Fundamentos de redes de computadores

Objetivos Comparar y contrastar los distintos tipos de dispositivos informáticos. Explicar la representación binaria de datos. Determinar cuáles son los componentes y dispositivos periféricos adecuados para cumplir con determinados requerimientos.

Computadoras personales y Aplicaciones Las computadoras cumplen un papel cada vez más importante y casi indispensable en la vida cotidiana. Se emplean en empresas, entornos de fabricación, hogares, oficinas gubernamentales y organizaciones sin fines de lucro. Se utilizan en todo el mundo y en todo tipo de entorno. Estas computadoras se pueden integrar en dispositivos, como televisores, cajas registradoras, sistemas de sonido y otros dispositivos electrónicos. ¿Dónde hay computadoras en su entorno?

Las computadoras tienen 2 cosas que funcionan en conjunto Hardware Software

Clases de Computadores Existen diferentes tipos de computadoras, Cada tipo de computadora se diseñó teniendo en cuenta una función particular, Los tipos más comunes de computadoras se emplean en hogares y empresas como son servidores, estaciones de trabajo, computadoras de escritorio, computadoras portátiles y otros dispositivos portátiles.

Tipos de Servidores Servidor Independiente: Único servidor de la empresa pueden estar disponibles con un solo procesador o múltiples procesadores. Servidor montado en bastidor: Múltiples servidor configurado y unidades montadas en bastidor que requieren menos espacio. Servidor Blade: disponible en un solo rack cuchilla. Altamente flexible, robusto y escalable.

Computadores de escritorio Estación de trabajo Actividad

Dispositivos portátiles Los dispositivos portátiles varían en tamaño, potencia y capacidad gráfica, y entre ellos se encuentran los siguientes:

Representación en Binario de los Datos Base 2 (Binary) 2 dígitos, 0 and 1 Base 10 (Decimal) 10 dígitos, 0 a 9 Base 16 (Hexadecimal) 16 dígitos desde 0 a 9 and (A) a (F) En las computadoras, la información se representa y se almacena en un formato binario digital. El término bit es una abreviatura de dígito binario y representa el dato más pequeño posible. Un bit sólo puede tener dos valores, el dígito uno (1) o el dígito cero (0). Los bits se pueden usar para representar el estado de algo que tiene dos estados. Encendido 1 o apagado 0. Las computadoras utilizan códigos binarios para representar e interpretar letras, números y caracteres especiales mediante bits. Un código muy utilizado es el Código estadounidense normalizado para el intercambio de información (ASCII).

Bits y Bytes

Sistema Binario

20 21 22 23 24 25 26 27 1 2 4 8 16 32 64 128 BASEEXPONENTE DECIMAL = 3 5 6 72 73 170 59 255

Sistema Binario Conversión de los 8 bits que representan un Bytes.

Sistema Binario Normalmente las direcciones IP (Internet Protocol) se escribe en decimal pero representan un número binario, esas direcciones tienen 32 bits o cuatro octetos (un octeto es 1 bytes).

Sistema de computación HEXADECIMAL (Base 16) 0 = 0 1 = 1 2 = 2 3 = 3 4 = 4 5 = 5 6 = 6 7 = 7 8 = 8 9 = 9 A = 10 B = 11 C = 12 D = 13 E = 14 F = 15 BINARIO (Base 2) 0 = 0000 1 = 0001 2 = 0010 3 = 0011 4 = 0100 5 = 0101 6 = 0110 7 = 0111 8 = 1000 9 = 1001 A = 1010 B = 1011 C = 1100 D = 1101 E = 1110 F = 1111 BYTE (Octeto) 0A = 0000 1010 15 = 0001 0101 C2 = 1100 0010 3B = 0011 1011 47 = 0100 0111 F5 = 1111 0101 6F = 0110 1111 DB = 1101 1011 81 = 1000 0001 93 = 1001 0011 BA = 1011 1010 E7 = 1110 0111 2C = 0010 1100 D0 = 1101 0000 59 = 0101 1001 FF = 1111 1111

