Token Ring

DISEÑO
DE
UNA
RED
LOCAL
Elvira Sanz Sevadilla
Diseño de una Red Local
INDICE
1. Introducción
2. Diseño Actual de la Red
2.1. Descripción del Diseño.
2.2. Tipo de Red.
2.3. Topología de la Red.
2.4. Direccionamiento IP.
3. Análisis del Diseño Actual.
3.1. Hub vs. Switch.
4. Actualización del Diseño.
4.1. Distribución de las Direcciones IP.
4.2. Subredes con Máscaras de tamaño fijo
4.2.1. Opción A.
4.2.2. Opción B.
4.3. Subredes con Máscaras de tamaño variable.
5. Conclusión.
6. Bibliografía.
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1. Introducción
Tenemos una empresa, en concreto un colegio de enseñanza primaria y
secundaria, el cual tiene una red local diseñada hace más o menos cinco años.
Debido a que las redes locales requieren una reestructuración a medida que se
va aumentando el número de ordenadores y se van requiriendo más servicios por
parte de los usuarios, en éste trabajo nos vamos a encargar de describir, analizar e
intentar obtener un diseño mejor de la red actual. Lo que nos servirá también para
ampliar nuestros conocimientos sobre el diseño y los dispositivos de una red.
Ya que se trata de un trabajo didáctico e individual, muchas de las decisiones
se tomarán de forma bastante subjetiva, teniendo en cuenta la infraestructura del
colegio y el conocimiento de cada uno de los departamentos y de las personas que lo
componen.
2. Diseño actual de la red
En éste capitulo vamos a detallar el número de ordenadores de que
disponemos en el colegio, así como el diseño actual; el tipo de red utilizado, el tipo
de cables y de dispositivos de conexión.
Aquí se toman las primeras decisiones del diseño, con respecto a las
conclusiones que sacaremos después de analizar el diseño actual y compararlo con
alguna posible mejora o reestructuración del mismo.
2.1. Descripción del Diseño
El colegio posee tres edificios propios:
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Cada edificio se puede asociar con un departamento diferente según
las acciones que se desarrollan en él:
A- Departamento de Secundaria.
B- Departamento de Primaria.
C- Departamento de Dirección y Administración.
Los tres edificios se encuentran encerrados en el mismo recinto pero
separados entre ellos, a excepción de los edificios A y B que se comunican
desde el interior, pudiendo acceder desde dentro del edificio A al B y
viceversa.
En el edificio A, tenemos 22 ordenadores, 7 en los diferentes
despachos del edificio y 15 en un aula de informática destinada a la
enseñanza. Éstos 15 ordenadores están conectados en red con un hub que se
encuentra en la misma aula.
En el primer piso de éste edificio se puede encontrar el armario de
conexiones donde está instalado el hub de 15 puertos, el cual conecta a su vez
los 7 ordenadores de los diferentes despachos (puertos del 1 al 7), los 15 del
aula de informática (para ello utilizamos un único puerto, el 8, en el que
conectamos el hub del aula) y los 4 ordenadores del edificio B (puertos
9,10,11 y 12), ya que debido a la proximidad de ambos edificios podemos
conectarlos utilizando el mismo hub.
Para todas éstas conexiones se utilizan cables de pares trenzados, que
tienen una longitud máxima de unos 100m por tramo, es muy cómodo de
usar, resistente y fácil de diagnosticar errores.
Por otro lado tenemos también un switch con cable de fibra óptica, que
utilizamos para la conexión con el edificio C.
En el edificio C se encuentra el servidor local y el Router ADSL RDSI
para conectarse a Internet. En el router tenemos implementada la función
NAT (Network Address Translation) que traduce las direcciones internas en
la dirección publica asignada por el ISP (Internet Service Provider).
Allí mismo tenemos otro HUB que conecta los 10 ordenadores de éste
edificio, y un switch con cable de fibra óptica para conectar con el edificio A.
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Por tanto tenemos un total de 36 ordenadores distribuidos por todo el
colegio y conectados en red.
