conceptos básicos de redes

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FACULTAD DE INGENIERIAS Y AFINESM
INTERCONECTIVIDAD I
CONCEPTOS BÁSICOS DE REDES
Contenido
OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 2
OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................... 2
Objetivos Específicos .................................................................................................................. 2
ELEMENTOS DE UNA RED ............................................................................................................... 3
ELEMENTOS DE UNA COMUNICACIÓN ....................................................................................... 3
COMPONENTES DE LA RED ......................................................................................................... 4
GRAFICOS DE RED ...................................................................................................................... 5
ARQUITECTURA DE REDES .......................................................................................................... 6
ESTÁNDARES DE RED ..................................................................................................................... 7
ESTANDARES IEEE ...................................................................................................................... 8
ANCHO DE BANDA ....................................................................................................................... 10
ANCHO DE BANDA DIGITAL ...................................................................................................... 11
ANCHO DE BANDA ANALÓGICO................................................................................................ 12
MODELOS DE RED ........................................................................................................................ 13
MODELO OSI ............................................................................................................................ 13
MODELO TCP/IP ....................................................................................................................... 15
CLASIFICACIÓN DE LAS REDES ...................................................................................................... 16
REDES SEGÚN SU COBERTURA ................................................................................................. 16
REDES SEGÚN TOPOLOGÍA ....................................................................................................... 18
POR TIPO DE TRANSMISIÓN ..................................................................................................... 20
POR NIVEL DE ACCESO DE LOS USUARIOS ................................................................................ 21
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
En el presente capitulo se presentan los conceptos y tecnologías básicas de red, que
permitirán comprender las conexiones y configuraciones necesarias para que un
computador pueda comunicarse con otro y a internet.
Objetivos Específicos
� Definir y describir las características básicas de una LAN, WAN, MAN, SAN.
� Identificar los dispositivos utilizados en una red de computadores.
� Definir las diferentes topologías físicas y lógicas
� Explicar por qué se utilizan modelos divididos en capas para describir la
comunicación de datos.
� Comprender la función de los protocolos en una red.
� Explicar la importancia del ancho de banda en las redes de comunicaciones.
� Identificar los requisitos para la conexión a internet
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ELEMENTOS DE UNA RED
ELEMENTOS DE UNA COMUNICACIÓN
Los elementos que deben considerarse para que sea posible un proceso de comunicación
son: emisor, receptor, canal, código y mensaje.
• Emisor – Origen del mensaje (personas y/o dispositivos)
• Destino – Receptor del mensaje (personas y/o dispositivos)
• Canal – Medios por los que el mensaje viaja
• Código – Lenguaje utilizado para formar el mensaje
• Mensaje – Elemento a transmitir
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COMPONENTES DE LA RED
Los elementos que se pueden reconocer en cualquier red son los dispositivos, medios,
los mensajes y las reglas.
Entre los dispositivos de red se diferencian los dispositivos finales e intermedios. Los
dispositivos finales son la fuente y el destino de los mensajes. Como dispositivos finales se
tienen por ejemplo computadores (de escritorio, portátiles y servidores), impresoras de
red, teléfonos IP, cámaras de video, dispositivos móviles entre otros.
En la terminología de redes a un dispositivo final se le denomina HOST.
Los dispositivos intermedios de red son los encargados de recibir y retransmitir los
mensajes hasta que alcancen su destino. Entre estos están los dispositivos que dan acceso
a la red a los host, como lo son los switches, hubs, puntos de acceso inalámbrico,
dispositivos de interconexión de redes como los routers, dispositivos de seguridad como
firewalls y servidores proxy, módems, entre otros.
Los medios de red son los encargados de llevar los mensajes entre los diferentes
dispositivos de red. Estos medios pueden ser de cobre, de fibra o inalámbricos.
Entre los medios de cobre se reconocen el par trenzado no blindado (UTP), par trenzado
blindado (STP), par trenzado apantallado (FTP) y el cable coaxial. La fibra óptica existe en
dos tipos, fibra óptica monomodo y multimodo.
El espacio libre como canal de comunicaciones es posible gracias a las ondas
electromagnéticas. Para redes inalámbricas locales esta el estándar IEEE 802.11, para
redes inalámbricas de área personal (Blutooth) esta la especificación IEEE 802.
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Los formatos de los mensajes y las reglas que gobiernan el intercambio de estos en una
red están determinados por el tipo de servicio o aplicación a utilizar. Por ejemplo para el
acceso a paginas web, el formato de los mensajes esta determinado por el protocolo http,
para correo electrónico los protocolos involucrados son el SMTP y POP entre otros.
