L.I. Homero González Gamiño Fundamentos de redes L.I. Homero González Gamiño

Unidades Temáticas I. Introducción a las redes de comunicaciones. II. Funcionalidad de la capa de aplicación. III. Capa de Transporte del modelo de referencia OSI. IV. Capa de red del modelo de referencia OSI. V. Capa de Enlace de datos del modelo de referencia OSI. VI. Capa Física del modelo de referencia OSI.

Unidad I. Introducción a las redes de comunicaciones Objetivo: El alumno describirá el modelo de un sistema de comunicación en función de los componentes utilizados de acuerdo a las topologías físicas y lógicas de red para entender el comportamiento de una red de información.

Unidad I. Introducción a las redes de comunicaciones Tema 1: Modelo de un sistema de comunicaciones

Componentes de un sistema de comunicación En todo sistema de comunicación podemos distinguir los siguientes componentes: Emisor: es el elemento que transmite la información. Receptor: es el elemento que recibe la información. Canal: es el medio a través del cual tiene lugar el trasvase de información entre el emisor y el receptor.

Modos de transmisión Los distintos tipos de transmisión de un canal de comunicaciones pueden ser de tres clases: 1. Símplex. 2. Semidúplex. 3. Dúplex.

Modos de transmisión Método Símplex. Es aquel en el que una estación siempre actúa como fuente y la otra siempre como colector. este método permite la transmisión de información en un único sentido.

Modos de transmisión Método Semidúplex. Es aquel en el que una estación A en un momento de tiempo, actúa como fuente y otra estación corresponsal B actúa como colector, y en el momento siguiente, la estación B actuará como fuente y la A como colector. Permite la transmisión en ambas direcciones, aunque en momentos diferentes. Un ejemplo es la conversación entre dos radioaficionados, pero donde uno espera que el otro termine de hablar para continuar el diálogo.

Modos de transmisión Método Dúplex. En el que dos estaciones A y B, actúan como fuente y colector, transmitiendo y recibiendo información simultáneamente, permite la transmisión en ambas direcciones y de forma simultánea. Por ejemplo una conversación telefónica.

Modulación El modulador es el dispositivo encargado de efectuar la modulación, que es la operación por la que se pasa de la señal digital que proporciona el emisor a una equivalente analógica que es enviada al receptor. Por su parte, el receptor debe efectuar la operación inversa - demodulación- con el fin de recuperar de nuevo la señal digital original que el emisor se propuso enviarle. El dispositivo que modula y demodula la señal digital y analógica respectivamente se llama módem.

Tipos de medios El medio de transmisión es utilizado para transportar las señales de la red de un punto a otro. Las redes de área local pueden conectarse usando diferentes tipos de medios. La industria de redes de área local ha estandarizado, principalmente, tres tipos de medio físico: coaxial, UTP (Unshielded Twisted Pair) y fibra óptica. Los niveles de transmisión que soporta cada tipo de medio físico se miden en millones de bits por segundo o Mbps.

Ejercicio Entra a la pagina http://fundamentos-redes.wikispaces.com Localiza el Tema 2: Comunicación a través de la red. Contesta en tu libreta las siguientes preguntas: ¿Dónde comienza un mensaje? ¿Cuáles son los tres elementos que tienen en común los diversos métodos de comunicación? ¿Cómo se le denomina a la división del stream de datos en partes más pequeñas? ¿Cuáles son los dos beneficios que tiene la segmentación de mensajes? ¿Cuál es la desventaja de utilizar segmentación y multiplexación para transmitir mensajes a través de la red? ¿Son los elementos físicos o hardware de la red? ¿son los programas de comunicación, llamados software, que se ejecutan en los dispositivos conectados a la red? ¿Cuáles son los dispositivos de red con los que la gente está más familiarizada? Menciona algunos ejemplos de dispositivos finales: ¿Cuál es la función de los dispositivos intermediarios en una red? Menciona los ejemplos de dispositivos de red intermediarios: ¿Qué funciones realizan los procesos que se ejecutan en los dispositivos de red intermediarios? ¿Qué son los medios de red? ¿ Cuales son los tres tipos de medios para interconectar los dispositivos y proporcionar la ruta por la cual pueden transmitirse los datos que utilizan las redes?

