Fundamentos de redes 2012
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ING. JHOVANNY FLORES MAYORGA
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ING. JHOVANNY FLORES MAYORGA
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:
1. ¿Dónde comienza un mensaje?
2. ¿Cuáles son los tres elementos que tienen en común los diversos métodos de comunicación?
3. ¿Cómo se le denomina a la división del stream de datos en partes más pequeñas?
4. ¿Cuáles son los dos beneficios que tiene la segmentación de mensajes?
5. ¿Cuál es la desventaja de utilizar segmentación y multiplexación para transmitir mensajes a través de la
red?
6. ¿Son los elementos físicos o hardware de la red?
7. ¿son los programas de comunicación, llamados software, que se ejecutan en los dispositivos conectados
a la red?
8. ¿Cuáles son los dispositivos de red con los que la gente está más familiarizada?
9. Menciona algunos ejemplos de dispositivos finales:
10. ¿Cuál es la función de los dispositivos intermediarios en una red?
11. Menciona los ejemplos de dispositivos de red intermediarios:
12. ¿Qué funciones realizan los procesos que se ejecutan en los dispositivos de red intermediarios?
13. ¿Qué son los medios de red?
14. ¿ 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?
Tema 2:
Dispositivos de comunicación
Unidad I. Introducción a las redes de comunicaciones
¿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
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.
HUBCONCLUSIONES
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.
HUBCONCLUSIONES
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.
HUBCLONCLUSIONES
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.
HUBCONCLUSIONES
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 switchesta 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 hardwarepara 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 (TokenRing).
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 tokeneléctrico 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.