DIRECCION(IP) Para poder comunicarse en una red, las computadoras deben enviar y recibir información entre ellas, pero si tenemos 5 computadoras en una red, ¿cómo saber a cuál de ellas enviarle la información? Bueno, la IP es una serie de números que representan la dirección de cada computadora dentro de la red, para poderla identificar y enviarle la información a esa dirección. La dirección IP se compone de un grupo de 4 números que van del 0 al 255, y separados por un punto (llamados "octetos"), por ejemplo 192.168.1.52. Con esto, una computadora que quiere enviar información a otra, dice: "Quiero enviarle esta información a 192.168.1.52", y la información es enviada a esa dirección y procesada por la computadora que tenga esa IP.

RED.CONVERGENTE -MULTISERVICIOS Los avances de la tecnología nos permiten consolidar esas redes dispersas en una única plataforma: El flujo de voz, vídeo y datos que viajan a través de la misma red elimina la necesidad de crear y mantener redes separadas. En una red convergente todavía hay muchos puntos de contacto y muchos dispositivos especializados (por ejemplo: computadoras personales, teléfonos, televisores, asistentes personales y registradoras de puntos de venta minoristas) pero una sola infraestructura de red común

Redes convergentes

Ventajas de las redes Uso de las redes e Internet: Hay redes de todo tamaño. Pueden ir desde redes simples, compuestas por dos computadoras, hasta redes que conectan millones de dispositivos. Las redes instaladas en oficinas pequeñas, hogares y oficinas hogareñas se conocen como redes SOHO (Small Office/Home Office). Con frecuencia proporcionan una conexión compartida a Internet. En las empresas, es posible utilizar redes grandes para publicitar y vender productos, hacer pedidos de insumos y comunicarse con los clientes mediante el correo electrónico y la mensajería instantánea. Uso de las redes e Internet: Compartir archivos de música y vídeo Investigar y aprender en línea Conversar con amigos Planificar vacaciones Comprar regalos e insumos 3

Componentes básicos de una red Hay muchos componentes que pueden formar parte de una red, por ejemplo computadoras personales, servidores, dispositivos de networking y cables. Estos componentes se pueden agrupar en cuatro categorías principales: Hosts Periféricos compartidos Dispositivos de networking Medios de networking 4

Las redes y sus Beneficios Cliente - servidor El software instalado determina el papel de un cliente o un servidor Software de servidor Permite al servidor proporcionar información a otros hosts Software del cliente permite al cliente solicitar y mostrar información desde el servidor Ejemplo: Internet Explorer 5

Las redes y sus Beneficios Una computadora con software de servidor puede prestar servicios a uno o varios clientes simultáneamente. Actividad 6

Actividad Laboratorio 1 peer-to-peer La red peer-to-peer más sencilla consiste en dos computadoras conectadas directamente mediante una conexión por cable o inalámbrica. También es posible conectar varias PC para crear una red peer-to-peer más grande, pero para hacerlo se necesita un dispositivo de red, como un hub, para interconectar las computadoras. Actividad Laboratorio 1 7

Usted debe investigar y exponer las siguientes preguntas: SENA. Centro Industrial del Diseño y la Manufactura Sistemas Actividad en Clase Usted debe investigar y exponer las siguientes preguntas: Funcionamiento de una Swich Como

Network Topologies Physical topology Crea el registro de cada host, para saber donde se encuentra en la red Muestra cómo cada host está conectado (medios de comunicación, dispositivos, etc.) 8

Network Topologies Logical topology La forma como los usuarios se conectan a la network Nombres de host, direcciones, grupos, aplicaciones 9

Direccionamiento IP Dirección IP es una secuencia de 32 dígitos binarios Para facilidad de uso, IP se escribe en notación decimal separados por punto. Cada parte de la dirección IP se llama OCTETO Evita errores de transposición, causados al trabajar con números largos. Permite que los patrones de números sean entendidos más fácilmente. 11

Redes vs Host Class A: 27 = 126 networks; 224 -2  16.777.216 Hosts N H Class B : 214 = 16,384 networks; 216 -2  65,534 Hosts N H Class C : 221 > 2.097.152 networks; 28 -2 254 Hosts N H 12