2.2. Tipo de Red
Como ya sabemos, existen diversos tipos de redes, clasificadas según
su tamaño y extensión: LAN, WAN, MAN, Redes Internet, Redes
Inalámbricas, según la tecnología de transmisión: Redes de Broadcast, Redes
Point-to-Point, según el tipo de transferencia de datos que soportan: Redes de
transmisión simple, Redes Half-Duplex, Redes Full-Duplex.
Vamos a explicar de forma resumida algunas de las más importantes
dentro cada criterio de clasificación:
Clasificación según su tamaño y extensión:
Redes LAN (Local Area Network):
Son redes de área local, cuya extensión varía entre 10 metros y
1 Km. Son redes pequeñas, suelen utilizarse en colegios, oficinas y
empresas no muy grandes. La velocidad de transmisión típica de una
red LAN está entre 10 y 100 MBS.
Redes MAN (Metropolitan Area Network):
Son redes de área metropolitana, su tamaño es superior a una
LAN, soliendo abarcar la longitud de una ciudad. Son redes típicas de
empresas y organizaciones que poseen distintas oficinas repartidas en
una misma área metropolitana, por lo que su tamaño máximo
comprende un área de aproximadamente 10Km.
Redes WAN (Wide Area Network):
Son redes de área amplia, tienen un tamaño superior a una
MAN, y consisten en una serie de hosts o de redes LAN conectadas
por una subred. Ésta subred está formada por unas líneas de
transmisión interconectadas por medio de routers, que se encargan de
dirigir los paquetes hacia la LAN o host adecuado, enviándose éstos
de un router a otro. Su tamaño puede oscilar entre 100 y 1000Km.
Clasificación según la tecnología de transmisión:
Redes Broadcast:
Todas las máquinas de la red comparten el mismo canal de
comunicación. Por lo cual cada paquete de datos enviado por cualquier
máquina es recibido por todas las de la red.
Redes Point-to-Point:
En estas redes existen bastantes conexiones entre parejas
individuales de máquinas. Por tanto para poder transmitir los paquetes
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desde una máquina a otra a veces es necesario el uso de routers, ya
que el paquete tiene que atravesar máquinas intermedias con lo cual el
router debe trazar una ruta previa.
Clasificación según la transferencia de datos soportada:
Redes de transmisión simple:
Aquellas redes en las que los datos únicamente viajan en un
sentido.
Redes Half-Duplex:
Aquellas en las que es posible que los datos viajen en uno u
otro sentido pero no simultáneamente. Es decir solo puede haber
transferencia en un sentido a la vez.
Redes Full-Duplex:
Aquellas en las que los datos pueden viajar en ambos sentidos
al mismo tiempo.
2.3. Topología de la Red
Llamamos topología de red a la disposición de los diferentes
componentes de una red. Ésta topología depende de factores como el número
de máquinas a interconectar, el tipo de acceso al medio físico que deseemos,
etc.
Podemos distinguir tres topologías diferentes:
1. Topología física: disposición real de las máquinas,
dispositivos de red y cableado en la red.
2. Topología lógica: forma en que las máquinas se comunican
a través del medio físico.
3. Topología matemática: mapas de nodos y enlaces,
formando patrones.
Para no alargar mucho éste capitulo, únicamente vamos a recordar las
topologías LAN más comunes, debido a que son las que más nos interesan:
Token Ring:
Topología de bus lógica y en estrella física o en estrella extendida.
La red Token Ring es una implementación del estándar IEEE 802.5, su
diferencia respecto a la red Ethernet vienen dada más por el método de
transmitir la información que por la forma de conectar los ordenadores. En
éste tipo de redes la información se envía en un Token, el cual va pasando de
un ordenador a otro. Cuando un ordenador quiere enviar información a otro,
debe esperar a que le llegue el Token vacío, y utilizarlo entonces para enviar
la información. Cuando éste Token llega a su destinatario, éste lo envía de
vuelta al emisor con el mensaje de que fue recibida la información. Luego se
libera el Token para poder volver a utilizarlo.
