Redes locales. Concepto, tipos y configuración

TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN
TEMA 6.- Redes locales. Concepto, tipos y configuración
Tema 6
Redes locales. Concepto, tipos y configuración
1.- ¿Qué es una red?
Una red la forman dos o más ordenadores conectados entre sí, en los que se pueden compartir no sólo
los ficheros de datos y el software de aplicación, sino también el hardware como las impresoras y otros recursos
informáticos como el fax.
1.1.- Tipos de redes
En función de la extensión de la red o de la distancia que exista entre los distintos equipos que forman
parte de una red, éstas pueden ser clasificadas en dos grandes grupos:
Redes de Área Local (redes LAN). La mayoría de redes enlazan ordenadores dentro de un área
limitada; dentro de un departamento, una oficina o un edificio. Estas redes se llaman Redes de Área
Local, o LANs (Local Área Network). Una Lan, por tanto, es un grupo de ordenadores conectados
mediante un medio de transmisión compartido, normalmente un cable. Compartiendo un único cable,
cada equipo requiere solamente una conexión para hacer posible la comunicación con cualquier otro de
la red.
Redes de Área Amplia (redes WAN). Las redes pueden unir ordenadores de todo el mundo, con lo que
se puede compartir información con alguien situado en el otro extremo del planeta de una manera tan
sencilla como compartirla con la persona de la mesa de al lado. Cuando las redes son de este tipo,
reciben el nombre de Redes de Área Amplia, o WANs (Wide Area Network). Una WAN es una colección
de LAN conectadas utilizando enlaces punto a punto que alcanzan distancias relativamente larga, por
ejemplo, a través de una línea telefónica.
1.2.- Tipología de redes
Cuando hablamos de tipología de una red, hacemos referencia a su configuración. Esta configuración
recoge tres niveles: físico, eléctrico y lógico.
El nivel físico y el eléctrico se puede entender como la configuración del cableado entre máquina o
dispositivos de control o conmutación. Cuando hablamos de la configuración lógica tenemos que pensar en cómo
se trata la información dentro de nuestra red, cómo se dirige de un sitio a otro o cómo la recoge cada estación.
Así pues, para ver más claro cómo se pueden configurar las redes vamos a explicar de manera sencilla
cada una de las posibles formas que pueden tomar.
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Mallada. Este tipo de redes son las más caras. Pero a su vez son
las más flexibles. Vienen caracterizadas por encontrar caminos
entre estaciones muy rápidamente, pero hay que tener en cuenta
que para ‘N’ nodos, necesitamos ‘N-1’ enlaces, teniendo pues en
total (N*(N-1)) enlaces.
Estrella. Esta configuración está siendo eliminada poco a poco,
puesto que todo el sistema se centra en la estación central y si
por algún motivo cayese, todo el sistema se vería afectado. El
nodo central, para ‘N’ estaciones, tiene ‘N-1’ enlaces, mientras
que las otras estaciones tan sólo tendrían uno que es el que les
vendría de la estación central. Se puede sustituir la estación
central por un hub o concentrador, que propaga las señales por
cualquiera de sus puertos hacia todos los demás puertos, de
modo que las señales transmitidas por cada equipo llegan a
todos los demás.
Bus. Tenemos un enlace por cada nodo, y estos se conectan a un
enlace que une todas las estaciones. Típica configuración que une
una Ethernet, dónde un cable va de un ordenador al siguiente
como una guirnalda.
Anillo. Cada nodo tiene dos enlaces, puesto que la información
siempre le vendrá de un lado y la enviará hacia el otro. Un ejemplo
de esta configuración la encontramos en un Token Ring.
Árbol o Estrella jerárquica. Todas las estaciones cuelgan de un
ordenador central y se conectan entre ellas a través de los hubs
que haya instalados.
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1.3.- Componentes de una red
Describiremos a continuación los principales componentes de una red local.
SERVIDOR. La mayoría de las redes poseen al meno un ordenador llamado Servidor, y todos los
ordenadores de sobremesa conectados a él. Almacena los ficheros de datos y los programas de
software de aplicación a los que los usuarios acceden y
comparte entre sí.
