REDES DE COMPUTADORAS
Preparado por Dr.
Richard C. Rebeck B.
Centro de Computación Latinoamericano, C.A.
Basado
en una idea original del
Prof. Néstor Angulo Reina
REDES DE COMUNICACIÓN DE DATOS
Y
NORMAS DE SISTEMAS ABIERTOS
INTRODUCCIÓN
Un Red de computadores es una agrupación de computadores autónomos interconectados.
Autónomos son aquellos computadores que no tienen ninguna relación de amo/esclavo. Si un computadora inicia, detiene o controla a otro no es autónomo.
Dos computadores están interconectados, si son capaces de intercambiar información.
La conexión puede realizarse mediante cables de cobre, fibra óptica, radio, microondas o por satélites de comunicaciones.
USOS DE REDES DE COMPUTADORES
Redes para:
Compañías
Productoras
Militares
Gubernamentales
Bancos
Super Mercados
Educativas
Universidades
Institutos de educación superior
Redes Populares
Cyber Cafes (Internet)
Caseras
Compañías
Compañías con varias fábricas para mantener inventarios, monitorear la productividad y pago de empleados
En forma general :
Compartimiento de recursos.
Los programas, equipos y datos están disponibles a todos los usuarios sin importar la localización y el usuario.
Alta confiabilidad
Al mantener copias de archivos en diferentes máquinas, si uno no está disponible se pueden usar la copia.
Ahorro de dinero
Los computadores personales tienen una relación precio/comportamiento mayor que la de los computadores grandes.
Los computadores grandes son más rápidos que los computadores personales pero cuestan mucho más.
Esto motiva a muchos diseñadores de sistemas a utilizar computadores personales, uno por usuario, guardando la data en una o mas máquinas compartidas de servidoras de archivos.
Este tipo de arreglo es conocido con el nombre de modelo cliente-servidor.
Cliente/Servidor
Permite centralizar funciones y aplicaciones en uno o mas servidores de archivos dedicados.
Los servidores
Proporcionan acceso a recursos
Mantienen la seguridad
Los clientes acceden a los recursos suministrados por los servidores.
El cliente envía un mensaje al servidor pidiéndole realizar un trabajo.
El servidor realiza el trabajo y devuelve una respuesta.
Generalmente existen muchos clientes y pocos servidores.
Permite la escritura de reportes por empleados situados en sitios diferentes y a menudo alejados.
Cuando se hace una modificación a un reporte, esta puede ser vista por todos de manera inmediata.
Permite la conversación (chat) entre los empleados.
Redes educativas
Permiten el acceso a:
Bibliotecas
Grupos de investigación y discusión académica
Artículos de interés
Internet
Redes populares
Los usos principales son:
Acceso a información remota
Comunicación persona-persona
Entretenimiento Interactivo
Acceso a información remota
Acceso a instituciones financieras
Reservaciones. Hoteles. Líneas aéreas, etc
Compras desde la Casa
Revisión remota de catálogos
Lectura de periódicos
Acceso a sistemas de información tales como WWW
Comunicación persona-persona
Correo electrónico o e-mail en tiempo real
Grupos de discusión global
Video-conferencias
Reuniones remotas ejecutivas
Opiniones médicas remotas de especialistas
Entretenimiento interactivo
Juegos multipersona
Selección a distancia de cualquier película o programa de TV.
REDES - HARDWARE
Se pueden clasificar en forma muy general según:
Tecnología de transmisión
Tamaño
Redes broadcast
Tienen un solo canal de comunicación el cual es compartido por todas las máquinas de la red.
Redes punto-a-punto
Los paquetes enviados por una máquina son recibidos por todas.
Un campo de dirección dentro del paquete indica a quien está destinado
Luego de recibirlo, la máquina revisa el campo de dirección. Si es para ella, lo procesa, si no lo es, lo ignora.
Los sistemas broadcast tienen también la posibilidad de enviar los paquetes para todas las máquinas mediante el uso de un código especial en el campo de dirección.
Este modo de operación se llama broadcasting.
Algunos sistemas también tienen la modalidad llamada multicasting.
Multicasting es un esquema que permite enviar la misma información a un determinado grupo de máquinas.
Redes punto-a-punto
En este tipo de red las máquinas están conectadas por pares unas a otras
Un paquete para ir de la fuente al destino debe pasar por una o varias máquinas intermedias
Como regla general, redes pequeñas geográficamente localizadas tienden a usar redes broadcast mientras que las grandes redes son generalmente punto-a-punto.
Tamaño
De mayor a menor tenemos:
Máquinas de flujo de datos.