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Aquí debido a que una computadora requiere el Token para enviar
información no hay colisiones, el problema reside en el tiempo que debe
esperar una computadora para obtener el Token sin utilizar.
Ethernet:
Topología de anillo lógica y una topología física en estrella.
Es una implementación del estándar 802.3.
Al contrario que ocurría en las redes Token Ring, en las redes Ethernet
existe un gran porcentaje de colisiones debido a que en una red de éste tipo
hay muchos ordenadores intentando enviar datos al mismo tiempo, y como
solamente puede haber un único mensaje en tránsito por el cable, se produce
la colisión, pudiendo llegar a saturar la red.
Por ésta razón éste tipo de redes incorporan el CSMA/CD (CarrierSense Múltiple Access with Collision Detection.)
El CSMA/CD funciona de ésta forma: Un ordenador, antes de enviar
el mensaje, escucha por el cable, para saber si está siendo utilizado. Si el
cable está libre, éste ordenador puede entonces enviar el mensaje, con el
problema de que otro ordenador que haya estado escuchando por el mismo
cable en el mismo instante haya decidido también enviar su mensaje. Con lo
cual al no poder enviar dos mensajes simultáneamente por el cable, se
producirá la colisión, los ordenadores la detectan y deciden reenviar la
información, fijándose cada uno de ellos un intervalo de tiempo al azar.
Fast Ethernet:
La red Fast Ethernet es una ampliación del estándar Ethernet que llega
hasta 100Mbits/seg. (12’5 MB/seg), además tiene la ventaja de que es
totalmente compatible con Ethernet, de hecho muchas tarjetas de red pueden
usarse en ambos tipos de redes sin hacer ningún cambio.
Nuestra red es una LAN de tipo Fast Ethernet con una tecnología de
transmisión broadcast. Todos los ordenadores disponen ya de tarjetas de red
Ethernet o Fast Ethernet, con lo cual nosotros seguiremos manteniendo éste
tipo de red.
2.3. Direccionamiento IP
Para la asignación de las direcciones actualmente se utiliza una
red privada de clase C:
Red --> 192.168.2.0
Máscara --> 255.255.255.0
Con ésta red se tiene 256 direcciones, pero solo 254 son
aprovechables para hosts, ya que la primera dirección (192.168.2.0) define la
propia red, y la última (192.168.2.255) se utiliza para direcciones broadcast.
Por tanto con una red de éste tipo podemos tener hasta 254 hosts en
red, como es obvio, ya que nuestra red se compone de 36 ordenadores, una
red de clase C será más que suficiente.
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El servidor tiene la dirección 192.168.2.2, y el resto de ordenadores
siguen una numeración aleatoria.
3. Análisis del Diseño Actual
Una vez descrito y detallado el diseño de la red, así como los distintos
dispositivos de conexión, cables, switch, hubs, routers, etc. Nos disponemos en éste
capitulo a hacer un análisis del diseño en general, y en particular de todos los
dispositivos elegidos; porque es uno mejor que otro, ventajas frente a inconvenientes.
En resumen todos los problemas planteados a la hora de elegir entre varios
dispositivos y la decisión tomada finalmente.
3.1. Hub vs. Switch
Todos los ordenadores de los tres edificios están conectados entre sí
mediante hubs, exceptuando el switch que conecta los ordenadores del
edificio A con los del edificio C. A continuación vamos a analizar las
diferencias que existen entre un switch y un hub, así como las ventajas que
nos aporta uno frente al otro.
Un Hub típico de la marca 3Com.
Un switch de 24 puertos.

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Desventajas
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- Como ya sabemos un hub es un dispositivo de nivel 1 según
la torre ISO de la OSI, ya que actúan como repetidores.
A pesar de que en éste nivel solo hay un destinatario de la
información, para asegurarse de que la recibe, el hub envía la
información a todos los ordenadores que están conectados a él. Este
tráfico añadido genera más posibilidades de colisión.