Dispositivos de comunicación Unidad I. Introducción a las redes de comunicaciones Tema 2: Dispositivos de comunicación

¿Qué son los dispositivos de comunicación? Son todos aquellos que permiten la comunicación entre computadoras. Entre estos encontramos: el módem, la tarjeta de red y el enrutador (router).

Dispositivos de comunicación Adaptadores de Red. Cada adaptador de red tiene una dirección exclusiva, denominada dirección de control de acceso al medio (media access control, MAC), incorporada en chips de la tarjeta. Los adaptadores de red convierten los datos en señales eléctricas que pueden transmitirse a través de un cable. Convierten las señales eléctricas en paquetes de datos que el sistema operativo del equipo puede entender.

Dispositivos de comunicación Los adaptadores de red constituyen la interfaz física entre el equipo y el cable de red. Los adaptadores de red, son también denominados tarjetas de red o NICs (Network Interface Card), se instalan en una ranura de expansión de cada estación de trabajo y servidor de la red. Una vez instalado el adaptador de red, el cable de red se conecta al puerto del adaptador para conectar físicamente el equipo a la red.

Dispositivos de comunicación Los datos que pasan a través del cable hasta el adaptador de red se formatean en paquetes. Un paquete es un grupo lógico de información que incluye una cabecera, la cual contiene la información de la ubicación y los datos del usuario.

Dispositivos de comunicación La cabecera contiene campos de dirección que incluyen información sobre el origen de los datos y su destino. El adaptador de red lee la dirección de destino para determinar si el paquete debe entregarse en ese equipo. Si es así, el adaptador de red pasa el paquete al sistema operativo para su procesamiento. En caso contrario, el adaptador de red rechaza el paquete.

Dispositivos de comunicación Cada adaptador de red tiene una dirección exclusiva incorporada en los chips de la tarjeta. Esta dirección se denomina dirección física o dirección de control de acceso al medio (media access control, MAC).

EL MODEM El modem es otro de los periféricos que con el tiempo se ha convertido ya en imprescindible y pocos son los modelos de ordenador que no estén conectados en red que no lo incorporen.

EL MODEM Aún en el caso de estar conectado a una red, ésta tampoco se libra de éstos dispositivos, ya que en este caso será la propia red la que utilizará el modem para poder conectarse a otras redes o a Internet estando en este caso conectado a nuestro servidor o a un router.

EL MODEM Lo primero que hay que dejar claro es que los modem se utilizan con líneas analógicas, ya que su propio nombre indica su principal función, que es la de modular- demodular la señal digital proveniente de nuestro ordenador y convertirla a una forma de onda que sea asimilable por dicho tipo de líneas.

El modem Uno de los primeros parámetros que lo definen es su velocidad. El estándar más habitual y el más moderno está basado en la actual norma V.90 cuya velocidad máxima está en los 56 Kbps (Kilobites por segundo). Esta norma se caracteriza por un funcionamiento asimétrico, puesto que la mayor velocidad sólo es alcanzable “en bajada”, ya que en el envío de datos está limitada a 33,6 Kbps. Otra consideración importante es que para poder llegar a esta velocidad máxima se deben dar una serie de circunstancias que no siempre están presentes y que dependen totalmente de la compañía telefónica que nos presta sus servicios, pudiendo ser en algunos casos bastante inferiores.

El modem Evidentemente, el modem que se encuentre al otro lado de la línea telefónica, sea nuestro proveedor de Internet o el de nuestra oficina debe ser capaz de trabajar a la misma velocidad y con la misma norma que el nuestro, ya que sino la velocidad que se establecerá será la máxima que aquel soporte.