Algunos sistemas operativos como Novell Netware
requieren que exista una computadora dedicada al papel
de servidor y que otras funcionen solamente como
clientes. Por otro lado existen sistemas operativos entre
iguales dónde todos los equipos pueden funcionar tanto en
forma de cliente como de servidor.
CLIENTE. Un cliente es el ordenador de sobremesa o
portátil de sobremesa. Los clientes se conectan al servidor,
y acceden a sus ficheros y aplicaciones.
ADAPTADOR DE RED. Todo ordenador que forme parte de una red debe disponer de un dispositivo
que le permita transferir y recibir datos a otros componentes de la red. El dispositivo más común es una
tarjeta adaptadora conectada al bus de expansión de la computadora y a un cable de red. El adaptador
de red, en combinación con el correspondiente controlador, implementa el protocolo del nivel de enlace
de datos utilizado por cada equipo que forma parte de la red.
PERIFÉRICOS COMPARTIDOS. En una red se pueden compartir cualquier número de periféricos, como
impresoras, escáneres, unidades CD-ROM, fotocopiadoras, dispositivos de copia de seguridad.
HUBS O CONCENTRADORES. Dispositivo que funciona como centro de cableado para una red con
topología en estrella. Su función es la de propagar la información que reciba por cualquiera de sus
puertos a los demás puertos.
SWITCH. Se trata de un Hub “inteligente” en el que la información recibida por un puerto es transmitida
al puerto en el que se encuentro conectado el equipo de destino de dicha información, de manera que
pueden existir dos o más parejas de ordenadores en conversación en un determinado momento.
ROUTER. Conecta dos redes de área local completamente independientes en el nivel de red.
1.4.- Software de red
Sistema operativo de red. Controla el funcionamiento de la red; indica a los ordenadores de la red lo
que deben hacer, organiza los ficheros, gestiona el flujo de información, y controla quién tiene acceso a
qué información. El Sistema operativo de red o NOS (Network Operating System) incluye un software
servidor, que se ejecuta en el servidor, y un software cliente, que se ejecuta en cada uno de los
ordenadores de sobremesa.
Software cliente. Incluye el entorno operativo del cliente, controla qué sucede en el cliente, y se
comunica con el sistema operativo de red.
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Aplicaciones y utilidades en red. Son los programas
software que se instalan y se ejecutan desde el servidor.
Incluye aplicaciones de grupo, como el software e-mail,
calendarios y agendas. También forman parte de él las
versiones de red de las aplicaciones de productividad
personal, como procesadores de textos y hojas de cálculo,
y utilidades como software de copias de seguridad (que
protege los datos copiándolos en cinta, y que pueden
restaurar al servidor si los datos originales se pierden).
1.5.- Medios de transmisión
Debemos entender los medios de transmisión como el canal por el que irá la información que nosotros
deseamos enviar de un sitio a otro; por tanto, la capa física será la que se encargará de hacer llegar la
información a su destino mediante algún soporte físico. Aunque en una transmisión, los medios por los que
pueden “correr” los bits pueden ser varios, intentaremos ir uno a uno para entender su funcionamiento y sus
características.
1.5.1.- Cable coaxial
Se divide en cuatro partes:
 El núcleo es un alambre de cobre duro que va recubierto por un material aislante que constituye la
segunda parte del cable.
 A su vez el aislante está dentro de un conductor exterior que es de forma cilíndrica y normalmente
tiene una forma de malla trenzada.
 La cuarta y última parte del cable está formada por una cubierta de plástico, que protege todo su
interior de las condiciones adversas.
Las redes de cable coaxial se instalan usando una topología de bus, en la que el cable forma un
segmento, limitado por dos extremos, con los ordenadores conectados alo largo de su longitud. Los conectores
de estos cables son básicamente dos, el conector en T y el conector tipo vampiro. El conector en T necesita que
se corte el cable para poder ser insertado provocando el corte en la red al añadir nuevos usuarios. En cambio,
con el conector, tipo vampiro, basta con perforar en el cable para que este quede insertado en el núcleo, pero
una mala conexión puede hacer que tengamos errores en toda la red.