Grandes sistemas de computación paralela con muchas unidades funcionales, todas trabajando en el mismo programa.
Sistemas multicomputadores
Sistemas que se comunican entre si mediante mensajes a través de buses (barras) muy cortas y muy rápidas.
Redes de área local (LAN)
Oficinas
Edificios
Campos universitarios
Redes de área metropolitana (MAN)
Ciudades
Redes de área amplia (WAM)
Países
Continentes
Internet
Todo el planeta
REDES - HARDWARE LAN
Redes de Área Local (LAN)
Redes privadas dentro de un mismo edificio o campos de pocos kilómetros.
Conectan computadores personales y estaciones de trabajo en compañías, fábricas y universidades para compartir recursos e intercambiar información.
Se distinguen de otros tipos de redes por:
Su tamaño
Su tecnología de transmisión
Su topología
Tamaño.
Están restringidas en tamaño, lo que permite conocer el tiempo de transmisión mas desfavorable.
Lo anterior permite:
Utilizar ciertos tipos de diseño que de otra forma no sería posible.
Simplifica la administración del la red.
Tecnología de transmisión.
Consiste en un cable simple al cual están conectadas todas las máquinas
Las velocidad de transmisión tradicional varía entre 10 y 100 Mbps.
La nuevas LAN pueden operar a cientos de Mbps
Bajos tiempos de retardo (decenas de microsegundos)
Muy pocos errores de transmisión.
Existen varias topologías para las LAN broadcast.
Entre éstas tenemos:
Redes tipo Bus
Redes tipo estrella
Redes tipo árbol
Redes tipo anillo (Ring)
Red tipo Bus
Consiste en un cable principal con terminadores a ambos lados
Todos los nodo: servidores, estaciones de trabajo y periféricos están conectados a este cable
Es la topología usada por la red Ethernet
Se utiliza el estándar IEEE 802.3
Red tipo estrella
Cada nodo (servidor, estación de trabajo, periféricos) están conectados a un concentrador central
Los datos siempre pasan por el concentrador antes de ir a otra estación
El concentrador o hub controla y administra toda la red
Red tipo árbol
Combina las características de la bus y de la tipo estrella
Consiste en un grupo de configuraciones en estrella unidos a un cable principal (backbone).
Red tipo anillo (Ring)
En este tipo de red cada bit circula alrededor del anillo antes de que cada paquete termine de transmitirse.
Se utiliza el estándar IEEE 802.5.
Red de área metropolitana (MAN)
Es básicamente una versión mas grande de la LAN y normalmente utiliza la misma tecnología
Abarca grupos de oficinas corporativas o una ciudad
Puede ser privada o pública
Puede soportar datos y voz y también puede asociarse con CATV
Posee uno o dos cables
No tiene elementos conmutadores (switching elements) lo cual simplifica su diseño.
El estándar utilizado es el IEEE 802.6 o normalmente llamado DQDB (Distributed Queue Dual Bus - Bus dual de cola distribuida).
El DQDB consiste en dos barras (buses) unidireccionales al cual están conectados todos las máquinas
Tráfico destinado a una máquina a la derecha del emisor usa el bus superior
Tráfico a la izquierda usa el bus inferior
Redes de área Amplia (WAN)
Cubre una gran área geográfica, un país o un continente
Contiene una colección de máquinas que corren programas de aplicación.
Estas máquinas son comúnmente llamadas hosts.
Los hosts están conectados por una subred (subnet) de comunicación o simplemente subred.
El trabajo de la subred es llevar los mensajes de host a host
La subnet consiste de:
Líneas de transmisión
Elementos conmutadores (switching elements)
Las líneas de transmisión (canales, circuitos o trunks) mueven los datos entre las máquinas.
Los conmutadores son computadores especializados usados para conectar dos o mas líneas de transmisión.
El nombre genérico de estos conmutadores es enrutadores.
Cuando los datos son recibidos por un enrutador, éste debe escoger una línea para enviarlos a través de ella.
La colección de líneas de comunicación y de enrutadores (pero no los hosts) forman la subred.
La red WAN posee numerosos cables cada uno conectando un par de enrutadores
Si dos enrutadores no conectados directamente desean comunicarse, deben hacerlo de manera indirecta a través de otros enrutadores.
Un paquete enviado a un enrutador vía otros enrutadores, es almacenado en cada enrutador hasta que la línea de salida respectiva esté libre para ser enviado.
La subred recibe el nombre de subred punto-a-punto , de almacenamiento-y-envío, o de paquetes conmutados.
