Tema 01 - Bases Referenciales de Las Redes

INSTITUTO TECNICO DE CAPACITACION Y PRODUCTIVIDAD - DELEGACION DEPARTAMENTAL DE JALAPA EVENTO: INTEGRADOR DE CABLEADO ESTRUCTURADO MODULO: FUNDAMENTOS DE REDES DE COMPUTADORAS

1 INSTRUCTOR: ING. LUIS OVIDIO MURGA POLANCO (No. COLEGIADO: 10,372)

TEMA 1: BASES REFERENCIALES DE LAS REDES Las redes de computadoras son un fenmeno relativamente reciente que, sin embargo, estn teniendo un desarrollo vertiginoso, paralelo a la evolucin sufrida en este mbito tecnolgico (hardware y software) y, sobre todo, de Internet. Pese a tratarse de una tecnologa compleja, su desarrollo ha buscado siempre la transparencia para el usuario y la facilidad en su integracin, de manera que en la actualidad son pocos los hogares que no disponen de una conexin a Internet y las empresas o centros educativos que no trabajan sobre una red LAN. En este tema vamos a explicar los conceptos ms bsicos sobre los que se sustentan las redes de computadoras, los tipos de redes, aspectos elementales sobre tecnologas de comunicacin y expondremos el modelo terico que sustenta la comunicacin entre equipos.

1.1. ENTORNO DE LAS REDES En general, un entorno de red es el contexto general en el que se encuadran una serie de computadoras conectados en red. Todo esto junto con su configuracin y propiedades de diseo del mismo. En el nivel ms elemental, una red consiste en: dos equipos conectados entre s mediante un cable de forma tal que puedan compartir datos. Todas las redes, no importa lo sofisticadas que sean, parten de este sencillo sistema. Aunque la idea de dos equipos conectados mediante un cable no parece extraordinaria, visto en el tiempo, ha sido el mayor logro en el mundo de las comunicaciones. Existen otras formas un poco ms sofisticadas de conectar equipos entre s, utilizando por ejemplo las lneas telefnicas, microondas y hasta los satlites de comunicacin para este fin.

1.1.1. DEFINICIONES RELACIONADAS En esencia, una red es un conjunto de equipos informticos interconectados entre s. En toda red, hay una parte fsica y otra parte lgica. La parte fsica, est compuesta por todos los elementos materiales (hardware), y los medios de transmisin. La parte lgica (software), son los programas que gobiernan o controlan esa transmisin y la informacin o datos que es transmitida. De este modo, una red de ordenadores puede ser entendida desde dos vertientes distintas:

Conjunto de equipos interconectados con el fin de compartir recursos y transmitir informacin.

Sistema de comunicacin de datos entre equipos distintos. Una red es, en definitiva, como un sistema de dos o ms ordenadores (autnomos) que, mediante una serie de protocolos, dispositivos y medios fsicos de interconexin, son capaces de comunicarse con el fin de compartir datos, hardware y software, proporcionando as acceso a un mayor nmero de recursos con un menor coste econmico y facilitando su administracin y mantenimiento.

1.1.2. EVOLUCIN Las redes han evolucionado desde formas muy simples, diseadas durante el siglo pasado para brindar el servicio telegrfico a redes ms complejas, como son las redes que pueden brindar el servicio telefnico con computacin o a las actuales instalaciones que permiten una importante y ms variada oferta, de servicios de telecomunicaciones. Entre estos ltimos, pueden sealarse aquellos que hacen a la interconexin con la computadora con diferentes fines ocupar un lugar de importancia.



La existencia de las redes de computadores ha facilitado enormemente el trabajo colaborativo y el uso de recursos compartidos, adems de crear mecanismos de comunicacin mucho ms rpidos y eficientes dando origen al concepto de autopista de la informacin. Para los centros docentes supone un gran ahorro de material puesto que permite disponer de perifricos y recursos de hardware ms potentes y con mejores prestaciones. Todo ello realizado de forma transparente para el usuario de la red. El origen y desarrollo de las redes de computadoras est basado en la colaboracin de cientficos de numerosos campos. Las investigaciones y el trabajo tecnolgico se han apoyado en un mundo de ideas creadas por psiclogos, filsofos, economistas, etc. y en la colaboracin de organismos gubernamentales, universidades y empresas.