1.5.2.- Par trenzado
Actualmente el par trenzado es el tipo estándar de cable para las comunicaciones de LAN. Es un cable
adecuado para muchas aplicaciones, y comparado con el coaxial, resulta más fácil de instalar y proporciona
mucho mejor rendimiento. Quizás la mayor ventaja del par trenzado es que se utiliza en innumerables líneas
telefónicas por todo el mundo.
A diferencia del cable coaxial, que sólo tiene un cable portador de la señal y otro de tierra, el cable de par
trenzado utilizado en la mayoría de las redes tiene cuatro pares de hilos de cobre aislados dentro de una funda
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común. Cada par de hilos está trenzado con un número diferente de vueltas por pulgada para evitar
interferencias electromagnéticas de los otros pares y de fuentes externas.
Cada par de hilos de un cable de par trenzado está marcado con un color, siendo el hilo de color liso el
portador de las señales, mientras que el hilo rayado es el de tierra:




Azul liso y rayas blancas y azules.
Naranja liso y rayas blancas y naranjas.
Verde liso y rayas blancas y verdes.
Marrón liso y rayas blancas y marrones.
Patillaje de los conectores
Los cables de par trenzado utilizan conectores modulares RJ-45 en
ambos extremos.
En las siguientes figuras se muestra, por un lado la misión de cada una de las patillas del conector, por
otro la conexión de los cables al conector según distintos estándares.
Cable UTP DIRECTO
Patillaje 568B
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Patillaje 568A
Patillaje USOC
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1.5.3.- Cable de fibra óptica
El cable de fibra óptica utiliza pulsos de luz para transmitir las señales binarias generadas por los
ordenadores. Como el cable de fibra óptica utiliza la luz en lugar de electricidad, elimina completamente casi
todos los problemas propios del cable de cobre, como las interferencias electromagnéticas, la interferencia entre
cables y la necesidad de conexión a tierra. Además, se reduce enormemente la atenuación, permitiendo que los
enlaces de fibra óptica alcancen distancias muchos mayores que los de cobre, hasta 120 kilómetros en algunos
casos.
2.- El modelo de refencia OSI
Las comunicaciones de red tienen muchos niveles y pueden ser difíciles de entender. El modelo de
referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (Open Systems Interconnection, OSI) es un concepto teórico
que separa las comunicaciones de red en siete niveles diferentes, tal y como se muestra en la siguiente figura.
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace de datos
Físico
Es la interfaz entre la aplicación demandante de servicios de red, que
se ejecuta en el ordenador y la torre de protocolos que convierte esa
demanda en las señales transmitidas por la red.
Gestiona el uso de una sintaxis de transferencia admitida por los
equipos conectados, de modo que sistemas terminales de tipos
diferentes se puedan comunicar.
Proporciona mecanismos mediante los cuales se establece, mantiene y
termina un diálogo entre computadoras.
Proporciona diferentes niveles de servicio según las necesidades de la
aplicación, como confirmación de recepción, entrega garantizada, ...
Realiza funciones de direccionamiento, enrutamiento por internet,
fragmentación de paquetes, reensamblaje y comprobación de errores.
Empaqueta los datos del nivel de red para su transmisión, proporciona
el direccionamiento de los paquetes y comprueba posibles errores.
Codifica los datos binarios proporcionados por el nivel de enlace de
datos, convirtiéndolos en voltajes eléctricos o pulsos de luz.
Cada equipo de la red utiliza una serie de protocolos para realizar las funciones asignadas a cada nivel.
En la parte más alta está la aplicación que demanda un recurso localizado en cualquier otro sitio de la red y en la
parte más baja, medios de transmisión, como los cables, que conectan las computadoras entre sí y forman la
red.
2.1.- Comunicación entre niveles
Las redes funcionan enviando mensajes de un sitio a otro, y el modelo OSI define los componentes
básicos necesarios para transmitir estos mensajes a sus destinos. Los protocolos de red deben asegurarse de
que las transmisiones alcanza los destinos correctos y a su debido tiempo. Al igual que para enviar una carta se
procede a introducirla en un sobre en el que se escribe una dirección, los protocolos de red sirven para
empaquetar los datos generados por un aplicación, adjuntarle una dirección y enviarlo a otro equipo de la red.