Topología de las subredes punto-a-punto
En la figura se muestran algunas posibles topologías.
Redes inalámbricas
Son muy utilizadas
Portátiles en oficinas y edificios.
Taxis, buses, etc
Ejecutivos en movimiento
Estaciones fijas para unir dos edificios separados donde no existe red cableada.
Velocidad entre 2 y 10 Mbps
Frecuencia de operación, 915 MHz y 2.4 GHz
Tipo de modulación, Banda Esparcida (Spread Spectrum).
Redes Inalámbricas
REDES - SOFTWARE
Sistemas cerrados y sistemas abiertos
Sistemas cerrados
Sistemas que sólo permitían a los computadores intercambiar información con máquinas del mismo fabricante.
Los equipos de otros fabricantes no pueden intercambiar información, a menos que se ajusten a las normas (propietarias) de un fabricante determinado.
Sistemas abiertos
Sistemas que siguen unas normas estándar que le permiten intercambiar información con cualquier máquina de cualquier fabricante que siga dichas normas..
El sistema resultante se denomina sistema abierto o entorno de interconexión de sistema abierto (OSIE, Open System Interconnection environment)
Las normas para estandarizar los sistemas abiertos las introdujo la Organización Internacional de Normas (ISO, International Standards Organization) y se conocen como modelo de referencia de la ISO para la interconexión de sistemas abiertos (OSI, Open Systems Interconnection
REDES - SOFTWARE ISO
Modelo de referencia del la ISO
Se compone de siete capas o niveles
Cada capa desempeña un función bien definida
Cada capa opera según un protocolo definido.
Protocolo: Reglas y convenciones a seguir cuando se comunica con una capa similar en un sistema remoto.
Básicamente un protocolo es un acuerdo entre las partes en contacto de cómo debe llevarse la comunicación entre ambas.
Cada protocolo de capa es independiente de las demás capas.
Cada capa tiene una interfaz bien definida con las capas que están arriba y abajo de ellas.
El flujo de información entre capas se realiza en forma vertical.
Las tres capas inferiores dependen de la red.
La cuarta capa se encarga del transporte de datos de una máquina a otra.
Las tres capas superiores están orientadas a las aplicaciones (programas)
MODELO DE REFERENCIA DE LA ISO
MODELO ISO
Capas orientadas a las aplicaciones
Capa de aplicación
Es la interfaz del usuario con una variedad de servicios de información distribuida a través de toda la red.
Entre éstos servicios tenemos:
Transferencia y gestión de archivos.
Intercambio de documentos y mensaje
Transferencia y manipulación de trabajos.
Capa de presentación
Negociación de sintaxis de transferencia
Si la forma de representación es distinta en las dos máquinas (PC y Mac) el protocolo de presentación efectuará la conversión necesaria para la perfecta comunicación entre las dos.
Si hablan diferentes lenguajes, en un lado, se hace la traducción de un lenguaje a un lenguaje común, se transmite y en el otro lado se hace la traducción del lenguaje común al otro lenguaje.
Transformación de representación de datos (cifrado- codificación) para aumentar la seguridad de los mensajes transmitidos.
Capa de sesión
Se encarga de establecer (liberar) un canal de comunicación entre dos entidades de la capa de aplicación (presentación).
Proporciona varios servicios adicionales:
Gestión de interacciones
Puede establecer conexiones dúplex o semidúplex
Sincronización
Pueden establecerse puntos de sincronización asociados a la transferencia.
Si ocurre un fallo, el diálogo podrá reiniciarse en un punto de sincronización convenido
Informe de excepciones
La capa de sesión puede comunicar a la capa de aplicación la ocurrencia de excepciones no recuperables durante una transacción.
Capa de transporte
Actúa como interfaz entre las capas superiores, de aplicación, y las capas inferiores dependientes de la red
La capa de sesión se vale de la capa de transporte para la transferencia de mensajes independiente del tipo de red.
Es una verdadera capa terminal, entre fuente y destino.
Un programa en la máquina fuente mantiene una conversación con un programa similar en la máquina destino, usando los mensajes de encabezamiento y mensajes de control.
En las capas inferiores, los protocolos son entre cada máquina y sus vecinas inmediatas y no entre la fuente y la destino que pueden estar separadas por varios enrutadores.
Debe cuidar de establecer y eliminar conexiones a través de la red.
Control de errores
Fragmentación de paquetes
Control de flujo
Capas dependientes de la red
Capa de red
Se encarga:
Control de la operación de la subred.
Enrutamiento de los paquetes de la fuente al destino.