Direccionamiento Privado IPv4 Clase IP Inicial IP Final Máscara de red   A 10.0.0.0 10.255.255.255 255.0.0.0 B 172.16.0.0 172.31.255.255 255.255.0.0 C 192.168.0.0 192.168.255.255 255.255.255.0 D 224 Y 239 Difusión E 240 Y 255 Investigación 13

Direccionamiento Físico Cada host conectado a una red Ethernet recibe una dirección física que sirve para identificar el host en la red. Esta dirección se conoce como dirección de Control de Acceso al Medio (Media Access Control). 29

Direccionamiento Físico Ethernet utiliza direcciones MAC de 48 bits expresadas como doce dígitos hexadecimales. Los primeros seis dígitos son el OUI (Identificador Único Organizacional), los administra la IEEE e identifican al fabricante o al vendedor. Los últimos seis dígitos representan el número de serie de la interfaz u otro valor administrado por el proveedor mismo del equipo. Las direcciones MAC están grabadas en la ROM y se copian en la RAM al momento de iniciar el equipo. 30

Para qué usan las Estaciones la MAC La NIC (Network Interface Card) usa la dirección MAC para evaluar si el mensaje se debe pasar o no a las capas superiores del modelo OSI. El procesamiento de la dirección MAC lo hace la NIC directamente, permitiendo mejores tiempos de comunicación en una red Ethernet. Todos los nodos deben examinar el encabezado MAC de la trama. Todos los dispositivos conectados a la LAN Ethernet tienen interfaces con dirección MAC. Impresoras, Routers y Switches. 31

Diseño jerárquico de las redes Ethernet En el área de networking, el diseño jerárquico se utiliza para agrupar dispositivos en varias redes organizadas mediante un enfoque en capas. Se trata de grupos más pequeños y fáciles de administrar que permiten que el tráfico local siga siendo local. 33

Direccionamiento Lógico La dirección IP es similar a la dirección de una persona. Se conoce como dirección lógica porque está asignada lógicamente en función de la ubicación del host. La dirección IP o dirección de red es asignada a cada host por un administrador de la red en función de la red local. En un host, la dirección MAC no cambia; está físicamente asignada a la NIC del host y se conoce como dirección física. La dirección física es siempre la misma, independientemente del lugar de la red en donde se encuentre el host. Para que una computadora pueda comunicarse en una red jerárquica, se necesitan tanto la dirección MAC física como la dirección IP lógica 34

Hubs y dominios de colisión Una colisión hace que los mensajes se vuelvan confusos y que los hosts no puedan leerlos. Los hubs no decodifican los mensajes; por lo tanto, no detectan que el mensaje es confuso y lo reenvían por todos los puertos. El área de la red en donde un host puede recibir un mensaje confuso como resultado de una colisión se conoce como dominio de colisiones. Actividad Examen 37

Funciones de los Switch En el switch hay una tabla, llamada tabla de direcciones MAC, que contiene una lista de todos los puertos activos y las direcciones MAC de los hosts que están conectados al switch. Cuando se envía un mensaje entre hosts, el switch verifica si la dirección MAC de destino está en la tabla. Si está, el switch establece una conexión temporal, llamada circuito, entre el puerto de origen y el puerto de destino. 38

Funciones de los Switch ¿Qué ocurre cuando el switch recibe una trama dirigida a un nuevo host que todavía no está en la tabla de direcciones MAC?

Funciones de los Switch Los switches crean un circuito virtual entre dos dispositivos conectados, estableciendo un camino de comunicación dedicado entre dos dispositivos. Los switches en la red suministran microsegmentación. Esto permite la máxima utilización del ancho de banda disponible. Un switch es también capaz de facilitar múltiples conexiones o circuitos virtuales simultáneos. Los frames de Broadcast se envían a todos los dispositivos conectados en la red. Cada uno de los puertos en un switch es su propio dominio de colisiones. Actividad Examen

Todos los dispositivos conectados a los puertos del switch deben estar en el mismo dominio de broadcast. Esto significa que todos los dispositivos deben tener una dirección IP de la misma red. Los dispositivos que tengan una porción de red diferente en la dirección IP no podrán comunicarse.

