Redes de comunicacionesContenido

• Redes e interredes

• Redes locales

• Redes de área extensa

• Casos prácticos

Redes localesDefinición

Una Red Local es una

RED

LOCAL

RED: Red de computadores

LOCAL: Computadores próximos físicamente

LAN: Local Area Network

• Distancias cortas (0’1 a 25 km)

• Alta velocidad (1 a 100 Mbps)

• Baja tasa de errores (10-8 a 10-11)

• Red privada (no pública)

Redes localesCaracterísticas

Redes localesCriterios de clasificación

• Topología

• Medio físico

• Tecnología de transmisión

• Protocolo de acceso al medio

Topologías

Topologías

Estrella Anillo

ÁrbolBus

CABLEADO EN ESTRELLA

BUS Concentrador decableado

Concentrador decableado

Bus cableado en estrella

Anillo cableado en estrella

CABLEADO EN ESTRELLA

VENTAJAS

l Facilidad de precableado de edificios en construcción l Facilidad de instalación en edificios construidos l Facilidad de expansión l Facilidad de mantenimiento

INCONVENIENTES

l Mayor longitud de cables (mayor coste) l Mayor congestión de cables

Medios físicos

• Par trenzado

• Cable coaxial

• Fibra óptica

• Radio

• Microondas

• Satélite

Guiados No Guiados

PAR TRENZADO

l Descripción física - Par de cables aislados y trenzados (arrollados en espiral) - Cables de cobre o de cobre y acero (para mayor rigidez mecánica) - Frecuentemente agrupados en cables multipares ( de 4 a 3000 pares)

l Características típicas de transmisión - Repetidores cada 2 a 10 Km. - Ancho de banda: 1-100 Mhz. - Velocidad de transmisión: 10-100 Mbps

PAR TRENZADO

l Conectividad - Punto a punto (mas usual) - Multipunto (pocas estaciones)

l Inmunidad al ruido - Sensible al ruido electromagnético - Presenta problemas de diafonía - Se puede proteger usando una malla externa - El trenzado reduce la interferencia de baja frecuencia

l Coste - Es el medio mas barato en coste por metro

• Uso de pantallas– Sin apantallar (UTP: Unshielded Twisted Pair). Más fácil

de instalar y mantener.– Apantallado (STP: Shielded Twisted Pair). Mejores

características eléctricas: mayor velocidad.

• Tipo de cables UTP

PAR TRENZADO

UTP-3 UTP-5

Uso Telefoníaconvencional

Cableado de edificios(alta calidad)

Paso detrenza

7-10 cm. 0’5-1 cm.

Velocidadmáxima

16 Mbps. 100 Mbps.

CABLE COAXIAL

l Descripción física

- Conductor interior rodeado coaxialmente, pero aislado, por otro conductor exterior. El conjunto se aísla del entorno mediante un dieléctrico

l Características típicas de transmisión

- Repetidores cada 1 a 10 Kmts. - Ancho de banda: 400-1000 MHz. - Velocidad de transmisión: 500 Mbps.

CABLE COAXIAL

- Conectividad

- Punto a punto y multipunto - Numero de repetidores para: l Coaxial de 50 ohm. en banda base: cientos l Coaxial de 75 ohm. en banda base: decenas l Coaxial de 75 ohm. en banda ancha: Miles

- Inmunidad al ruido

Mejor que la del par trenzado para altas frecuencias

- Coste

Intermedio entre el par trenzado y la fibra óptica

FIBRA ÓPTICA

l Descripción física

- Núcleo (fibra muy fina de vidrio o plástico) capaz de conducir la luz

- Revestimiento (vidrio o plástico de propiedades ópticas diferentes a las del núcleo)

- Cubierta (funda protectora de plástico)

FIBRA ÓPTICA

l Características de la transmisión

- Transmisión de un rayo de luz portador de una señal por medio de la reflexión interna en la fibra

- La transmisión de luz se realiza mediante un diodo emisor de luz normal (LED) o de un diodo emisor de luz láser. La longitud de onda de la luz emitida influye en las características de la transmisión

l El LED es mas barato y menos potente l El láser es mas potente y mas caro. l El láser no debe mirarse directamente

- La recepción de la luz y su conversión a energía eléctrica se realiza mediante dispositivos foto- eléctricos tales como el fotodiodo u otros.