Una colisión se produce cuando un ordenador quiere enviar
información y la emite de forma simultánea a otro ordenador. 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.
- Otro gran inconveniente de la utilización de los hubs, es que
el HUB funciona a la velocidad del dispositivo más lento de la red,
con lo cual si tenemos un router para el acceso a Internet de 10
MB/seg, nuestra red funcionará a 10 MB/seg aunque nuestra tarjeta sea
de 10/100 MB/seg.

Ventajas
Un hub es un dispositivo muy simple, esto influye en dos
características importantes:
1. El precio, es bastante bajo.
2. El retardo, un hub casi no añade ningún retardo a los
mensajes ya que como hemos explicado anteriormente simplemente
repite las tramas que le llegan.
Si en nuestra red nos planteáramos sustituir los hubs por los
switchs obtendríamos considerables ventajas.
Resumiendo, éstas son las características que hacen a un
switch mucho más potente y eficaz que un simple hub:
Un switch es un dispositivo de la capa de enlace, es decir de
nivel 2.
El switch sabe en todo momento que ordenadores tiene
conectados a cada uno de sus puertos. Cuando se enchufa no conoce
las direcciones de los ordenadores de sus puertos, las aprende a
medida que circula información a través de él.
Cuando un switch no conoce la dirección MAC de destino
envía la trama por todos sus puertos, al igual que un hub (“Flooding”,
inundación.) Cuando hay más de un ordenador conectado a un puerto
de un switch este aprende sus direcciones MAC y cuando se envían
información entre ellos no la propaga al resto de la red, a esto se llama
filtrado.
4. Actualización del Diseño
Después de haber hecho un análisis del diseño actual de la red, podemos
observar que cada edificio está claramente diferenciado por sus funciones, es decir,
podemos distinguir tres departamentos:
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A- Departamento de enseñanza secundaria.
B- Departamento de enseñanza primaria.
C- Departamento de Dirección y Administración.
Con lo cual, a pesar de ser una red pequeña con pocos ordenadores
conectados, es necesario una división en partes de la misma por varias razones:
1. Cuando la red se vaya extendiendo, también irá aumentando de forma
similar el dominio de colisión, afectando seriamente al rendimiento de la red.
Esto se puede mitigar segmentando la red, dividiendo la misma en una serie
de segmentos significativos de tal forma que mediante switchs podremos limitar estos
dominios de colisión enviando las tramas tan sólo al segmento donde se
encuentra el host de destino.
2. Conforme aumenta el número de hosts, aumenta también el número de
transmisiones broadcast. Esto se debe a que los hosts envían de forma constante
peticiones ARP, envíos RIP, peticiones DNS, etc.
Por tanto puede llegar un momento en el que dicho tráfico puede
congestionar toda la red de forma inaceptable al consumir un ancho de banda
excesivo.
3. Por razones de seguridad. El departamento de Dirección y Administración
debe poseer su propia red departamental y no debe ser compartida por otro
departamento de la empresa.
Para solucionar estos problemas es necesario dividir la red en una serie de
subredes, de tal forma que cada una de ellas va a funcionar luego a nivel de envío y
recepción de paquetes como una red individual, aunque todas pertenezcan a la misma
red principal (y por lo tanto al mismo dominio).
De esta forma aunque la red en su conjunto tendrá una dirección IP única, a
nivel administrativo podremos considerar subredes bien diferenciadas, consiguiendo
con ello un control del tráfico de la red y una limitación de las peticiones de
broadcast que la atraviesan.
4.1. Distribución de las Direcciones IP
Por lo tanto vistas todas las ventajas que aporta el uso de subredes,
vamos a realizar dos diseños:
1. Dividiremos la red en subredes con máscaras de tamaño fijo.
2. Dividiremos la red en subredes con máscaras de tamaño variable.
Después veremos en cada uno de ellos sus ventajas e inconvenientes
para finalmente decidirnos por la mejor opción.
4.2. Subredes con Máscaras de tamaño fijo
Como hemos visto anteriormente, para el diseño de la red tenemos una
red privada de clase C, es decir con 254 direcciones posibles.