GRAFICOS DE RED
En redes es común el uso de representaciones gráficas. A continuación se muestran los
símbolos más comunes para representar los diferentes dispositivos y medios utilizados en
redes.
Switch: Dispositivo utilizado para concentrar las conexiones en una red LAN. El dispositivo
recibe la señal y la retransmite solo por el puerto o puertos requeridos evitando de esta
manera colisiones.
Hub: Concentra conexiones en una red LAN. Es un dispositivo repetidor multipuerto. La
señal recibida es retransmitida por los demás puertos. Es susceptible a colisiones.
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Router: Responsable del enrutamiento de los mensajes. Para esto el router cuenta con
una tabla de enrutamiento donde tiene las rutas disponibles.
Nube: Se utiliza para resumir un grupo de dispositivos de red, sus detalles pueden no ser
importantes en determinado análisis. Normalmente se utiliza para representar Internet o
una red WAN.
Medio WAN: Enlace serial para interconexión de redes WAN (Red de área extensa), o la
interconexión de una red LAN con una WAN. También se representan de esta manera
interconexiones entre routers por interfaces seriales.
Medio LAN: Utilizado para representar la interconexión de dispositivos de red en una red
LAN.
ARQUITECTURA DE REDES
Las características a las que debe responder una red moderna son la tolerancia a fallos, la
escalabilidad de la red, garantizar calidad de servicio (QoS) a los usuarios y por supuesto
seguridad a la información.
Tolerancia a fallas – Busca limitar el impacto de las fallas a nivel de software o hardware
al usuario final y rápida recuperación ante fallos. Esto se logra con diseños de red
redundantes, de tal forma que si un enlace se cae exista otro de respaldo. Para redes que
suministran servicios a nivel WAN, es recomendable por ejemplo contar con un enlace
redúndate para el acceso a internet.
Escalabilidad – Las redes deben permitir expansión rápida a nuevos usuarios y servicios.
La expansión fácil a nuevos usuarios se logra mediante un diseño de red donde se
proyecte el crecimiento de la empresa. Estimando los usuarios que se vincularan a la red
en el futuro, se puede dejar por ejemplo puertos de conexión disponibles.
Calidad del servicio (QoS) – Capacidad para soportar diferentes servicios. En este caso la
red debe configurarse de tal forma que se segmente por servicios a prestar. Por ejemplo
si se maneja telefonía IP, se debe considerar una VLAN para este servicio.
Seguridad – Protección de la información confidencial y crítica para las empresas y
personas. Garantizar integridad de los datos y acceso no autorizado a recursos de red.
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ESTÁNDARES DE RED
Dado que las redes de comunicación deben permitir la interconexión de una amplia gama
de dispositivos sin importar fabricante o tipo se software, para que el intercambio de
información sea posible se requiere el establecimiento de una serie de estándares.
Entre las organizaciones encargadas de la elaboración de estándares están:
ISO International Standards Organization (Organización Internacional de Normas). ISO
definió un modelo de referencia como estándar para posibilitar las comunicaciones
electrónicas a nivel global, conocido como el modelo OSI (Interconexión de Sistemas
Abiertos).
IEEE (Instituto de ingenieros electrónicos y eléctricos). Este organismo es encargado de
fijar los estándares para los elementos físicos de una red, cables, conectores e interfaces.
Otras organizaciones encargadas de la estandarización en telecomunicaciones:
– ANSI: Instituto Nacional Americano de Normalización
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– EIA : Asociación de Industrias Electrónicas
– TIA : Asociación de Industrias Telecomunicaciones
– UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones
ESTANDARES IEEE
El comité que se ocupa de los estándares para redes a nivel mundial es de la IEEE en su
división 802, entre los estándares definidos por este organismo se encuentran los
siguientes:
IEEE 802.3:
Estándar para redes Ethernet, tecnología de redes de área local (LAN) que
transmite información entre computadores a una velocidad de 10 Mbps
(Ethernet), 100 Mbps (FastEthernet), 1000 Mbps (GigabitEthernet), 10000
Mbps (10 GigabitEthernet) y en desarrollo (100 GigabitEthernet).
IEEE 802.5:
Estándar para redes Token Ring
IEEE 802.11: Estándar para redes LAN inalámbricas mas conocidas como Wi­Fi (Wireless
Fidelity), capaz de unir computadores en forma inalámbrica (a través de
ondas de radio).