Control de flujo de paquetes
Cuando un paquete viaja de una red a otra pueden presentarse los problemas:
El direccionamiento usado por la segunda red puede ser diferente al de la primera red.
Los paquetes pueden ser muy grandes y la segunda no puede aceptarlos
Los protocolos pueden ser diferentes.
Etc.
La capa de red debe realizar funciones que resuelvan todos estos problemas para así permitir que redes heterogéneas puedan ser interconectadas.
En las redes broadcast, el problema de enrutamiento es muy simple, de manera tal que la capa de red es muy sencilla y algunas veces, incluso no existe.
Capa de enlace
Se encarga del control del enlace de datos
Entramado
Detección de errores
En caso de haber errores de transmisión, de la retransmisión de paquetes
Capa Física
Se ocupa de interfaces físicas y eléctricas entre el equipo del usuario y el equipo terminal de la red
Proporciona a la capa de enlace un mecanismo para transmitir un flujo de bits en serie entre dos máquinas.
Transmisión de datos en el modelo ISO
El proceso emisor tiene datos a enviar al proceso receptor
Los datos son pasados a la capa de aplicación
Ésta le agrega un encabezamiento AH al inicio de los datos
El nuevo item es pasado a la capa de presentación
Ésta le agrega un encabezamiento PH y la pasa a la capa de sesión
El proceso se repite en cada capa hasta llegar a la capa física
La capa física se encarga de llevar el producto final a la máquina receptora.
Aquí el proceso se hace en forma inversa.
Cada capa le quita un encabezamiento hasta alcanzar el proceso receptor
Como se observa, el proceso de transmisión de los datos es un proceso vertical
NORMAS DE SISTEMAS ABIERTOS
Las tres principales organizaciones que establecen normas para la comunicación entre computadores son:
ISO, International Standars Organization
IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers
ITU-T International Telecommunications Union-
Telecommunications Sector
La ISO y la IEEE proponen normas para los fabricantes de computadores
La ITU-T define normas de conexión entre los diferentes tipos de redes públicas nacionales e internacionales
REDES DE COMUNICACIÓN DE DATOS Y NORMAS DE SISTEMAS ABIERTOS
Quién usa la Internet ?
REDES DE COMPUTADORAS
MEDIOS DE TRANSMISIÓN
Preparado por Dr. Richard C. Rebeck
B.
Centro de Computación Latinoamericano, C.A.
Basado en una idea original del
Prof. Néstor Angulo Reina
Medios de Transmisión
La función de la estructura física es la de transportar paquetes de bits de una máquina a otra. Los medios físicos usados para este transporte pueden ser:
Alámbricos
Líneas de par trenzado
Cable coaxial
Fibra óptica
Inalámbricos
Satélites - Microondas
Radio
Rayos Infrarrojos
Laser
Par trenzado
Consiste en dos cables de cobre aislados y trenzados para reducir la interferencia eléctrica externa y de pares adyacentes. Dos cables paralelos forman una antena. Si se trenzan se reduce la diafonía.
Presentación
Vienen en cables de 4 pares trenzados con colores estándares.
Par 1 Blanco/azul Blanco
Par 2 Blanco/Naranja Naranja
Par 3 Blanco/Verde Verde
Par 4 Blanco/marrón Marrón
Existen dos tipos:
No Blindados
(UTP Unshielded Twisted pair)
UTP
(Unshielded Twisted Pair
Par trenzado sin blindaje)
Consiste en dos cables de cobre aislados, típicamente de 1 mm de diámetro, trenzados para reducir la interferencia eléctrica de pares adyacentes similares.
Blindados
(STP shielded twisted pair)
STP
(Shielded Twisted Pair Par trenzado blindado)
Línea de transmisión formada por cables aislados trenzados rodeados de un forro metálico (blindaje) que lo aisla de los campos externos y confina dentro del cable los campos internamente generados.
Categorías
Existen 5 categorías del cable
Categoría 1 y Categoría 2
No son convenientes para el tráfico de 10 Mbps
No son reconocidas en el estándar de ANSI/EIA/TIA 568-1991.
Categoría 3
Cobre sólido, características especificadas hasta 16 MHZ
Usados típicamente para la transmisión de voz y de datos hasta 10 Mbps.
Categoría 4
Cobre sólido, características especificadas hasta 20 MHZ
Previsto para LANs de velocidades medias hasta 16Mbps.
Categoría 5
Cobre sólido, características especificadas hasta 100 MHZ.
Previsto para las redes de alta velocidad (100 Mb/s).