FIBRA ÓPTICATipos de fibra

- Multimodo l De salto de índice (índice de refracción) l De índice gradual

- Monomodo Núcleo muy delgado

MultimodoSalto de índice

MultimodoIndice gradual

FIBRA ÓPTICA

Fibra multimodo de salto de índice

Fibra multimodo de índice gradual

Fibra monomodo

Fuente de luz

Ancho debanda

Conexiones

Aplicacionestípicas

Coste

Diámetro delnúcleo (micras)

Diámetro delrevestimiento

Atenuación(dB/Km)

LED o láser

200 MHz/km

Difíciles

Enlace decomputadores

Moderado

50 a 125

125 a 440

6

LED o láser

3 GHz/km

Difíciles

Líneas telef.media dist.

Alto

50 a 125

125 a 440

0’5 a 4

Láser

50 GHz/km

Difíciles

Líneas telf.gran distancia

Muy alto

2 a 8

15 a 60

0.2 a 2

Multimodosalto de índice

Multimodoíndice gradual Monomodo

FIBRA ÓPTICA

FIBRA ÓPTICA

l Otras características de transmisión (valores típicos)

- Repetidores cada 10 a 100 Km. - Ancho de banda: 2 GHz. - Velocidad de transmisión máxima: 2 Gbps

l Inmunidad al ruido

- La transmisión no resulta afectada por interferencias electromagnéticas

l Coste

- Mayor que el del par trenzado y el coaxial en pts/mt - Menor que el del par trenzado y el coaxial en pts/bps

CRITERIOS DE ELECCIÓN DEL MEDIO

l Topología

l Capacidad de transmisión (bps)

l Fiabilidad

l Tipos de información que puede transmitir (datos, voz, TV)

l Condiciones del entorno (ruido, humedad, ...)

l Coste

RESUMEN DEL PAR TRENZADO

l Barato y fácil de manejar

l De menor ancho de banda y velocidad que el coaxial

l Apropiado para redes locales en un solo edificio con trafico moderado de información.

l Ejemplo típico: Oficinas con terminales, PC's y estaciones de trabajo inteligentes, con unos pocos minicomputadores departamentales

RESUMEN DEL COAXIAL

l Más caro que el par trenzado pero de mayor capacidad

l Más difícil manejo que el par (rigidez, peso, conexiones)

l El más apropiado para la mayoría de las redes locales, excepto aquellas en la que abunden terminales no inteligentes, o en las que el tráfico sea intensísimo

l Ejemplo típico: Entidades con elevado numero de minis o mainframes, periféricos comunes de alta velocidad (discos, cintas, ...), etc.

RESUMEN DE LA FIBRA ÓPTICA

l La más cara pero de grandes prestaciones

l Principalmente útil en conexiones punto a punto

l Especialmente apropiada para redes en anillo

l Manipulación muy especializada (derivaciones, conexiones)

l Perdidas de potencias en conexiones

l Apropiada para ser usada como medio de interconexión de gran velocidad de redes de menores prestaciones.

Relaciones topología-medio

Medio

Par trenzado

Coaxial Banda Base

Coaxial Banda Ancha

Fibra óptica

Bus Árbol Anillo EstrellaTopología

TECNOLOGÍAS DE TRANSMISIÓN

Banda base

Señales digitales

Uso total del ancho de banda

Bidireccional

Topología en bus

Distancia: pocos kilómetros

Banda ancha

Señales analógicas (modem)

Posibilidad de multiplexar enfrecuencia datos, voz, vídeo.

