REDES Y COMUNICACIONES

ÁLVARO AVENDAÑO ARIASFRANCISCO JAVIER POSADA

RUBÉN GALEANO

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA REMINGTON

Los primeros sistemas de comunicación, como el telégrafo, diseñados por el hombre utilizaban un código digital, clave Morse, para transmitir información; estos sistemas han evolucionado de tal forma que hoy en día se transmiten datos, voz e imágenes.

La aparición de ordenadores y redes de comunicación, TIC, y su creciente desarrollo ha tenido un impacto tan profundo en el estilo de vida de la humanidad tal como lo hicieron en su momento la radio y la televisión.

INTRODUCCIÓN

Un proceso cualquiera de comunicación está constituido por un EMISOR que envía INFORMACIÓN a través de un CANAL de transmisión, que es recibida por un RECEPTOR. Por tanto, se puede hablar de comunicación oral, escrita, etc., donde el canal será respectivamente el aire, el papel, etc.

La información no es transmitida tal como la emitimos, sino que se utilizan unos CÓDIGOS comprensibles por el emisor y el receptor, y que se comunica mediante SEÑALES físicas. Los códigos serán el lenguaje utilizado y las señales son las ondas electromagnéticas, sonoras, luminosas, etc. La utilización de códigos y señales precisa que la información sea CODIFICADA en la transmisión y DECODIFICADA en la recepción.

PROCESO DE COMUNICACIÓN

El objetivo de un proceso de comunicación es que la información que se desea transmitir sea idéntica a la que se recibe. Si falla cualquiera de los elementos que intervienen (transmisor, canal de transmisión o receptor), se producen pérdidas de información; para intentar evitarlo, se repiten los mensajes en su totalidad o en parte (redundancia), o se acompañan de códigos especiales (de control) que permitan reconstruirla. La comunicación suele ser en ambas direcciones alternativa o simultáneamente, convirtiéndose en este caso el transmisor en receptor y viceversa. Lo dicho de una forma general se puede extrapolar a la informática con la intervención de diferentes máquinas que comunicarán las informaciones a diversos tipos de receptores.

OBJETIVO DEL PROCESO DE COMUNICACIÓN

Las principales razones de ser de las comunicaciones en informática son:

Necesidad de enviar y recibir datos Compartir recursos. No todos los usuarios de un sistema

informático van a poder disponer de un sistema adecuado a sus necesidades, por lo que es útil compartir tanto los equipos como los programas

Compartir carga. Consiste en distribuir el trabajo que supone el proceso de datos entre varios ordenadores (por ejemplo, en un banco en hora punta, el ordenador central se puede pedir a otro que le ayude, distribuyendo así la carga de trabajo).

Estas necesidades han conducido al gran desarrollo de las redes de comunicaciones. Es posible conectar ordenadores y puestos de trabajo en áreas de poca o gran extensión siguiendo una serie de protocolos que establecen los procedimientos que gobiernan el intercambio de comunicaciones tanto para el emisor como para el receptor.

LA COMUNICACIÓN EN INFORMÁTICA

Los beneficios más habituales que aportan las redes en informática son.

Compartir información de forma flexible: una red de ordenadores permite a los usuarios compartir casi instantáneamente y sin esfuerzo la información.

Libertad de elegir la herramienta adecuada: en un entorno abierto se dimensiona la capacidad de compartir información inherente a la red, permitiendo trabajar con el equipamiento que más satisfaga al usuario.

Reducción de costos al reducir el equipamiento: ya que se pueden compartir equipos y recursos.

Uso flexible de la potencia de cálculo: se puede emplear la potencia de un equipo distinto al que estamos trabajando.

Comunicación efectiva y fácil con todo el mundo: mediante las redes de áreas geográficas se pueden conectar redes de área local a escala mundial.

BENEFICIOS DE UNA RED

Una red de computadoras (también llamada red de ordenadores o red informática) es un conjunto de equipos (computadoras y/o dispositivos) conectados por medio de cables, señales, ondas o cualquier otro método de transporte de datos, que comparten información (archivos), recursos (CD ROM, impresoras, etc.) y servicios (acceso a Internet, e-mail, Chat, juegos), etc.