El conector usado para UTP es el RJ-45
Conector de plástico similar al usado en telefonía
Las normas de conexión deben seguir las especificaciones EIA/TIA-568
Red que usa par trenzado
CABLE COAXIAL
Cable Coaxial
Cable formado por un conductor central rodeado por un material aislante y forrado por un conductor externo concéntrico.
Existen en dos clases:
De 50 Ohmios de impedancia (RG-58).
De 75 Ohmios de impedancia (RG-8).
Tiene mejor blindaje que el par trenzado y puede alcanzar tramos mas largos y velocidades mayores.El conductor exterior (blindaje) aísla al conductor central de las señales de interferencia externas
Las pérdidas por radiación electromagnética y por la conducción superficial son mínimas gracias al blindaje
Se puede utilizar con señales de varios tipos
Alcanzan los 10 Mbps y distancias hasta 180 metros
El tipo de conector para el RG-58 es el llamado BNC
Existen diferentes adaptadores para este tipo de conector:
Conector tipo Barril
Conector tipo T
Terminadores
Los conectores constituyen la parte más débil de una red de este tipo.
Tipos de conectores tipo T
Permiten la interconexión de las diferentes máquinas que forman la red.
Conectores tipo barril y Terminadores
Los barriles permiten alargar un cable coaxial.
Los terminadores son resistencias de 50 Ohmios con los cuales deben terminar el principio y el fin del cable red coaxial para evitar la imbalance de impedancias.
Red con par trenzado y cable coaxial
FIBRA ÓPTICA
Fibra Óptica
Está formada por un núcleo central de vidrio rodeado por varias capas de protección.
El modo de transmisión es óptico en vez de eléctrico eliminándose así el problema de interferencia eléctrica.
Puede transmitir señales a distancias mucho mas largas que con el par trenzado y el cable coaxial.
Puede alcanzar velocidades muy grandes (miles de MHz)
La fibra consta de dos partes:
El núcleo de vidrio o plástico
Revestimiento de vidrio o plástico con índice de refracción menor.
La luz se propaga a lo largo del núcleo de una de tres maneras, según el tipo y la anchura del material empleado por el núcleo.
Multimodo de índice escalonado
Multimodo de índice escalonado
Los materiales del núcleo y el revestimiento tienen diferentes índice de refracción pero uniforme en cada material.
Multimodo de índice gradual
Multimodo de índice gradual
El índice de refracción disminuye gradualmente desde el centro del núcleo hasta el revestimiento
Monomodo de índice escalonado
Monomodo de índice escalonado
El diámetro del núcleo se reduce al tamaño de una sola longitud de onda (3 a 10 um) a fin de que toda la luz se propague sin dispersarse.
El revestimiento es de unos 125 m m
Envoltura plástica fijadora
Hilos de kevlar (Aramida) que soportan tracción mecánica
Recubrimiento de PVC con un diámetro que está entre los 150 y 900 m m.
Cable de 6 fibras ópticas
Cables monofibra y extensores
SATELITES
Satélites
Un haz de microondas, el cual es modulado por los datos, se transmite al satélite desde la superficie terrestre.
Este haz es recibido por el transponder del satélite el cual lo retransmite a la estación destino.
Cada satélite tiene muchos transponders.
Cada transponder cubre una banda de frecuencia determinada.
Un satélite tiene un ancho de banda elevado (500 MHz).
Utiliza la técnica de multiplexaje para enviar centenas de datos con una alta velocidad.
Los satélites son geoestacionarios
El haz de la señal emitida por el satélite puede ser:
Ancho para que pueda ser captado en un área extensa
Fino para que solo pueda captarse en un área limitada.
Con el haz fino la potencia es más elevada por lo que se pueden usar antenas parabólicas de diámetro mas pequeño (VSAT, very small aperture terminals)
En una forma típica, la comunicación es dúplex y la frecuencia de ascenso y descenso a cada estación terrena es diferente.
En la forma VSAT existe una estación central que se comunica con varias estaciones terrestres de VSAT distribuidas por todo el país.
Un computador conectado a cada VSAT puede comunicarse el computador conectado a la estación central.
La estación central, comúnmente transmite a todas las estaciones VSAT en la misma frecuencia.
Cada estación VSAT transmite en la dirección opuesta en una frecuencia distinta.
INALÁMBRICAS
Redes Inalámbricas
En una estación fija conectada a la Internet, se conecta un transmisor/receptor de radio (gateway) el cual establece un enlace inalámbrico entre cada uno de los computadores y el sitio central.
Se logran velocidades desde 1200 bps hasta 2 Mbps a diversas frecuencias.
Fin de Medios de Transmisión