Compartir Recursos El uso compartido simple de archivos puede deshabilitarse para poder asignar niveles de seguridad más específicos. Al hacerlo, se pueden asignar los siguientes permisos a los recursos: Control total Modificar Leer y ejecutar Mostrar el contenido de la carpeta Lectura Escritura Razón principal para el trabajo en red - compartir recursos   El uso compartido de archivos   Imprimir Usuarios de Windows XP Uso sencillo para compartir archivos

Función de los Routers Es un dispositivo de red capa 3. Los routers utilizan tablas de enrutamiento para almacenar la información de las redes directamente conectadas a los interfaces locales y los caminos en la red aprendidos de los routers vecinos. 41

Función de los Routers

Función de los Routers

Default Gateway Actividad Es importante que en cada host de la red local se configure la gateway por defecto adecuada. Si no se define ninguna gateway por defecto en la configuración TCP/IP o si se especifica una gateway por defecto errónea, no se podrán entregar los mensajes dirigidos a hosts de redes remotas. Actividad 42

Routing Tables and ARP tables Los routers transmiten información entre redes locales y remotas. Para hacerlo, deben utilizar tablas ARP y tablas de enrutamiento a fin de almacenar información. Las tablas de enrutamiento no tienen relación con las direcciones de los hosts individuales. Las tablas de enrutamiento contienen las direcciones de las redes y el mejor camino para llegar a esas redes. Actividad Examen 43

Redes de Área Local (LAN) Diseñadas para: Áreas limitadas Muchos usuarios: Gran ancho de banda Conectividad: tiempo completo a servicios locales Dispositivos adyacentes. Actividad 44

¿Qué es Internet? Servidor Cliente 1

Características importantes de Internet ¿Qué es Internet? Internet es una colección mundial de redes de computadoras que colaboran entre ellas para intercambiar información mediante estándares en común; a través de cables telefónicos, cables de fibra óptica, transmisiones inalámbricas y enlaces satelitales Características importantes de Internet Internet no tiene “dueño” Estándares técnicos públicos y “neutros” Mayor variedad en la oferta de productos Mayor variedad en la oferta de servicios Mayor competencia en precio y calidad Mayor compatibilidad Mayor “libertad” de los usuarios 2

Internet está cambiando “todo” Reglas de la Comunicación: “Independiente” del espacio. “Independiente” del tiempo. Estrategias de publicidad. Estrategias de mercadeo. Servicios bancarios y financieros. Empresas de Servicios La educación. La forma de trabajo. La sociedad ! 3

Proveedores de servicios de Internet Los ISP son esenciales para obtener acceso a Internet. Nadie puede acceder a Internet sin una computadora host, y nadie puede acceder a Internet sin pasar por un ISP. Los ISP han agrupado una serie de servicios convirtiéndose así en proveedores de redes convergentes (TV, Telefonía e Internet). Los ISP también difieren en los tipos de tecnologías de conexión y velocidades que ofrecen. Algunos de los ejemplos locales de ISP conocidos son TELMEX, UNE, TELEBUCARAMANGA y últimamente los operadores de telefonía móvil celular 4

La relación de los ISP De acuerdo con su tamaño y el área donde presta servicio, un ISP puede tener muchos POP (Post Office Protocol). Dentro de un ISP, una red de routers y switches de alta velocidad transmite los datos entre los distintos POP. POP3 está diseñado para recibir correo, no para enviarlo; le permite a los usuarios con conexiones intermitentes ó muy lentas (tales como las conexiones por modem), descargar su correo electrónico mientras tienen conexión y revisarlo posteriormente incluso estando desconectados. 5

