvo su nuevo nombre

117 ITU Sectores principales Clases de miembros Radiocomunicaciones
Estandarización de telecomunicaciones Desarrollo Clases de miembros Gobiernos nacionales Miembros del sector Miembros asociados Agencias regulatorias

118 Bibliografía Material obtenido y adaptado de los libros de redes de computadoras de Tanenbaum y Forouzan.

119 ¿Preguntas, dudas y comentarios?