Los protocolos que operan en los diversos niveles funcionan conjuntamente para proporcionar una
calidad de servicio unificada. El tráfico saliente va adquiriendo, por etapas, la información de control necesaria
para hacer el viaje hasta su destino, comenzando por protocolos más altos y bajando por la pila hasta el medio
de transmisión. Esta información de control toma la forma de encabezados, y en algún caso de cola, que
envuelven los datos recibidos del nivel inmediatamente superior, en un proceso llamada encapsulación de
datos.
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Los encabezados y la cola están compuestos por campos individuales que contienen la información de
control necesaria para lograr que el paquete llegue a su destino. En una transacción típica, como la que se
muestra en la figura, envuelve el paquete que recibe del protocolo anterior creando uno nuevo que es transferido
al nivel inferior.
Una vez encapsulado el protocolo del nivel de enlace de datos, el paquete completo, que ahora se
denomina trama, está preparado para convertirse en el tipo de señal apropiado para su transmisión por el medio.
De este modo, el paquete final que se transmite por la red consiste en los datos originales del nivel de aplicación
más varios encabezados que han añadido los protocolos de niveles sucesivos, tal y como se muestra en la
figura.
3.- Protocolos de red
3.1.- El protocolo TCP/IP
TCP/IP (Protocolo de Control de la Transmisión / Protocolo de Internet) se ha convertido en el grupo de
protocolos preferido en la mayoría de redes de datos; una de las principales razones es que son los protocolos
utilizados en Internet, además de ser realmente universal en su interoperatividad entre plataformas, admitidos
por todas y dominado por ninguna.
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A todo dispositivo de una red TCP/IP se le asigna una dirección de IP (a veces más de una), que lo
identifica de forma única frente a los otros sistemas.
Direccionamiento de IP
La dirección IP es un identificador absoluto de la máquina individual y de la red en que reside. Todo
paquete de datagramas IP transmitido por una red TCP/IP contiene la dirección de IP del sistema origen que lo
ha generado y del sistema destino al que va dirigido en su cabecera IP.
Las direcciones de IP tienen una longitud de 32 bits y su notación consta de cuatro números decimales
de 8 bits separados por puntos, como 192.168.2.45. El intervalo completo de direcciones IP posibles va de
0.0.0.0 a 255.255.255.255.
Toda dirección de IP contiene bits que identifican una red y bits que identifican un adaptador,
denominado host, de dicha red.
Máscaras de subred
La máscara de subred aplicada sobre la dirección IP de un adaptador de red, establece donde termina la
dirección de la red externa, y donde comienza la dirección de la red local o segmento al que se encuentra
conectado dicho adaptador. Así pues las máscaras dividen redes en subredes, y esas subredes por medio de
otras máscaras dividen pueden dividirse igualmente en redes de menor tamaño.
A partir de una máscara de red resulta muy sencillo calcular el número de nodos que pertenecen al
mismo segmento. Si partimos de la siguiente máscara de red 255.255.255.0, representada en binario:
11111111.11111111.11111111.00000000, ahora sencillamente hemos de asociar mentalmente los 1 con la parte
de la red externa y los 0 con la red local. El número total de nodos por segmento en esta red será el máximo
número que podamos representar con un número binario de tantas cifras como ceros (de red local), tengamos.
En este caso tenemos 8 ceros, luego son 28 nodos, o lo que es lo mismo: 256 (aunque habría que excluir
aquellos nodos con direcciones IP no permitidas).
Mediante la máscara de subred podemos dividir una red en subredes de menor tamaño. Podemos crear
subredes capaces de albergar cualquier número de puestos, aunque en la medida de lo posible, deberán
evitarse números que no sean potencia de 2. Siguiendo esta recomendación, hallar la máscara de red es
sencillo. Tan sencillo como construir un número binario dividido en octetos, con tantos ceros al final como bits
precisemos para representar el número de puestos.
Ejemplo: si pretendemos dividir una red de 256 nodos en 8 redes de 32 puestos, precisaríamos 5 bits
para representar los 32 puestos (pues 25 = 32), luego la máscara en binario de cada uno de los puestos
sería: 11111111.11111111.11111111.11100000, o lo que es lo mismo, 255.255.255.224 en decimal.