HUB

HUB Un concentrador es un dispositivo que permite centralizar el cableado de una red. También conocido con el nombre de hub.

HUB Un concentrador funciona repitiendo cada paquete de datos en cada uno de los puertos con los que cuenta, excepto en el que ha recibido el paquete, de forma que todos los puntos tienen acceso a los datos. También se encarga de enviar una señal de choque a todos los puertos si detecta una colisión. Son la base para las redes de topología tipo estrella

HUB existen 3 clases: Pasivo: No necesita energía eléctrica. Activo: Necesita alimentación. Inteligente: También llamados smart hubs son hubs activos que incluyen microprocesador.

HUB Dentro del modelo OSI el concentrador opera a nivel de la capa física, al igual que los repetidores, y puede ser implementado utilizando únicamente tecnología analógica. Simplemente une conexiones y no altera las tramas que le llegan.

HUB Visto lo anterior podemos sacar las siguientes conclusiones: El concentrador envía información a ordenadores que no están interesados. A este nivel sólo hay un destinatario de la información, pero para asegurarse de que la recibe el concentrador envía la información a todos los ordenadores que están conectados a él, así seguro que acierta.

HUB CONCLUSIONES Este tráfico añadido genera más probabilidades de colisión. Una colisión se produce cuando un ordenador quiere enviar información y emite de forma simultánea con otro ordenador que hace lo mismo. Al chocar los dos mensajes se pierden y es necesario retransmitir. Además, a medida que añadimos ordenadores a la red también aumentan las probabilidades de colisión.

HUB CONCLUSIONES Un concentrador funciona a la velocidad del dispositivo más lento de la red. Si observamos cómo funciona vemos que el concentrador no tiene capacidad de almacenar nada. Por lo tanto si un ordenador que emite a 100 megabit/segundo le trasmitiera a otro de 10 megabit/segundo algo se perdería del mensaje.

HUB CLONCLUSIONES Un concentrador es un dispositivo simple, esto influye en dos características. El precio es barato. Un concentrador casi no añade ningún retardo a los mensajes.

HUB CONCLUSIONES Los concentradores fueron muy populares hasta que se abarataron los switch que tienen una función similar pero proporcionan más seguridad contra programas como los sniffer. La disponibilidad de switches ethernet de bajo precio ha dejado obsoletos, pero aún se pueden encontrar en instalaciones antiguas y en aplicaciones especializadas.

SWITCH

SWITCH Un switch o conmutador es un hub mejorado: tiene las mismas posibilidades de interconexión que un hub (al igual que un hub, no impone ninguna restricción de acceso entre los ordenadores conectados a sus puertos). Sin embargo se comporta de un modo más eficiente reduciendo el tráfico en las redes y el número de colisiones.

SWITCH Un switch no difunde las tramas Ethernet por todos los puertos, sino que las retransmite sólo por los puertos necesarios. Por ejemplo, si tenemos un ordenador A en el puerto 3, un ordenador B en el puerto 5 y otro ordenador C en el 6, y enviamos un mensaje desde A hasta C, el mensaje lo recibirá el switch por el puerto 3 y sólo lo reenviará por el puerto 6 (un hub lo hubiese reenviado por todos sus puertos). Cada puerto tiene un buffer o memoria intermedia para almacenar tramas Ethernet.

SWITCH Puede trabajar con velocidades distintas en sus ramas (autosensing): unas ramas pueden ir a 10 Mbps y otras a 100 Mbps.