IEEE 802.15: Estándar para redes de área personal inalámbricas WPAN conocido como
Bluetooth
IEEE 802.16: Estándar internacional para comunicaciones inalámbricas que sirve para
ofrecer servicios de telecomunicaciones conocido como WIMAX, acrónimo
de Worldwide Interoperability for Microwave Access (Interoperabilidad
Mundial para Acceso por Microondas)
Dentro las especificaciones para nivel físico en las redes Ethernet están:
10Base5: Especificaciones para una red tipo bus con cable coaxial grueso, en banda base,
para transmitir a 10 Mbps a una distancia máxima de 500m.
10Base2: Especificaciones para una red tipo bus con cable coaxial delgado RG58, en banda
base, para transmitir a 10 Mbps a una distancia de 200m.
10BaseT: Reemplazo el cable coaxial por cable UTP, para comunicaciones en banda base a
una velocidad de 10Mbps en distancias de hasta 100m.
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100BaseTX: Incremento la tasa de bit a 100Mbps, sobre cable UTP categoría 5.
1000BaseT: Aumenta la velocidad a 1000Mbps sobre cable UTP categoría 5e. Permite
interoperabilidad con redes 10BaseT y 100BaseTX.
1000BaseSX/LX: Transferencia de datos a 1Gbps sobre fibra óptica. Es una de las
tecnologías para backbone mas utilizadas.
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ANCHO DE BANDA
El ancho de banda esta directamente relacionado con la capacidad del canal para
transmitir información por unidad de tiempo. El ancho de banda esta condicionado por el
medio de transmisión y por los dispositivos de interconexión que conforman la red.
Se puede hacer una analogía entre el ancho de banda y el diámetro de una tubería. En
una red de datos un mayor ancho de banda implica una mayor capacidad para transportar
datos, al igual que un diámetro mayor en un tubo permite un mayor flujo de agua por
unidad de tiempo.
Una red de carreteras en cualquier ciudad se asemeja a una red de datos, siendo los
paquetes de datos el análogo a los vehículos y el ancho de banda el análogo a los carriles.
Las autopistas principales de la ciudad tienen varios carriles que disminuyen cuando se
convierten en vías de barrio hasta el camino que lleva a la entrada de la casa. Cuando en
las vías se encuentran pocos vehículos, estos pueden moverse rápidamente. Sin embargo
a medida que aumenta el tráfico se generan congestiones que hacen mas lento el transito
por la red.
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ANCHO DE BANDA DIGITAL
En los sistemas digitales la unidad básica para medir el ancho de banda son los bits por
segundo (bps). Sin embargo la tasa de datos que fluye por una red en bits por segundo es
variable. El ancho de banda entonces corresponde con la capacidad máxima de un canal
de transmitir datos medida en bits por segundo (bps). Aunque el ancho de banda se mide
en bps, en la práctica los anchos de banda se mide en miles de bits por segundo, millones
de bits por segundo y miles de millones de bits por segundo.
Unidades de ancho de banda
Unidad de ancho de banda
Bits por segundo
Kilo bits por segundo
Mega bits por segundo
Giga bits por segundo
Prefijo
bps
Kbps
Mbps
Gbps
Equivalencia
1bps = un bit por segundo
1Kbps = 1 000 bits por segundo
1Mbps = 1 000 000 bits por segundo
1Gbps = 1 000 000 000 bits por segundo
Algunos anchos de banda digitales típicos:
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– Ancho de banda línea telefónica – datos (56Kbps)
– Ancho de banda conexión internet – ADSL (2Mbps)
– Ancho de banda red LAN – (100 a 1000Mbps)
ANCHO DE BANDA ANALÓGICO
En sistemas analógicos el ancho de banda se mide en Hz (hertz) y corresponde con el
rango de frecuencias que pueden viajar por el canal. Conocido el rango de frecuencias
que viajan por el canal el ancho de banda se calcula como la frecuencia máxima menos la
frecuencia mínima (Bw = Fmax – Fmin).
Algunos anchos de banda analógicos típicos:
–
–
–
–
Ancho de banda línea telefónica ­ voz (4KHz)
Ancho de banda de una emisora AM (10KHz)
Ancho de banda de una emisora FM (200KHz)
Ancho de banda de un canal de TV (6MHz)
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MODELOS DE RED
Para facilitar la comprensión del complejo funcionamiento de las redes es conveniente
utilizar como referencia los modelos en base a capas. Un modelo en capas muestra el
funcionamiento de los protocolos que se produce dentro de cada capa, así como la
interacción de esta con las capas adyacentes.