Para simplificar la comunicación entre programas (aplicaciones) de distintos equipos, se definió el Modelo OSI por la ISO, el cual especifica 7 distintas capas de abstracción. Con ello, cada capa desarrolla una función específica con un alcance definido.

¿QUÉ ES UNA RED INFORMÁTICA?

Para transferir señales entre ordenadores se requiere: 1. Medios de transmisión de la red: Las señales eléctricas se

generan como ondas electromagnéticas (señales analógicas) o como una secuencia de pulsos de voltajes (señales digitales). Para propagarse, una señal debe viajar a través de un medio físico, el denominado medio de transmisión. Hay dos tipos de medios de transmisión.

Guiados: confinan las señales a un canal de transmisión estrecho en el que se puede predecir su comportamiento. Son habituales, los cables de par trenzado (como los telefónicos), cables coaxiales (como los de las antenas de televisión) y conducciones de fibra óptica.

No guiados: son partes del entorno natural, a través de los que se transmiten las señales bajo forma de ondas. Las frecuencias habituales se corresponden con el espectro de radioondas (VHF y microondas) u ondas de luz (infrarrojo o visible).

¿CÓMO SE TRANSFIEREN LOS DATOS EN UNA RED?

2. Dispositivos de transmisión y recepción: son aquellos que propagan y reciben las señales a través del medio elegido. Estos pueden ser:

Adaptadores de red. Es el dispositivo que, instalado en una ranura de expansión de la placa madre, conecta físicamente el ordenador con la red.

Repetidores y Hubs: se usan para incrementar las distancias a las que se puede propagar una señal de red. Cuando una señal viaja a través de un medio encuentra resistencia y gradualmente se hace más débil y distorsionada. Técnicamente este proceso se denomina atenuación, así, si introducimos una señal eléctrica con una potencia P1 en un circuito pasivo, como puede ser un cable, esta sufrirá una atenuación y al final de dicho circuito obtendremos una potencia P2.

Puentes (Bridges): Permiten conectar una LAN a otra red con diferentes protocolos en los niveles físico y de enlace, pero siempre que en los niveles superiores usen los mismos protocolos.

Pasarelas (Gateways): Se usan para conectar una LAN a otra red que utilice otros protocolos. Se emplean para conexión entre diferentes redes locales, o entre locales y ampliadas (WAN).

Concentradores: Se usan en redes para proporcionar un punto común de conexión para dispositivos. Todos los concentradores tienen repetidores.

Transmisores de microondas: Los transmisores y receptores de microondas, especialmente satélites, se usan para transmitir señales a grandes distancias a través del espacio. Las microondas están definidas como un tipo de onda electromagnética situada en el intervalo del milímetro al metro y cuya propagación puede efectuarse por el interior de tubos metálicos. Es en si una onda de corta longitud.

Tiene como características que su ancho de banda varia entre 300 a 3.000 MHz, aunque con algunos canales de banda superior, entre 3´5 GHz y 26 GHz Es usado como enlace entre una empresa y un centro que funcione como centro de conmutación del operador, o como un enlace entre redes LAN.

TRANSMISORES DE MICROONDAS PORTÁTILES

Transmisores infrarrojos y láser: Son análogos a los de microondas. También usan la atmósfera como medio, sin embargo sólo son válidos para distancias cortas, ya que la humedad, niebla, obstáculos y otros fenómenos ambientales pueden causar problemas de transmisión.

Red inalámbrica

Módems: un modem convierte señales digitales a analógicas y viceversa, mediante la modulación de una frecuencia portadora. Presenta diversas tecnologías como la ISDN o RDSI (Red Digital de Servicios Integrados), ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber line), xDSL (Digital Subscribe Line).

Las redes de área personal (PAN) como tecnología de tercera generación, significan un impulso al proceso de convergencia entre las industrias informática y de comunicaciones. Desde el momento en que los teléfonos móviles, conocidos como Smartphones, se empiecen a utilizar masivamente como ordenadores (como ejemplo el Nokia E71) se producirá una reestructuración del mercado.