Unidireccional

Topología en bus o árbol

Distancia: decenas de km.

TECNOLOGÍAS DE TRANSMISIÓN

Transmite en f1

Recibe en f1

Transmite en f1

Recibe en f2

Transmite enambas direcciones

Convertidor defrecuencia(headend)

Convertidorde frecuencia

pasivo

Banda ancha con doble cable

Banda ancha con division de frecuencia

Banda base

MODELO OSI PARA REDES LOCALES

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

FísicoFísico

LLC

MAC

ENLACE DE DATOS EN REDES LOCALES

Subnivel LLCFunción: Transformar un canalreal en uno virtual libre deerrores

lDetección/corrección erroreslSincronismo de tramalControl de flujolGestión del trafico en línealVirtualización canal contra:

- Alteración de tramas - Perdida de tramas - Duplicación de tramas

Subnivel MACFunción: Control de acceso almedio físico

lGestión del acceso a un mediol compartido

- Multifuente - Multidestino

TÉCNICAS DE MAC

l CONTIENDA

Existe lucha entre los nodos por conseguir el medio

l SELECCION

Se le concede acceso al medio a cada nodo según diversas técnicas

l RESERVA

Cada nodo tiene reservado un "trozo" del medio físico

TECNICAS DE CONTIENDA

l ALOHA

l Testeo de portadora (CSMA) - No persistente (CSMA-NP) - 1 persistente (CSMA-1P) - p persistente (CSMA-pP)

l Testeo de portadora con detección de colisiones (CSMA/CD) - No persistente (CSMA/CD-NP) - 1 persistente (CSMA/CD-1P) - p persistente (CSMA/CD-p)

CSMA: Carrier Sense Multiple Access

CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

ALOHA

ALOHA

l Un nodo transmite siempre que quiere l Puede haber colisiones l Si hay colisiones - Los nodos emisores se dan cuenta - Esperan un tiempo aleatorio - Vuelven a transmitir

ALOHA TROCEADO (SLOTTED ALOHA)

l Existe una señal periodica de sincronismo l Solo se puede transmitir una trama al llegar dicha señal l El resto de cuestiones igual que ALOHA

CSMA

El CSMA añade al ALOHA que:

Antes de transmitir se comprueba si el canal esta libre o no.

El CSMA/CD añade al CSMA que:

En el momento que se detecta una colisión se para la transmisión

TECNICAS DE SELECCIÓN

l Un nodo accede al medio cuando es seleccionado para ello

l No existen colisiones

l La técnica mas usual es el sondeo (polling):

- Lista Un nodo central va "pasando lista" y concediendo permiso a los demás nodos

- Hub-polling Un nodo inicial (el central) le da permiso al siguiente, y este al siguiente y asi sucesiva- mente

- Paso de testigo (token-passing) n En bus: token bus n En anillo: token ring

TECNICAS DE SELECCIÓNPaso de testigo

l En bus (token bus)

Es un "hub-polling" descentralizado

l En anillo (token ring) - No existen mensajes explicitos de un nodo a otro para concesion de permiso - Un testigo (token: patron de bits) pasa de un nodo a otro - Si al recibir el testigo un nodo tiene algo que transmitir n Primero envia el mensaje n Despues envia el testigo

TOKEN BUS

A

B

C

D

R=CT=D

R=BT=A

R=AT=B

R=DT=C

TOKEN RING

A

B

C

D

A

B

C

D

A

B

C

D

Tokenlibre

Tokenlibre

Datos

Datos

lEl transmisor (A) busca un token librelLo cambia por un token ocupado y le

añade los datos

lEl receptor (C) copia los datos

lEl transmisor genera un token libredespués de recibir la cabecerade su anterior mensaje

1)

2)

3)

2)

3)

1)

PROBLEMAS DEL PASO DE TESTIGO

El protocolo de paso de testigo debe resolver:

l La inicialización del anillo lógico l La inclusión de un nuevo nodo l La desconexión del nodo actual l Los errores lógicos