La separación de las funciones de red en capas proporciona las siguientes ventajas:
Divide la comunicación de red en partes mas pequeñas y sencillas
Permite el desarrollo y soporte por parte de múltiples fabricantes
Permite que diferentes tipos de hardware y software se comuniquen entre si
Impide que los cambios en una capa afecten a las otras, permitiendo desarrollos
por separado y por lo tanto mas rápidos
– Segmenta el complejo mundo de las comunicaciones en partes más pequeñas para
hacer más fácil su comprensión y entendimiento.
–
–
–
–
Los modelos de red existentes se pueden clasificar en dos grupos básicos: modelos de
protocolo y modelos de referencia.
MODELOS DE PROTOCOLO
Un modelo de protocolo consiste en un conjunto jerárquico de protocolos relacionados
que representa toda la funcionalidad requerida para la transferencia de datos a través de
la red. El modelo TCP/IP es un modelo de protocolo porque describe las funciones que se
producen en cada capa de los protocolos dentro del conjunto TCP/IP.
MODELOS DE REFERENCIA
Un modelo de referencia proporciona una referencia común para mantener consistencia
en todos los tipos de protocolos y servicios de red. El propósito principal de un modelo de
referencia es asistir en la comprensión más clara de las funciones y los procesos
involucrados más que entrar en los detalles de las especificaciones técnicas requeridas por
cada capa. El modelo de referencia para las redes de comunicaciones es el modelo OSI
(Interconexión de Sistemas Abiertos.
MODELO OSI - INTERCONEXIÓN DE SISTEMAS ABIERTOS
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Las primeras redes se implementaron en los años 80 siguiendo desarrollos propietarios
(patentados) como DECnet, SNA (Systems Network Arquitecture) y TCP/IP. Estas primeras
redes tenían el inconveniente de no poderse comunicar entre si. Para solucionar este
problema de incompatibilidad, la Organización Internacional de Normalización ISO,
investigo los esquemas de red existentes y creo el modelo de red OSI, modelo que podría
ayudar a los fabricantes a crear redes que fueran compatibles y que se pudieran
comunicar entre si.
El modelo OSI (Open System Interconnection, interconexión de sistemas abiertos),
consiste en un modelo de siete capas numeradas, donde se definen las funciones de red
que suceden en cada una de ellas, tal como se muestra en el siguiente grafico.
MODELO OSI
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MODELO TCP/IP
Fue el primer modelo de protocolo en capas para comunicaciones de red. Fue
desarrollado en la década de los 60 por el departamento de defensa de los EE.UU (DoD),
con el objetivo de crear una red de comunicaciones que funcionara incluso en condiciones
de guerra.
Aunque el modelo OSI es universalmente reconocido, el estándar histórica y técnicamente
reconocido para Internet es el modelo TCP/IP (Protocolo de Control de Transferencia /
Protocolo de Internet).
El modelo TCP/IP consiste en cuatro capas como se muestra a continuación.
MODELO TCP/IP
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CLASIFICACIÓN DE LAS REDES
REDES SEGÚN SU COBERTURA
·
LAN (Redes de área local)
Las redes de área local están diseñadas para interconectan dispositivos en un área
geográfica pequeña como por ejemplo dentro de una oficina, empresa o universidad.
Las LAN permiten a las empresas compartir archivos, impresora, acceder a aplicativos
institucionales, comunicaciones internas entre otras.
Las redes LAN están diseñadas para lo siguiente:
o Operar en áreas geográficas limitadas.
o Permitir a usuarios locales acceder a medios con gran ancho de banda.
o Proporcionar acceso a recursos locales como impresoras, bases de datos y
aplicativos empresariales.
Algunas tecnologías LAN:
o Ethernet
o Token Ring
o FDDI
·
MAN (Redes de área metropolitana)
Las redes de área metropolitana interconectan redes LAN dentro de áreas geográficas
limitadas a ciudades y regiones.
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Estas redes se extienden por un área metropolitana como una ciudad o áreas
suburbanas.
Un ejemplo de redes MAN es la interconexión de redes universitarias por región. En
Bogotá esta la red universitaria metropolitana (RUMBO).
·
WAN (Redes de área amplia)
Las redes WAN interconectan redes LAN sobre un área geográfica grande. Mediante
el uso de las redes WAN se puede acceder a los recursos que ofrecen las redes locales
desde lugares distantes.