Estas redes trabajan en una banda de frecuencias de microondas, que no precisa licencia, 2.4 GHz Las interferencias constituyen un problema en la tecnología radio en general, que se manifiesta activamente en LAN y también en distancias cortas o PAN por cuanto trabajan con este tipo de banda.

Un ejemplo de redes de corta distancia es el diseñado por el consorcio Bluetooth, que es un grupo de interés especial y promotor que agrupa a fabricantes en estos campos. Es una tecnología que se aplica a todos los dispositivos que conforman el escenario inalámbrico, para usuarios: ordenadores, teléfonos y dispositivos de mano, como por ejemplo PDA (asistentes digitales personales).

CONECTIVIDAD EN DISTANCIAS CORTAS

Las redes tienen tres niveles de componentes: software de aplicaciones, software de red y hardware de red.

El Software de Aplicaciones, programas que se comunican con los usuarios de la red y permiten compartir información (como archivos, gráficos o vídeos) y recursos (como impresoras o unidades de disco).

El software de Red, programas que establecen protocolos para que los ordenadores se comuniquen entre sí. Dichos protocolos se aplican enviando y recibiendo grupos de datos formateados denominados paquetes.

El Hardware de Red, formado por los componentes materiales que unen los ordenadores. Dos componentes importantes son los medios de transmisión que transportan las señales de los ordenadores (típicamente cables o fibras ópticas) y el adaptador de red, que permite acceder al medio material que conecta a los ordenadores, recibir paquetes desde el software de red y transmitir instrucciones y peticiones a otros ordenadores.

ESTRUCTURA DE LAS REDES

Hay diversas formas de clasificar una red. Veamos algunas de ellas:

1. Por su propiedad: se analiza en cuanto a la propiedad a la que pertenezcan dichas estructuras, en este caso se clasifican en:

Públicas: una red pública se define como una red que puede usar cualquier persona y no como las redes que están configuradas con clave de acceso personal. Es una red de computadoras interconectados, capaz de compartir información y que permite comunicar a usuarios sin importar su ubicación geográfica.

Privada: aquellas que son gestionadas por personas particulares, empresa u organizaciones de índole privado, en este tipo de red solo tienen acceso los terminales de los propietarios.

CLASIFICACIÓN DE LAS REDES

2. Por el método de conexión: De medios guiados: cuando los medios físicos empleados para la

conexión de la red son cables coaxiales, cables de par trenzado, fibra óptica y otros tipos de cables.

De medios no guiados: cuando para la conexión física se emplea ondas de radio, microondas, infrarrojos, láser y otras redes inalámbricas.

3. Por relación funcional: Cliente- servidor: es aquella red de comunicaciones en la que

todos los clientes están conectados a un servidor, en el que se centralizan los diversos recursos y aplicaciones con que se cuenta; y que los pone a disposición de los clientes cada vez que estos son solicitados

Igual a igual o p2p: se refiere a una red que no tiene clientes ni servidores fijos, sino una serie de nodos que se comportan simultáneamente como clientes y como servidores respecto de los demás nodos de la red. Es una forma legal de compartir archivos de forma similar a como se hace en el e-mail o mensajeros instantáneos, sólo que de una forma más eficiente.

Red cliente servidor

Red de igual a igual o p2p.

4. Segú la utilización por los usuarios: Redes dedicadas o exclusivas: son aquellas que por motivo de seguridad,

velocidad o ausencia de otro tipo de red, conectan dos o más puntos de forma exclusiva. Este tipo de red pueden ser:

Redes punto a punto.- Permiten la conexión en línea directa entre terminales y computadoras. La ventaja de este tipo de conexión se encuentra en la alta velocidad de transmisión y la seguridad que presenta al no existir conexión con otros usuarios. Su desventaja sería el precio muy elevado de este tipo de red.

Redes multipunto.- Permite la unión de varios terminales a su correspondiente computadora compartiendo una única línea de transmisión. La ventaja consiste en el abaratamiento de su costo, aunque pierde velocidad y seguridad. Este tipo de redes requiere amplificadores y difusores de señal o de multiplexores que permiten compartir líneas dedicadas.