Conexión a un ISP Los ISP proporcionan una serie de formas para conectarse a Internet, de acuerdo con la ubicación y la velocidad de conexión deseada. Generalmente, en las grandes ciudades, existen más opciones de ISP y de conexión que en un área rural. Por ejemplo: el acceso a Internet por cable sólo está disponible en ciertas áreas metropolitanas donde está disponible el servicio de televisión por cable. Las áreas remotas quizás sólo tengan acceso a través de dial-up o un satélite. 6

DEFINICION DE CABLEADO ESTRUCTURADO El sistema de Cableado Estructurado es un sistema genérico que soporta múltiples servicios tales como voz, datos, video e imágenes . Soportando ambientes de multiproducto, multivendor y multiservicios. VENTAJA CABLEADO ESTRUCTURADO Flexibilidad en la configuración. Facilidad de Administración. Fácil Mantenimiento. Facilidad de Actualización. 18

CATEGORIAS DE DESEMPEÑO Definido TSB 67-95 Categoría 4-5 Diseñadas Para utilizar 2 pares - 100MHZ 1 par para TX 1 par para recibir Half duplex Utilizadas para trabajar solo 4 parámetros de certificación : continuidad,longitud,Next y atenuación Categoría 5E Categoría 6 19

CATEGORIAS DE DESEMPEÑO Categoría 5E Definido TSB 95-568.B.1 Diseñadas Para utilizar 4 pares - 100MHZ 2 par para TX 2 par para RX Full duplex(aplicaciones Bidireccionales) anexa 6 parámetros de certificación : Next,PSNext,Elfext,PSElfext Perdida por retorno Retardo de propagacion 20

CATEGORIAS DE DESEMPEÑO Categoría 6 Definido -568.B.2.1 Diseñadas Para utilizar 4 pares - 250MHZ Define especificaciones de canal y enlace 21

CATEGORIAS DE DESEMPEÑO Definido -568.B.2.1 y B2.10 TSB 155 – ISO 11801:2002 Categoría 6a Diseñadas Para utilizar 4 pares - 500MHZ Define especificaciones de canal y enlace Categoría 7 Compliance to ISO/IEC 15018 and ISO/IEC 11801 Ed. 2, Amd. 1st draft. Frecuencia limite 600 MHz. - 1Ghz 22

Cable UTP FUTP/SCTP/FTP Par trenzado no apantallado - chaqueta recubierta de thermoplastic y aluminio con sistemas CAT 5e y 6 S/FTP Par trenzado apantallado- PiMF, STP, SSTP Cat 7 Cubierta Termoplastic-Foild Aluminio 23

Cable STP: Par Trenzado Blindado Combina técnicas de blindaje, cancelación y trenzado cables C/ par de cables está envuelto en una lámina metálica Cuatro pares de hilos envueltos totalmente en lámina metálica Cable generalmente de 150  Reduce el ruido eléctrico dentro del cable Reduce el ruido eléctrico producido fuera del cable (EMI, RFI) Es más costoso y dificultoso de instalar que UTP 24

Cable ScTP: Par Trenzado apantallado Híbrido (UTP y STP). Conocido como FTP (Par Trenzado de papel metálico) UTP envuelto en un blindaje de papel metálico. Usualmente es de 100 o 120  Materiales de blindaje deben ser puestos a tierra en ambos extremos. Si conexiones a tierra son defectuosas, STP y ScTP son más susceptibles a problemas de ruido Distancia de tendido de STP y ScTP menores que otros medios de red (cable coaxial, fibra óptica). 25

Categoria 3: Ancho de Banda real de 16 MHz - 100 Ohm - 24 AWG Categoria 5e: Ancho de Banda real de 100 Mhz - 100 Ohm - 24 AWG Categoria 6: Ancho de Banda real de 250 MHz - 100 Ohm - 24 AWG Categoria 7: Ancho de Banda real de 600 MHz - 100 Ohm - 24 AWG 26

Ruido 27

Ruido Es una forma de energía no deseada, en forma de señal eléctrica, electromagnética o frecuencias de radio, que pueden degradar y distorsionar la calidad de las señales en todos los tipos de comunicaciones. El ruido ocurren en sistemas análogos y digitales. EMI: Interferencia Electro Magnética. RFI: Interferencia Radio Frecuencia. Cada alambre en el cable puede actuar como una antena 28