Ya que tenemos tres departamentos cada uno con un número de
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ordenadores no superior a 30, nos bastará con tres subredes.
4.2.1. Opción A
Tenemos la red 192.168.2.0, si le aplicamos la máscara
255.255.255.224 (3 bits de subred y 5 bits de host), la divide en 8
subredes de 32 direcciones cada una.
Teniendo en cuenta que las direcciones con el valor todo ceros
y todo unos del campo host y del campo subred están reservadas, nos
quedarían 6 subredes de 30 direcciones cada una, con lo cual tenemos
suficientes subredes (incluso demasiadas) para cubrir todos los
departamentos, con el inconveniente de que cada una de ellas tiene
únicamente 30 direcciones aprovechables, con lo cual tendríamos muy
limitada la ampliación de hosts, ya que en el edificio A ya tenemos 22
ordenadores.
En el momento se ocuparan todas las direcciones de una o
varias subredes, sería necesario hacer una reestructuración de la red.
Como ya sabemos la restricción del campo host todo
ceros y todo a unos se ha de cumplir siempre, pero la del campo
subred todo a ceros y todo a unos se puede violar por lo que se conoce
como subnet-zero.
De ésta forma conseguiremos ampliar el espacio de
direcciones, teniendo así 8 subredes de 30 direcciones cada una, con lo
cual no hemos conseguido nada.
4.2.2 Opción B
De la misma forma que en la opción anterior tenemos la red
192.168.2.0, si le aplicamos la máscara 255.255.255.192 (2 bits de
subred y 6 bits de host), la divide en 4 subredes de 64 direcciones cada
una.
Evidentemente con 62 direcciones (64 menos las dos
direcciones reservadas) en cada subred tenemos suficiente, ya que
actualmente el número de hosts no supera los 40 en total.
El problema ahora viene determinado por el número
de subredes, ya que en éste caso si será necesario utilizar
subnet-zero para poder aprovechar íntegramente las 4 subredes, ya
que de no poder cometer esta pequeña infracción nos quedarían
únicamente 2 subredes, que obviamente no son suficientes para cubrir
los servicios de los tres departamentos si queremos asignarles a cada
uno de ellos una subred diferente.
Una vez vistas ambas opciones, se ve claramente que la opción
B sería más adecuada que la opción A, pudiendo también con el
tiempo llevarnos a una reestructuración de la red, pero no a
tan corto plazo como la opción A.
Si observamos la relación de ordenadores hecha anteriormente,
podemos ver que los edificios están totalmente descompensados
en lo que al número de ordenadores se refiere.
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Partiendo de éste hecho y de la ventaja de que la división en
subredes no tiene porque hacerse necesariamente de forma homogénea
en todo el espacio de direcciones, vamos a proponer otra opción para
la distribución de las direcciones, ésta vez utilizando máscaras de
tamaño variable.
4.3 Subredes con Máscaras de Tamaño Variable
Ésta técnica consiste en dividir una red en subredes de diferentes
tamaños, de ésta forma si tenemos varias oficinas o departamentos cada una
con un número determinado de host, no es necesario asignarles a todos ellas
subredes del mismo tamaño.
En caso de no existir esta posibilidad, analicemos que problemas
tendríamos.
Supongamos 3 oficinas A, B y C como pueden ser los tres
departamentos de nuestro ejemplo.
Como hemos descrito anteriormente en el departamento A tenemos 22
ordenadores, en el B 4 ordenadores y en el C 10 ordenadores. Anteriormente
hemos propuesto para la distribución de las direcciones IP 2 opciones, ambas
con subredes con mascaras de tamaño fijo. En las dos opciones se puede
observar que el número de direcciones de las subredes que hemos elegido
viene determinado por el departamento con mayor número de ordenadores, de
ésta forma, siendo A, el departamento con más ordenadores, se elige una
subred que cubra las necesidades de éste departamento, es decir, que tenga
suficientes direcciones para todos sus ordenadores, de ésta forma los
departamentos B y C, teniendo menos de la mitad de hosts que el
departamento A, tienen el mismo número de direcciones que éste para asignar
a sus ordenadores, desaprovechando de esta forma una gran cantidad de
direcciones IP.