Redes compartidas: son aquellas a las que se une un gran número de usuarios, compartiendo todas las necesidades de transmisión e incluso con transmisiones de otras naturalezas. Pueden ser:

Redes de conmutación de paquetes: son redes en las que existen nodos de concentración con procesadores que regulan el tráfico de paquetes.

Paquete.- Es una pequeña parte de la información que cada usuario desea transmitir. Cada paquete se compone de la información, el identificador del destino y algunos caracteres de control.

Redes de conmutación de circuitos: son redes en las que los centros de conmutación establecen un circuito dedicado entre dos estaciones que se comunican.

5. Por su alcance: Red PAN: Red de área Personal (Personal Area Network) es

una red de ordenadores usada para la comunicación entre los dispositivos de la computadora (teléfonos incluyendo las ayudantes digitales personales) cerca de una persona. Los dispositivos pueden o no pueden pertenecer a la persona en cuestión. El alcance de una PAN es típicamente algunos metros. Én la tecnología inalámbrica se destaca el uso del Bluetooth.

Red CAN: Red del área del campus, se deriva a una red que conecta dos o más LANs los cuales deben estar conectados en un área geográfica específica tal como un campus de universidad, un complejo industrial o una base militar.

RED CAN

Red LAN: Son redes de propiedad privada, de hasta unos cuantos kilómetros de extensión. Por ejemplo una oficina o un centro educativo. Se usan para conectar computadoras personales o estaciones de trabajo, con objeto de compartir recursos e intercambiar información.

Están restringidas en tamaño, lo cual significa que el tiempo de transmisión, en el peor de los casos, se conoce, lo que permite cierto tipo de diseños (deterministas) que de otro modo podrían resultar ineficientes. Además, simplifica la administración de la red.

Suelen emplear tecnología de difusión mediante un cable sencillo al que están conectadas todas las máquinas.

Operan a velocidades entre 10 y 100 Mbps Tienen bajo retardo y experimentan pocos errores.

RED LAN

Red MAN: red de área metropolitana. Son una versión mayor de la LAN y utilizan una tecnología muy similar. 

Red WAN: son redes que se extienden sobre un área geográfica extensa. Contiene una colección de máquinas dedicadas a ejecutar los programas de usuarios (hosts). Estos están conectados por la red que lleva los mensajes de un host a otro. Estas LAN de host acceden a la subred de la WAN por un router. Suelen ser por tanto redes punto a punto.

La subred tiene varios elementos:  - Líneas de comunicación: Mueven bits de una máquina a

otra. - Elementos de conmutación: Máquinas especializadas que

conectan dos o más líneas de transmisión. Se suelen llamar routers o encaminador.

RED WAN

Una WAN contiene numerosos cables conectados a un par de encaminadores. Si dos encaminadores que no comparten cable desean comunicarse, han de hacerlo a través de encaminadores intermedios. El paquete se recibe completo en cada uno de los intermedios y se almacena allí hasta que la línea de salida requerida esté libre. Se pueden establecer WAN en sistemas de satélite o de radio en tierra en los que cada encaminador tiene una antena con la cual poder enviar y recibir la información.

6. Por su topología: por topología de una red se entiende la forma en que se conectan electrónicamente los puntos de dicha red.

Para seleccionar una topología de red se tienen en cuenta los siguientes factores:

Complejidad: afecta la instalación y mantenimiento de todo el cableado.

Respuesta: el tráfico que puede soportar todo el sistema. Vulnerabilidad: la susceptibilidad a fallos o averías. Aplicación: el tipo de instalación en el que es más apropiada la

topología. Expansión: la facilidad de ampliar la red y añadir nuevos

dispositivos.