Las redes WAN ponen también a disposición de los usuarios los diferentes recursos
que ofrece INTERNET como el correo electrónico, WWW, transferencia de ficheros y el
comercio electrónico.
Las redes WAN están diseñadas para lo siguiente:
o Operar sobre aéreas geográficas extensas.
o Proporcionar recursos remotos a tiempo real a usuarios ubicados en
cualquier lugar.
o Ofrecer recursos de correo electrónico, www, transferencia de archivos y
comercio electrónico.
Algunas tecnologías para redes WAN:
o xDSL
o ATM
o Red óptica sincrónica (SONET)
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o Serie de portadoras T(EE.UU) y E(Europa), T1,T1,E1,E2.
REDES SEGÚN TOPOLOGÍA
La topología de define como se conectan y comunican los diferentes dispositivos en una
red. La topología puede ser física o lógica. La topología física se refiere a la disposición
física de los dispositivos y medios de red que los interconectan. Las topologías físicas más
comunes son las siguientes:
·
BUS
En una red con topología de bus física, todos los dispositivos de la red se interconectan
usando el mismo cable de conexión central. El cable de conexión principal debe
finalizarse con un terminador de señal para evitar las reflexiones de la señal.
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·
ESTRELLA
La topología de red en estrella es la topología más común en la implementación de
redes LAN. En la topología en estrella todos los host se conectan a través de un cable
con un dispositivo central (Hub o Switch).
·
ANILLO
En una topología de red en anillo cada host se interconecta con dos vecinos y así
sucesivamente hasta formar un anillo. En este tipo de topología cada host requiere un
permiso para la transmisión de los datos. Los datos viajan de computador en computador
hasta encontrar el destino. Existen topologías en anillo simple y doble. Cuando se
implementa una topología en anillo doble se tiene a disposición un medio físico para la
transmisión de datos en cada sentido.
·
MALLA
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En una topología de malla completa cada dispositivo de red se interconecta con todos
los demás a partir de un cable independiente para buscar tolerancia a fallas. En la
práctica cuando se requieren un diseño de red redundante se implementa una
topología en malla parcial, por los costos en los que se incurre al implementar una en
malla completa.
·
MIXTAS
Se pueden presentar en la práctica implementaciones de red con topologías mixtas,
que resultan de combinar las topologías mencionadas anteriormente. Como por
ejemplo una topología en Bus­Estrella. Otra posibilidad resulta al combinar varias
redes por ejemplo en estrella generando una topología en estrella extendida o
jerárquica.
Una topología de red lógica, se refiere al mecanismo que utilizan los dispositivos de
red para acceder a los medios de transmisión. Lo tipos básicos de topologías lógicas
son difusión y transmisión de testigos (token).
La topología lógica por transmisión de testigos, cada dispositivo de red puede acceder
al medio luego de recibir el testigo o permiso para acceder a la red. Este testigo se
rota constantemente por todos los dispositivos de la red.
En la topología lógica de difusión cuando un dispositivo requiere hacer una
transmisión de datos, este puede acceder al medio en cualquier momento siempre y
cuando se encuentre disponible, difundiendo la información por toda la red.
POR TIPO DE TRANSMISIÓN
·
Simplex (unidireccionales)
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Son redes en las que el flujo de la información se da solo en un sentido. Este tipo de
transmisión se da en redes de difusión como televisión y radio difusión. Dentro de las
redes de datos, algunos servicios consideran flujo de información en un solo sentido
como la difusión de audio y video por medio de Streaming.
·
Half Dúplex o semi­duplex
En las comunicaciones Half dúplex, la comunicación fluye en los dos sentidos pero no
de manera simultanea, un solo equipo transmite a la vez. En los sistemas de radio
telefonía la comunicación funciona de esta manera.
·
Full Dúplex
En las comunicaciones full dúplex la comunicación se da en los dos sentidos y de
manera simultanea.
POR NIVEL DE ACCESO DE LOS USUARIOS
INTRANET y EXTRANET
La intranet corresponde a la porción de una red LAN que es accesible solo para las
personas que son miembros de la misma empresa u organización. Una red LAN puede
convertirse en solo una intranet si solo ofrece servicios a los usuarios dentro la
empresa.
Una extranet es una red parcialmente accesible a usuarios externos. Las extranets
pueden conceder varios niveles de acceso. Normalmente para acceder a los recursos
de una LAN desde el exterior se requiere de un nombre de usuario y contraseña.
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