SWITCH Suelen contener 3 diodos luminosos para cada puerto: uno indica si hay señal (link), otro la velocidad de la rama (si está encendido es 100 Mbps, apagado es 10 Mbps) y el último se enciende si se ha producido una colisión en esa rama.

switch ¿Cómo sabe un switch los ordenadores que tiene en cada rama? Lo averigua de forma automática mediante aprendizaje. Los conmutadores contienen una tabla dinámica de direcciones físicas y números de puerto. Nada más enchufar el switch esta tabla se encuentra vacía. Un procesador analiza las tramas Ethernet entrantes y busca la dirección física de destino en su tabla. Si la encuentra, únicamente reenviará la trama por el puerto indicado. Si por el contrario no la encuentra, no le quedará más remedio que actuar como un hub y difundirla por todas sus ramas.

switch Las tramas Ethernet contienen un campo con la dirección física de origen que puede ser utilizado por el switch para agregar una entrada a su tabla basándose en el número de puerto por el que ha recibido la trama. A medida que el tráfico se incrementa en la red, la tabla se va construyendo de forma dinámica. Para evitar que la información quede desactualizada (si se cambia un ordenador de sitio, por ejemplo) las entradas de la tabla desaparecerán cuando agoten su tiempo de vida (TTL), expresado en segundos.

ROUTER O ENCAMINADOR

ROUTER El enrutador (calco del inglés router), direccionador, ruteador o encaminador es un dispositivo de hardware para interconexión de redes de ordenadores que opera en la capa tres (nivel de red). Un enrutador es un dispositivo para la interconexión de redes informáticas que permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes o determinar la ruta que debe tomar el paquete de datos.

ROUTER Los enrutadores pueden proporcionar conectividad dentro de las empresas, entre las empresas e Internet, y en el interior de proveedores de servicios de Internet (ISP). Los enrutadores más grandes (por ejemplo, el CRS-1 de Cisco o el Juniper T1600) interconectan ISPs, se utilizan dentro de los ISPs, o pueden ser utilizados en grandes redes de empresas

ROUTER CONSIDERACIONES DE RUTEO: Ruteo Estático: Es generado por el propio administrador, todas las rutas estáticas que se le ingresen son las que el router “conocera”, por lo tanto sabrá enrutar paquetes hacia dichas redes.

ROUTER CONSIDERACIONES DE RUTEO: Enrutamiento Dinámico: Ocurre cuando la información de ruteo es intercambiada periódicamente entre los routers. permite rutear información basada en el conocimiento actual de la topología de la red

ROUTER Sobrecarga: Al intercambiar la información de ruteo entre router y actualizar las tablas de rutas internas, requiere una cierta cantidad de recursos adicionales. Estos recursos no son directamente involucrados en mover directamente información útil del usuario, esto pasa a ser un requerimiento adicional y son por lo tanto considerados como sobrecargas. Esta puede influir sobre trafico de red, memoria y CPU

Unidad I. Introducción a las redes de comunicaciones Tema 3: Topologías de red

3) TOPOLOGIA DE RED TOPOLOGIAS DE RED La disposición de los diferentes componentes de una red se conoce con el nombre de topología de la red. La topología idónea para una red concreta va a depender de diferentes factores, como el número de máquinas a interconectar, el tipo de acceso al medio físico que deseemos, etc.

3) TOPOLOGIA DE RED Podemos distinguir dos aspectos diferentes a la hora de considerar una topología: La topología física, que es la disposición real de las máquinas, dispositivos de red y cableado (los medios) en la red. La topología lógica, que es la forma en que las máquinas se comunican a través del medio físico. Los dos tipos más comunes de topologías lógicas son broadcast (Ethernet) y transmisión de tokens (Token Ring).

3) TOPOLOGIA LOGICA DE RED La topología de broadcast simplemente significa que cada host envía sus datos hacia todos los demás hosts del medio de red. Las estaciones no siguen ningún orden para utilizar la red, sino que cada máquina accede a la red para transmitir datos en el momento en que lo necesita. Esta es la forma en que funciona Ethernet.