De acuerdo con su topología las redes pueden ser: Red de bus: Todos los dispositivos, estaciones o nodos están

conectados a un cable central, frecuentemente coaxial, llamado bus o backbone. Entre las ventajas que presenta este tipo de red podemos citar:

El medio de trasmisión es totalmente pasivo Es sencillo conectar nuevos dispositivos Se puede usar toda la capacidad de trasmisión disponible Es fácil de instalar

TOPOLOGÍA DE BUS

Red de anillo: cada dispositivo tiene una línea de conexión dedicada y punto a punto solamente con los dos dispositivos que están a sus lados. La señal pasa a lo largo del anillo en una dirección, o de dispositivo a dispositivo, hasta que alcanza su destino. Cada dispositivo del anillo incorpora un repetidor. Ningún nodo o dispositivo controla totalmente el acceso a la red. Ventajas:

La capacidad de transmisión se reparte equitativamente La red no depende de un nodo central Se simplifica al máximo la transmisión de mensajes Es sencillo enviar un mismo mensaje a todas las estaciones El tiempo de acceso es aceptable, incluso con mucho

tráfico El índice de errores es muy pequeño. Se pueden alcanzar velocidades de transmisión elevadas

TOPOLOGÍA DE ANILLO

Red de estrella: cada dispositivo, estación o nodo solamente tiene un enlace punto a punto dedicado con el controlador central, habitualmente llamado concentrador. Los dispositivos no están directamente enlazados o conectados entre sí. Ventajas:

Es ideal si hay que conectar muchas estaciones a una Se pueden conectar terminales no inteligentes Las estaciones pueden tener velocidades de transmisión

diferentes Permite utilizar distintos medios de transmisión Se puede obtener un elevado nivel de seguridad Es fácil la detección de averías

Red en malla: cada dispositivo tiene un enlace punto a punto y dedicado con cualquier otro dispositivo. El término dedicado significa que el enlace conduce el tráfico únicamente entre los dos dispositivos que conecta. Ventajas:

El uso de los enlaces dedicados garantiza que cada conexión sólo debe transportar la carga de datos propia de los dispositivos conectados

Si un enlace falla, no inhabilita todo el sistema. La privacidad o la seguridad. Cuando un mensaje viaja a

través de una línea dedicada, solamente lo ve el receptor adecuado. Las fronteras físicas evitan que otros usuarios puedan tener acceso a los mensajes.

Red en árbol: también conocida como topología jerárquica, puede ser vista como una colección de redes en estrella ordenadas en una jerarquía.

Como en las redes en estrella convencionales, los nodos individuales pueden quedar aislados de la red por un fallo puntual en la ruta de conexión del nodo. Si falla un enlace que conecta con un nodo hoja, ese nodo hoja queda aislado; si falla un enlace con un nodo que no sea hoja, la sección entera queda aislada del resto. Ventajas:

El Hub central al retransmitir las señales amplifica la potencia e incrementa la distancia a la que puede viajar la señal.

Se permite conectar más dispositivos gracias a la inclusión de concentradores secundarios.

Permite priorizar y aislar las comunicaciones de distintas computadoras.

Cableado punto a punto para segmentos individuales. Soportado por multitud de vendedores de software y de

hardware.

TOPOLOGÍA EN ÁRBOL

7. Otros tipos de red: Red interna: dos o más redes o segmentos de la red

conectados con los dispositivos que funcionan en la capa 3 (la capa de la “red”) del modelo de la referencia básica de la OSI, tal como un router. Cualquier interconexión entre las redes del público, privadas, comerciales, industriales, o gubernamentales se puede también definir como red interna. 

Intranet: una red interna que se limitan en alcance a una sola organización o entidad y que utilicen el TCP/IP Protocolo Suite, el HTTP, el FTP, y los otros protocolos y software de red de uso general en el Internet. Nota: Intranets se puede también categorizar como el LAN, CAN, MAN, WAN

Extranet: una red interna que se limitan en alcance a una sola organización o entidad pero que también han limitado conexiones a las redes de una o más generalmente, pero no necesariamente, organizaciones confiadas o entidades.

Internet: una red interna específica, consiste en una interconexión mundial de las redes gubernamentales, académicas, públicas, y privadas basadas sobre el Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET) desarrollado por ARPA del departamento de la defensa los EE.UU. Se conoce como Word Wide Web (WWW) y se ha designado como la “Internet” con un capital “I” para distinguirlo de otros internetworks genéricos.

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NETGRAFÍA