Fundamentos de redes

L.I. Homero González Gamiño

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.

Unidades Temáticas

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

Unidad I. Introducción a las redes de comunicaciones

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.

Componentes de un sistema de comunicación

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.

Modos de transmisión

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.

Modulación

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.

Tipos de medios

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?

Ejercicio

Tema 2:

Dispositivos de comunicación

Unidad I. Introducción a las redes de comunicaciones

Son todos aquellos que permiten la comunicación entre computadoras. Entre estos encontramos: el módem, la tarjeta de red y el enrutador (router).

¿Qué son los dispositivos de comunicación?

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.

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).

Dispositivos de comunicación

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 servicios, pudiendo ser en algunos casos bastante inferiores.

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.

El modem

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.

HUB

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.

HUBCONCLUSIONES

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.

HUBCLONCLUSIONES

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.

HUBCONCLUSIONES

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 switch esta 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.

switch

ROUTER O ENCAMINADOR

El enrutador (calco del inglés router), direccionador, ruteador o encaminador es un dispositivo de hardware para 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

ROUTER