Tablas de rutas
Describiremos, a continuación, cómo se realiza la transmisión de datos entre los nodos de una red local.
Una dirección IP, combinada con una máscara devuelve la dirección de la subred a la que pertenece la dirección
IP.
Las rutas son como los caminos que sirve para dirigir datagramas de datos en una red IP. Dentro de la
ruta (y a efectos prácticos), el segmento (red destino) es algo similar a un patrón contra el cuál se irán
contrastando las direcciones IP de los datagramas que van recibiendo o generando los adaptadores de red. Si la
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dirección destino del datagrama IP pertenece al segmento de red de la ruta de datos, se reenviará a través del
adaptador y a la dirección IP asociada a tal ruta. De manera que cuando un nodo recibe un datagrama, consulta
su dirección de destino, posteriormente, y de acuerdo a su tabla de rutas, consulta si dicha dirección pertenece a
alguna de las subredes a las cuales tiene acceso.
Para ello, en primer lugar toma la dirección y máscara de cada una de las rutas. Averigua su dirección
base mediante el procedimiento anteriormente descrito. Una vez hecho esto, aplica el mismo algoritmo a la
dirección destino del datagrama con la misma máscara de la ruta. Si el resultado de ambas operaciones es
idéntico, el datagrama va destinado a dicha subred, y por tanto hemos de reenviarlo a través del adaptados
pertinente a la máquina especificada en la ruta. Este proceso se describe más técnicamente en la siguiente
figura:
DIRECCIÓN IP DEL
ADAPTADOR
194.100.1.8
MÁSCARA DE RED DEL
ADAPTADOR
255.255.255.128
DIRECCIÓN IP DESTINO
DEL DATAGRAMA
194.100.1.103
EN BINARIO
EN BINARIO
EN BINARIO
11000010.01100100.00000001.00001000
11111111.11111111.11111111.10000000
11000010.01100100.00000001.01100111
AND
AND
11000010.01100100.00000001.00000000
11000010.01100100.00000001.00000000
XOR
00000000.00000000.00000000.00000000
EN DECIMAL=0
El resultado final es 0, luego el datagrama IP pertenece a la misma subred que el adaptador. Si el
resultado fuera distinto de 0, no pertenecería y el datagrama no sería enviado.
En caso de no encontrar una ruta válida, los nodos suelen disponer de una ruta por defecto o default,
que apunta a una máquina, una puerta de enlace o GATEWAY (si disponen de acceso al exterior, por ejemplo un
modem-router ADSL), que supuestamente será capaz de gestionar los paquetes no pertenecientes al grupo de
subredes directamente accesibles.
Clases de direcciones de IP
La IANA (Internet Assigned Numbers Authority) registra varias clases de direcciones de red, que se
diferencian en las máscaras de subred, esto es, en el número de bits utilizados para representar la red y el host.
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Las clases de direcciones aparecen resumidas en la siguiente tabla:
Clase A
Clase B
Clase C
Clase D
Clase E
Bits de dirección de red
8
16
24
N/D
N/D
Bits de dirección de host
24
16
8
N/D
N/D
Máscara de subred
255.0.0.0
255.255.0.0
255.255.255.0
N/D
N/D
Las direcciones comienzan
0
10
110
1110
1111
Dirección de comienzo
0.0.0.0
128.0.0.0
192.0.0.0
224.0.0.0
240.0.0.0
Dirección final
127.255.255.255
191.255.255.255
223.255.255.255
239.255.255.255
255.255.255.255
Número de redes
127
16.384
2.097.151
N/D
N/D
Número de hosts
16.777.214
65.534
254
N/D
N/D
Las direcciones de Clase D no están diseñadas para su asignación en bloques como en las otras clases.
Esta parte del espacio de direcciones está destinada a direcciones multidifusión. Las direcciones multidifusión
representan grupos de sistemas que poseen un atributo en común, peor que no se encuentran ubicadas,
necesariamente, en el mismo lugar ni están administradas por la misma administración. Por ejemplo, los
paquetes que se envían a la dirección de multidifusión 224.0.01 son procesados por todos los enrutadores de la
subred local. El bloque de direcciones diseñadas como Clase E está reservado para su uso en el futuro.
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