CrossTalk (Diafonía) Disturbios en la transmisión causada, por la interferencia de señales, entre diferentes canales. Mezcla entre conversaciones. Ocurre cuando señales de un cable se “enlazan”, con los cables adyancentes. Usando par trenzado se ayuda a reducir el crosstalk. Ocurre frecuentemente, en el punto donde el conector se ajusta al cable. Esto es conocido como NEXT (near-end crosstalk paradiafonía) 29

EMI y RFI Cualquier dispositivo que genere un campo electromagnético, tiene el potencial para desestabilizar, la operación de componentes electrónicos, dispositivos y sistemas a su alrededor.(EMI). Dos técnicas para tratar con EMI y RFI, son el blindaje y la cancelación. Blindaje, es recubrir con metal alrededor de cada par de cables o grupos de pares de cables. La cancelación es alcanzada por el trenzado de los pares de cables. 30

Cables UTP Directo Los pines del conector de datos RJ-45 de una PC utilizan los pines 1 y 2 para la transmisión, y 3 y 6 para la recepción. Los pines en el conector de datos de un switch utilizan los pines 1 y 2 para la recepción, y los pines 3 y 6 para la transmisión. 53

Cables UTP Cable Directo Cable Cruzado 54 Si una PC está conectada directamente a otra PC, los pines 1 y 2 en ambos dispositivos son pines de transmisión, y los pines 3 y 6 son de recepción. Los pines del conector de datos RJ-45 de una PC utilizan los pines 1 y 2 para la transmisión, y 3 y 6 para la recepción. Los pines en el conector de datos de un switch utilizan los pines 1 y 2 para la recepción, y los pines 3 y 6 para la transmisión. Dispositivos similares que requieren un cable cruzado: Puerto de switch a puerto de switch Puerto de switch a puerto de hub Puerto de hub a puerto de hub Puerto de router a puerto de router PC a puerto de router PC a PC 54

JACK modular de 8 posiciones solamente cambia la señalización del par 2 al 3 52

Prueba de Cables Multímetro Analizador de cables Cuando se realiza la terminación de un cable nuevo o reparado, es importante verificar que el cable funcione correctamente y cumpla con los estándares de conectividad. Esto puede realizarse por medio de una serie de pruebas. Además de hacer un examen visual, realice una verificación eléctrica del cable para determinar si hay problemas o fallas en la instalación del cableado de red. Multímetro Analizador de cables Certificador de cables 58

Estándares de Pruebas de Cable Mapa de Cableado Bien Invertido Dividido 59

Atenuación y Pérdida de Inserción en medios de cobre Atenuación: Decremento amplitud de la señal el enlace. Longitud grandes del cable Altas frecuencias de la señal Medido por analizadores de cable usando las más altas frecuencias que el cable pueda soportar Expresada en dB, con valores Negativos Valores negativos menores, indican mejor desempeño enlace Factores que contribuyen a la atenuación: Resistencia del cable de cobre convierte energía eléctrica en calor Escape de la señal a través del aislamiento del cable Por impedancia causada por los conectadores defectuosos (impedencia discontinua) 61

Optimizaciones de cableado Los estándares de cable especifican las longitudes máximas para los distintos tipos de cables. El cable UTP, al igual que el cable de cobre, es vulnerable a la EMI. Es importante que se instale el cable lejos de fuentes de interferencia, como cables de alto voltaje y luces fluorescentes. Los televisores, los monitores de computadora y los hornos de microondas son otras fuentes posibles de interferencia. La terminación inadecuada y la utilización de cables y conectores de baja calidad puede degradar la capacidad de transporte de señal del cable. Rotule todos los cables a medida que los instale y registre la ubicación de éstos en la documentación de la red. 65

Optimizaciones de cableado El cableado estructurado es un método para crear un sistema de cableado organizado que pueda ser fácilmente comprendido por los instaladores, administradores de red y cualquier otro técnico que trabaje con cables. Un componente del cableado estructurado es la administración de cables. 66