- En bus: n Direcciones duplicadas (dos nodos creen que es su turno) n Anillo lógico roto (ningún nodo cree que es su turno)

- En anillo: n Perdida del testigo n Trama no retirada

CSMA/CD vs. TOKEN BUS

Ventajas

l Algoritmo simplel Uso muy extendidol Buenas prestaciones conl trafico bajo y moderadol Acceso al medio equitativo

l Excelente prestacionesl incluso con trafico elevadol Acceso al medio regulablel Retardos deterministas

Inconvenientes

l Requiere detección colisionesl Tamaño de paquete mínimol Malas prestaciones conl trafico elevadol Retardos no deterministas

l Algoritmo complejol Tecnología emergente

CSMA/CD

TOKEN BUS

BUS EN BANDA BASE

Componentes de una red local en bus en banda base

l Controlador

l Cable del transceptor

l Transceptor

l Cable de 50 ohmios (coaxial)

l Terminadores de 50 ohmios

l Repetidores

BUS EN BANDA BASEEspecificaciones redes IEEE

Parámetro

Velocidad

Long. segmento (max)

Alcance de la red

Nodos por segmento

Dist. nodos (min)

Diámetro del cable

10Base-5

10 Mbps

500 m

2500 m

100

2.5 m

0.4 in

10Base-2

10 Mbps

185 m

1000 m

30

0.5 m

0.25 in

BUS EN BANDA BASEArquitectura Ethernet e implementación típica

Interfaz

estación

Encaps.

datos

Gestión

línea

Codifica y

decodifica

Transmitey

recibe

Controlador Transceptor

Coaxial

Al bus de E/S

Cabletransceptor

Enlace datos

Nivel físico

Niveles sup.

BUS EN BANDA BASEConfiguración típica

Terminador

Repetidor

Controlador

Transceptor

Estrella con pares trenzadosIEEE 10Base-T

HUB

Estrella con pares trenzadosIEEE 10Base-T

HHUB

IHUBIHUB

Estrella con pares trenzadosIEEE 10Base-T

· · ·

···

· · ·

···

Estrella con pares trenzadosIEEE 100Base-T

2 UTP clase 5 2 STP

100Base-TX

2 fibras ópticas

100Base-FX

100Base-X

4 UTP clase 3 o 5

100Base-T4

100Base-T

Estrella conmutadaConmutador (Switch)

HHUB

IHUBIHUB

Conmutador

Estrella conmutadaLAN ATM

155 Mbps

ConmutadorATM

HHUB

IHUBIHUB

Estrella conmutadaLAN ATM

155 Mbps

ConmutadorATM

Conmutadorde acceso

Conmutadorde acceso

Estrella conmutadaLAN ATM

155 Mbps

155 Mbps

622 Mbps622 Mbps

ConmutadorATM

ConmutadorATM

ConmutadorATM

Conmutadorde accesoConmutador

de acceso

Conmutadorde accesoConmutador

de accesoConmutador

de acceso

BUS EN BANDA ANCHA

Componentes de una red local en bus en banda ancha:

l Controlador (incluye modem)

l Cable del acoplador

l Acoplador

l Cable de 75 ohmios (coaxial)

l Terminadores de 75 ohmios

l Amplificador de señal

l Splitter

BUS EN BANDA ANCHA

Ida

Vuelta

Ida

Vuelta

Acoplador CableCable

Splitter

Cable

Cable

Cable

Estacion

BUS EN BANDA ANCHADivisión de frecuencias

Subdivisión

Medio-división

Alta división

Cable dual

5 a 30 MHz

5 a 116 MHz

5 a 174 MHz

40 a 400 MHz

54 a 400 MHz

168 a 400 MHz

232 a 400 MHz

40 a 400 MHz

25 MHz

111 MHz

169 MHz

360 MHz

Formato Banda de ida Banda de vuelta Ancho de banda

BUS EN BANDA ANCHADistribución típica del espectro

0

50

100

150

200

250

300

350

MHz

100 canales 64 Kbps

Canales de TV 2-6

10 canales T1

Canales de TV 7-13

5 canales 5 Mbps

5 circuitos cerrados TV

BUS EN BANDA ANCHATipos de acceso al canal

Modem Modem Modem Modem

F0 F1 F0 F1

Modem Modem Modem Modem

Modem Modem Modem Modem

F0.....FN F0.....FN

F0F0F0F0

DEDICADO

CONMUTADO

MÚLTIPLE

....