Tarea # 1: Realice una investigacin, para ampliar un poco ms sobre el origen de las redes de computadoras.

1.1.3. TERMINOLOGIA Qu es una red? Se entiende por red a un conjunto de equipos o computadoras interconectados a travs de uno o varios caminos o medios de transmisin. El principal objetivo de las redes es permitir la comunicacin entre los sistemas entre estos sistemas. Actividad: Escriba una definicin diferente de Redes de Computadoras: Por qu una red? La mayora de las redes locales responden a estas necesidades, ms o menos de la misma manera. Un grupo de microcomputadores individuales, denominados estaciones de trabajo, estn enlazados directa o indirectamente a un microcomputador especial denominado servidor de archivos. El disco duro del servidor de archivos es la localidad central a partir de la cual puede tenerse acceso a los recursos de software, tales como archivos de programas y archivos de datos. Los recursos de hardware, tales como impresoras y subsistemas de discos, estn conectados directamente al servidor de archivos. El software de la red, el cual reside en el disco duro del servidor de archivos, supervisa y administra la operacin de la red, incluyendo la comparticin de recursos y las comunicaciones entre los microcomputadores presentes en la red.

1.2. TIPOS DE REDES Considerando las distancias existentes entre los sistemas, la tecnologa para redes se clasifica de acuerdo al rea de cobertura para la que fueron diseadas.

1.2.1. LAN (LOCAL AREA NETWORK RED DE REA LOCAL) Son redes privadas con un medio fsico de comunicacin propio. Se consideran restringidas a un rea geogrfica determinada: centro docente, empresa, etc. Aunque puedan extenderse en varios edificios empleando distintos mecanismos y medios de interconexin. En las redes de rea local, la longitud mxima de los cables, que unen los diferentes ordenadores, puede ir desde 100 metros, con cable de par trenzado, hasta algunos kilmetros en segmentos unidos por fibra ptica. La velocidad de transmisin tpica va desde los 10 Megabit/s hasta 1 Gigabit/s en la actualidad. Su utilidad primordial radica en el hecho de poder enlazar microcomputadoras originalmente aislados, permitiendo a las personas que los utilizan establecer un nivel de comunicacin y compartir recursos.



1.2.2. MAN (METROPOLITAN AREA NETWORK RED DE REA METROPOPLITANA) Este tipo de redes es similar en su estructura y funcionamiento a las LAN, si bien ocupan una mayor extensin geogrfica y pueden ser pblicas o privadas. Disponen de una serie de estndares especficos que las diferencian de las redes LAN y WAN. Uno de estos estndares es conocido como DQDB (Bus Dual de Cola Distribuida) y est adaptado a las caractersticas de las redes MAN, que no necesitan elementos de conmutacin y dirigen la informacin empleando dos cables unidireccionales, es decir, un bus doble en el que cada uno de los cables opera en direcciones opuestas. En este tipo de redes no se pueden producir colisiones ya que no es un medio Ethernet, sino que se procuran mtodos para el control de acceso al medio, los generadores de tramas emiten de forma regular una estructura de trama que permite la sincronizacin de los equipos a la hora de transmitir, ya que podrn acceder al medio cuando un contador interno (sincronizado por la trama enviada por el generador) se ponga a cero. Cada nodo recibe la informacin por un bus de los nodos posteriores y enva por el otro, de manera que puede estar emitiendo y recibiendo informacin de forma simultnea.