CONCEPTOS BASICOS DE REDES 3) TOPOLOGIA LOGICA DE RED En cambio,la transmisión de tokens controla el acceso a la red al transmitir un token eléctrico de forma secuencial a cada host. Cuando un host recibe el token significa que puede enviar datos a través de la red. Si el host no tiene ningún dato para enviar, transmite el token hacia el siguiente host y el proceso se vuelve a repetir

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Las principales modelos de topologías físicas son: Topología de bus Topología de anillo Topología de anillo doble Topología en estrella Topología en estrella extendida Topología en árbol Topología en malla completa Topología irregular

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Topología de bus La topología de bus tiene todos sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene ninguna otra conexión entre nodos. Físicamente cada host está conectado a un cable común, por lo que se pueden comunicar directamente, aunque la ruptura del cable hace que los hosts queden desconectados.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED La topología de bus permite que todos los dispositivos de la red puedan ver todas las señales de todos los demás dispositivos, lo que puede ser ventajoso si desea que todos los dispositivos obtengan esta información. Sin embargo, puede representar una desventaja, ya que es común que se produzcan problemas de tráfico y colisiones, que se pueden paliar segmentando la red en varias partes.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Topología de anillo Una topología de anillo se compone de un solo anillo cerrado formado por nodos y enlaces, en el que cada nodo está conectado solamente con los dos nodos adyacentes.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Los dispositivos se conectan directamente entre sí por medio de cables en lo que se denomina una cadena margarita. Para que la información pueda circular, cada estación debe transferir la información a la estación adyacente.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Topología de anillo doble Una topología en anillo doble consta de dos anillos concéntricos, donde cada host de la red está conectado a ambos anillos, aunque los dos anillos no están conectados directamente entre sí.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Es análoga a la topología de anillo, con la diferencia de que, para incrementar la confiabilidad y flexibilidad de la red, hay un segundo anillo redundante que conecta los mismos dispositivos. La topología de anillo doble actúa como si fueran dos anillos independientes, de los cuales se usa solamente uno por vez.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Topología en estrella La topología en estrella tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces hacia los demás nodos. Por el nodo central, generalmente ocupado por un hub, pasa toda la información que circula por la red.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED La ventaja principal es que permite que todos los nodos se comuniquen entre sí de manera conveniente. La desventaja principal es que si el nodo central falla, toda la red se desconecta.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Topología en estrella extendida: La topología en estrella extendida es igual a la topología en estrella, con la diferencia de que cada nodo que se conecta con el nodo central también es el centro de otra estrella. Generalmente el nodo central está ocupado por un switch, y los nodos secundarios por hubs.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED La ventaja de esto es que el cableado es más corto y limita la cantidad de dispositivos que se deben interconectar con cualquier nodo central. La topología en estrella extendida es sumamente jerárquica, y busca que la información se mantenga local. Esta es la forma de conexión utilizada actualmente por el sistema telefónico.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Topología de árbol. La topología de árbol combina características de la topología de estrella con la BUS. Consiste en un conjunto de subredes estrella conectadas a un BUS. Esta topología facilita el crecimiento de la red.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED El enlace troncal es un cable con varias capas de ramificaciones, y el flujo de información es jerárquico. Conectado en el otro extremo al enlace troncal generalmente se encuentra un host servidor.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Topología en malla completa En una topología de malla completa, cada nodo se enlaza directamente con los demás nodos. Las ventajas son que, como cada nodo se conecta físicamente a los demás, creando una conexión redundante, si algún enlace deja de funcionar la información puede circular a través de cualquier cantidad de enlaces hasta llegar a destino. Además, esta topología permite que la información circule por varias rutas a través de la red.

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED La desventaja física principal es que sólo funciona con una pequeña cantidad de nodos, ya que de lo contrario la cantidad de medios necesarios para los enlaces, y la cantidad de conexiones con los enlaces se torna abrumadora

3) TOPOLOGIAS FISICAS DE RED Topología irregular En este tipo de topología no existe un patrón obvio de enlaces y nodos. El cableado no sigue un modelo determinado; de los nodos salen cantidades variables de cables. Las redes que se encuentran en las primeras etapas de construcción, o se encuentran mal planificadas, a menudo se conectan de esta manera.