....

....

F0 F0.....FN

BANDA BASE versus BANDA ANCHA

Ventajas

Mas barato (no usa modem)Tecnología más simpleFácil de instalar

Alta capacidadTipo de trafico múltipleConfiguraciones mas flexiblesMayor área de coberturaTecnología CATV muy madura

Desventajas

Un solo canalCapacidad limitadaDistancia limitada

Coste del modemComplejidad de instalaciónComplejidad de mantenimientoRetardo de propagación doble

Banda base

Banda ancha

REDES EN ANILLOl El anillo consiste en un cierto numero de repetidores, cada uno de los cuales esta conectado a otros dos por enlaces unidireccionales, formando en conjunto un bucle cerrado

l Los datos son enviados bit a bit alrededor del anillo, de un repetidor al siguiente

l Cada repetidor recibe, regenera y retransmite cada bit

l Las redes en anillo trabajan normalmente en banda base

Estación

Repetidor

REDES EN ANILLOEstados del repetidor

ESTADO DE ESCUCHA l Mira el mensaje l Lo retransmite l Lo pasa a la estación

ESTADO DE TRANSMISIÓN l Envía mensaje l Recibe mensaje - El mismo que envía (reconocimiento automático) - De otras estaciones (lo almacena y retransmite)

ESTADO DE BYPASS l Aisla fallos l Desconecta estaciones no activas l Se realiza mediante relés

A laestación

De laestación

Retardo de 1 bit

A laestación

De laestación

A laestación

De laestación

REDES EN ANILLOVentajas e inconvenientes

VENTAJAS l Enlaces punto a punto - Mayor distancia entre nodos - Posibilidad de usar fibra óptica - Facilidad de diseño y mantenimiento l Facilidad de aislar y solucionar averías l Fácil detección de estaciones con dirección duplicada l Mayores prestaciones con trafico elevado: no colisiones

INCONVENIENTES l Vulnerabilidad de los cables l Vulnerabilidad ante fallos en el repetidor l Difícil localización de averías l Difícil instalación/ampliación l Alteración del sincronismo de los datos l Limitaciones de tamaño por fiabilidad y alteración del sincronismo (varios cientos de estaciones) l Difícil inicialización y tratamiento de errores

REDES EN ANILLOAnillo con cableado en estrella

Estación

Repetidor

REDES EN ANILLO

El concentrador de cableado soluciona o alivia algunos delos inconvenientes de las redes en anillo

l Vulnerabilidad de los cables (ALIVIADO) l Vulnerabilidad ante fallos en el repetidor (ALIVIADO) l Difícil localización de averías (SOLUCIONADO) l Difícil instalación/ampliación (SOLUCIONADO) l Alteración del sincronismo de los datos l Limitaciones de tamaño por fiabilidad y alteración del sincronismo (varios cientos de estaciones) l Difícil inicialización y tratamiento de errores

Los inconvenientes que añade esta solución son:

l Fiabilidad dependiente del concentrador l Mayor longitud de cables

REDES EN ANILLOUso de varios concentradores

lMejora la fiabilidadlDisminuye la longitud de los cables

REDES EN ANILLOUso de varias redes unidas por un puente

Puente

REDES EN ANILLOVentajas e inconvenientes del uso de puentes

VENTAJAS

l Incrementa el numero de estaciones l Mejora las prestaciones (divide el trafico) l Mejora la fiabilidad