1.2.3. WAN (WIDE AREA NETWORK RED DE REA EXTENSA) Consisten en ordenadores y redes de rea local y metropolitana, unidas a travs de grandes distancias, conectando equipos y redes a escala nacional o internacional. La comunicacin se consigue mediante Routers (encaminadores) y en algunos casos Gateways (llamados tambin convertidores de protocolos o pasarelas). Sus caractersticas son:

Velocidades de transmisin lentas comparadas con redes de rea local.

Alta tasa de errores, necesitando sistemas de deteccin y recuperacin de errores.

Posibilidad de reconfiguracin de las redes debido a su menor fiabilidad.

Tcnicas de almacenamiento y reenvo (Store and Fordward) en los nodos de comunicacin. Estn compuestas por un conjunto de nodos interconectados donde los datos son encaminados a travs de los mismos desde un emisor hasta el receptor. La comunicacin entre los nodos se puede establecer mediante tres sistemas de conmutacin:

Conmutacin de circuitos.

Conmutacin de mensajes.

Conmutacin de paquetes.

Tarea # 2: Realice una investigacin, sobre los 3 sistemas de conmutacin empleados en la comunicacin de las redes WAN.

Tarea # 3: Bsicamente hay 2 tipos de tecnologas de transmisin: redes Broadcast o de difusin y redes punto a punto. Investigue sobre estas dos tecnologas, e indique las diferencias entre ambas.



1.3. TOPOLOGAS DE REDES Cuando hablamos de topologa nos referimos a la estructura que posee la red. Sin embargo, esa estructura puede ser fsica o lgica.

Entendemos, por topologa fsica, la distribucin fsica del cableado y los elementos fsicos, y su forma de interconexin.

Entendemos, por topologa lgica, la forma de circulacin y la regulacin de la informacin. Adems del cable, que es el medio fsico tradicional de transmisin de datos, tambin puede conseguirse la comunicacin, por radio, infrarrojos o microondas, son las comunicaciones inalmbricas. Si nos referimos a las redes locales cuyo medio de transmisin sea el cable, las topologas fsicas tpicas son:

En bus

De anillo

En estrella

En rbol

En malla

De red celular. El tipo de topologa influye en:

El costo de la red.

El rendimiento.

La fiabilidad.

La complejidad del software.

La facilidad/dificultad para las modificaciones. Cualquier aplicacin: correo, almacn, nminas, etc. puede funcionar en una red con cualquier tipo de topologa. La eleccin de un tipo de topologa, depende de una valoracin de los factores anteriores.

1.3.1. RED EN BUS Tambin llamada de Canal de distribucin. Todos los dispositivos estn unidos a un cable continuo, a travs de interfaces fsicas, llamadas tomas de conexin, como un bus lineal, de ah su nombre. Hay terminales (impedancias) a cada extremo del bus para que las seales no se reflejen y vuelvan al bus. El cable puede ir por el piso, techo, etc., pero siempre ser un segmento continuo. Los ordenadores se unen al cable mediante unos transceptores, que pueden estar integrados en la propia tarjeta adaptadora de red.



Caractersticas:

Los mensajes circulan en ambas direcciones.

No hay ningn nodo central que controle la red.

La informacin se transmite por todo el bus. Por ello, todos los nodos del bus pueden escuchar las seales (mensajes Broadcast). Para evitar que varias estaciones accedan a la vez al canal o bus, con las consiguientes interferencias, se usan protocolos de acceso al bus y deteccin de colisiones.

Ventajas:

Su sencillez y bajo coste. Slo se tiene que instalar un cable y los adaptadores-transceptores. Es sencillo aadir nuevos nodos.

Este tipo de redes puede segmentarse mediante repetidores, aumentando su seguridad, independizando cada segmento y ampliando su longitud y nmero de nodos en la red, si bien tiene la limitacin de la atenuacin de la seal.

El software de comunicaciones no necesita incluir algoritmos de Routing. Desventajas:

La rotura del cable principal dejara sin servicio a todos los dispositivos de la red.

Tpicas redes de este tipo son las primeras Ethernet; los otros dos son Thicknet (red gruesa, con cable coaxial 10Base5) y Thinnet (red delgada, utiliza 10Base2).