Una vez explicadas las ventajas de las subredes con máscara de
tamaño variable vamos a ver como nos quedaría la distribución de las
direcciones utilizando esta técnica.
* Edificio A-- 22 ordenadores
Le asignamos una subred de 32 direcciones:
Subred
192.168.2.32
Máscara
Subred/bits de máscara
255.255.255.224
192.168.2.32/27
*Edificio B-- 4 ordenadores
Le asignamos una subred de 8 direcciones:
Subred
192.168.2.8
Máscara
Subred/bits de máscara
255.255.255.248
192.168.2.8/29
*Edificio C-- 10 ordenadores
Le asignamos una subred de 16 direcciones:
Subred
192.168.2.16
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Máscara
Subred/bits de máscara
255.255.255.240
192.168.2.16/28
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Como podemos observar ahora cada departamento tiene una subred
que se ajusta únicamente a sus necesidades, con lo cual no desaprovecha
direcciones.
En el caso de que los departamentos amplíen el número de
ordenadores, como planteábamos en las dos opciones anteriores, también
tendremos que reestructurar el diseño de la red, ya que hemos elegido unas
subredes con tamaño demasiado ajustado al número de hosts que tenemos
actualmente.
Esto podemos solucionarlo fácilmente siendo un poco precavidos y
escogiendo subredes de más direcciones dejando un poco de margen al
crecimiento de los departamentos.
De ésta forma nos quedaría así:
Edificio A-- 22 ordenadores
Le asignamos una subred de 64 direcciones:
Subred
192.168.2.64
Máscara
Subred/bits de máscara
255.255.255.192
192.168.2.64/26
Edificio B-- 4 ordenadores
Le asignamos una subred de 16 direcciones:
Subred
192.168.2.16
Máscara
Subred/bits de máscara
255.255.255.240
192.168.2.16/28
Edificio C-- 10 ordenadores
Le asignamos una subred de 32 direcciones:
Subred
192.168.2.32
Máscara
Subred/bits de máscara
255.255.255.224
192.168.2.32/27
Éste sería el mejor direccionamiento que podemos hacer,
aprovechando al máximo las direcciones IP, pero sin correr el riesgo de tener
que reestructurar a muy corto plazo.
5. Conclusión
Como hemos visto, para el direccionamiento IP, hemos escogido una red del
rango de direcciones privadas de clase C, lo que quiere decir que podemos utilizar
todas las direcciones de nuestra red (192.168.2.0), ya que toda la red al completo es
para nosotros, a pesar de esto, hemos planteado varias posibilidades, algunas, como
las subredes con máscaras de tamaño variable, que no serían necesarias, pero que son
muy útiles a modo de ejemplo para ilustrar su funcionamiento.
En éste trabajo he obviado y dado por sabidos algunos conceptos básicos
sobre redes, intentando ser lo más clara posible y razonando mis decisiones después
de haber explicado con detalle todas las opciones, estudiarlas para el caso concreto
que aquí se nos plantea y dando unos argumentos claros.
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6.Bibliografía
•http://www.conozcasuhardware.com/actualiz/actred1.htm
•http://www.noticias3d.com/articulos/200206/hubswitch/1.asp
•http://www.htmlweb.net/redes/subredes/subredes_1.html
•http://es.tldp.org/Manuales-LuCAS/GARL2/garl2/x-087-2-create.subnets.html
•http://www.uv.es/~montanan/redes/redes_03.rtf
•http://www.monografias.com/trabajos7/rela/rela.shtml
•http://www.cybercursos.net/cursos-online/lan/componentes.htm
•http://www.zonagratuita.com/a-cursos/hacking/ConstruyendoRedLAN.htm
•http://www.pchardware.org/redes/redes.php#inicio
•http://www.htmlweb.net/redes/topologia/topologia_1.html
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