INCONVENIENTES

l No existe reconocimiento automático de mensajes l Posible despilfarro si existe mucho trafico entre los anillos conectados al puente

REDES EN ANILLORedes en anillo con varios puentes

Puente 1

Puente 2 Puente 3

REDES CON FIBRA ÓPTICA

VENTAJAS

l Mayor ancho de banda/velocidad l Tamaño reducido l Peso ligero l Menor atenuación l Inmunidad electromagnética l Menor numero de repetidores

INCONVENIENTES

l Mayor coste (en fibra y en equipos) l Mayor dificultad de instalación y manipulación (derivaciones, conexiones, ...)

REDES CON FIBRA ÓPTICAEstrella pasiva

l Varias fibras fundidas juntas

l División equitativa de la potencia de entrada entre cada una de las salidas

l Numero limitado de estaciones/fibras de salida (pocas decenas)

Estrella

pasiva

Estación

Estación

Estación

....

....

.

.

.

REDES CON FIBRA ÓPTICAEstrella activa (FIBERNET II)

Estación

EstaciónEstación

Estación Estación

Estación

Estrella

activa

Detectorcolisiones

LED

LED

LED

Tx

Tx

Tx

Rx opt

Rx opt

Rx opt

Rx

Rx

Rx

ESTRELLA ACTIVA

X R

FIBERNET II: 10 MbpsS/NET: 20 Mbps

REDES CON FIBRA ÓPTICAFDDI y FDDI-II

l FDDI: Fiber Distributed Data Interfacel Norma ANSI X3T9.5l Velocidad: 100 Mbpsl Distancia: 200 Kml Numero de estaciones: 1000l Emisión por LED (seguridad física)l Topología: doble anillo (con o sin cableado en estrella)

REDES CON FIBRA ÓPTICAConfiguración típica con FDDI

Anillo FDDI

REDES CON FIBRA ÓPTICAConexiones en bus

Detectoróptico Decodif. Codif.

Fuentede luz

Fibra

óptica

Fibra

óptica

Nodo

CONEXION ACTIVA

O/E

Receptor

E/O

Transmisor

Fibra óptica

CONEXIÓN PASIVA Nodo

REDES CON FIBRA ÓPTICAConfiguraciones en bus

Conectoractivo

Conectoractivo

Conectoractivo

Doble

fibra

Doble

fibra

Conectorpasivo

Conectorpasivo

Conectorpasivo

Conectorpasivo

Conectorpasivo

Conectorpasivo

Nodo Nodo Nodo

NodoNodoNodo

Nodo Nodo Nodo

Fibra

única

BUSACTIVO

BUSPASIVOLINEAL

BUSPASIVO

EN BUCLE

NORMATIVA IEEE 802 (ISO 8802)

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

FísicoFísico

LLC

MAC

802.2

802.3

CSMA/CD

BUS

802.4

TOKEN

BUS

802.5

TOKEN

RING

802.1

La red de la Universidad

155 Mbps

155 Mbps

Com.ATM

Com.ATM

Com.ATM

CACA

CA

CACA

CA CACA

CA

Rectorado

ReinaMercedes 1

ReinaMercedes 2

INF1 INF2

La red de la Facultad

Com.ATM

CA

R

Com.ATM

CA

R

LANESecretaría

LANEBiblioteca

LANEProfesores

LANEAlumnos

Red ATM

H

H

H

H

H

H

H

H

155 MbpsReinaMercedes 1

ReinaMercedes 2

INF1 INF2

10/100 base T

La red de alumnos

CA H CAH

S S S S

SCortafuegos

Red deprácticas

Com.ATM

Com.ATM

10/100 base T

La red en cifras

• Usuarios– 3000 alumnos,120 profesores,30 administr.

• Máquinas– Total 475

– 1 servidor general (RISC-6000)

– 4 servidores específicos en WS

– 5 servidores específicos en PC