Tarea # 4: Realice una investigacin para ampliar ms sobre los tipos de redes: Ethernet, Thicknet y Thinnet.

1.3.2. RED EN ANILLO Caractersticas:

La transmisin de informacin es por conmutacin de paquetes. Circula en una sola direccin.

Cada nodo transmite o recibe un paquete.

Cualquier nodo puede recibir el paquete que circula por el anillo, si es para l, se lo queda, si no, lo pasa al siguiente.

No hay principio ni final.

No hay ningn nodo central que controle la red.

Aunque elctricamente la seal realice un bucle, recorriendo una por una todos los ordenadores de la red, en muchas implementaciones, su topologa, es en estrella, pasando por un nico punto centralizado antes de ir a la mquina siguiente en el anillo, lo cual permite una ms fcil administracin y resolucin de incidencias de la red, en caso de necesitar introducir un nuevo nodo o aislarlo.



Ventajas:

Localizacin de errores fcil.

El software es sencillo, no necesita altos ritmos de encaminamiento o Routing. Desventajas:

El fallo de un enlace provoca el fallo de todo el anillo.

Difcil adicin de nodos.

El repetidor de cada nodo ralentiza la velocidad de transmisin.

Instalacin de cableado compleja. Redes de este tipo son Token Ring (Norma 802.5), que utiliza par trenzado como cable y FDDI (Fiber Distributed Data Interface) sobre fibra ptica. Una topologa que derivara de esta es la de anillo doble: Son dos anillos concntricos, donde cada mquina est conectada a ambos anillos, aunque stos no lo estn directamente entre s. El segundo anillo al conectar los mismos dispositivos incrementa la confiabilidad y flexibilidad de la red.

Tarea # 5: Investigar sobre Token Ring (Norma 802.5)

1.3.3. RED EN ESTRELLA Este tipo de redes, est formado por un nodo central concentrador o hub al cual estn conectadas todas las ordenadores de la red. El nodo central puede tener dos formas de funcionamiento:

1. Como mero repetidor de las tramas que le llegan (cuando le llega una trama de cualquier estacin, la retransmite a todas las dems), en este caso, la red funciona de forma parecida a un bus.

2. Otra forma es repetir las tramas solamente al destino (usando la identificacin de cada estacin y los datos de destino que contiene la trama).

Dependiendo del dispositivo de interconexin una red en estrella puede ser ms o menos eficaz. Si est unida mediante un Concentrador, no se produce la conmutacin de circuitos y se producen colisiones con ms facilidad. Si empleamos un Switch, para cada conexin este dispositivo crea un nico circuito, evita colisiones y aumenta el ancho de banda.



Caractersticas: Cuando el nodo central est formado por un Switch, se realizan dos funciones bsicas: proceso de datos y conmutacin de lneas o mensajes. La transmisin ser por conmutacin de circuitos. El nodo central activa y desactiva la lnea con el nodo que debe enviar/recibir la informacin. Ventajas:

Fcil administracin.

Sencillo aadir/desconectar nuevos nodos. Desventajas:

Si se avera el nodo central, no funciona la red.

Hay que instalar una lnea para cada nodo.

La entrada/salida del nodo central puede convertirse en un cuello de botella. Redes de este tipo son: 10Base-T, FastEthernet y GigaBit Ethernet; sobre cables de par trenzado. Un caso especial de este tipo de red es la red en estrella jerrquica que se produce al unir los nodos centrales de varias redes en estrella, pasando por un nico nodo principal central. Los sistemas estructurados de cableado tienen una unin fsica de este tipo.

1.3.4. RED EN ARBOL Es un conjunto de redes formando ramas como en un rbol. Las ramas de la red parten de un nodo principal, los dems nodos se pueden ramificar a su vez formando un rbol. Cada rama puede considerarse una red en bus. Suele usarse en sistemas de control, puesto que refleja la jerarqua de los diferentes niveles de control. Caractersticas: Las mismas que la topologa en bus. Desventajas: Un fallo puede aislar una rama de la red.



1.3.5. RED EN MALLA Los nodos de la red tienden a conectarse con el resto, de la manera ms corta posible, si es de malla completa, tambin las hay incompletas, es el caso de las redes de rea extensa que utilizan mtodos de telecomunicacin como ATM (Asynchronous Transfer Mode).

Tarea # 6: Investigar sobre ATM (Asynhcronous Transfer Mode), para ampliar ms este concepto.

Caractersticas: Esta topologa permite que la informacin circule por varias rutas alternativas. Ventajas: Si algn enlace deja de funcionar, la informacin puede ir por otro camino. Desventajas: Es cara y compleja.

1.3.6. RED CELULAR La red est compuesta por reas circulares o hexagonales, llamadas celdas, cada una de las cuales tiene un nodo en el centro. Es la topologa usada por las redes inalmbricas. Caractersticas: En esta tecnologa no existen enlaces fsicos, funciona por medio de ondas electromagnticas (radio, infrarrojos, microondas, etc.) Ventajas: Eliminacin de los cables. Desventajas:

Problemas tpicos de las seales electromagnticas.

Problemas de seguridad.



1.4. ESTANDARIZACION EN REDES INFORMTICAS La estandarizacin evita las arquitecturas cerradas, los monopolios y los esquemas propietarios. Cuando compramos equipos de telecomunicaciones con estndares propietarios no est garantizado que vayan a comunicarse con los dems equipos de la red. Tenemos que comprar el mismo dispositivo de la misma marca y la mayora de las veces hasta del mismo modelo, para que exista comunicacin de extremo a extremo. Los estndares son la esencia de la interconexin de redes de comunicaciones, de muchas maneras, ellos son la interconexin. As mismo, los estndares son la base de los productos y tpicamente son los que marcan la diferencia entre la comunicacin y la incompatibilidad. Con el propsito de buscar una estructura y un mtodo de funcionamiento que permitieran conocer los problemas planteados por las nuevas tecnologas de comunicacin, as como tambin las demandas de los usuarios, en 1865 se fund la Unin Internacional de Telegrafa (ITU, por sus siglas en ingls). La ITU fue la primera organizacin intergubernamental e internacional que se cre. Sin lugar a duda, la ITU fue el primer esfuerzo para estandarizar las comunicaciones en varios pases. QU ES UN ESTNDAR? Un estndar, tal como lo define la ISO "son acuerdos documentados que contienen especificaciones tcnicas u otros criterios precisos para ser usados consistentemente como reglas, guas o definiciones de caractersticas para asegurar que los materiales, productos, procesos y servicios cumplan con su propsito". Por lo tanto un estndar de telecomunicaciones "es un conjunto de normas y recomendaciones tcnicas que regulan la transmisin en los sistemas de comunicaciones". Queda bien claro que los estndares debern estar documentados, es decir escritos en papel, con objeto que sean difundidos y captados de igual manera por las entidades o personas que los vayan a utilizar.

1.4.1. OBJETIVOS PRINCIPALES DE LA ESTANDARIZACION El objetivo de la estandarizacin de la NCPI es eliminar las ineficiencias y la complejidad que suele dar lugar a errores de la estructuracin inicial y singular, para administrar con transparencia la actividad cotidiana de la infraestructura fsica informtica y conferirle la cualidad distintiva esperada de toda infraestructura: QUE SIRVA. La estandarizacin de las redes es muy importante, para la compatibilidad entre recursos de red, ayudando a la escalabilidad de esta sin mucha dificultad. La estandarizacin de las redes es una forma de universalizar las redes para que entre todas estas hablen un mismo idioma y se puedan entender, sin tomar en cuenta su fabricante. La caracterstica que result ser efectiva a lo largo del tiempo y que hace que la infraestructura sea eficaz, confiable y predecible, y no resulte problemtica es el opuesto de la singularidad, es su estandarizacin.

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