Tema 1-. Introducción - Sebastià Ginard Julià
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Tema 1-. Introducción Si hace tan sólo unos pocos años el ordenador personal se empezaba a introducir de forma común en casa, ahora se está introduciendo, de igual forma, la telemática. En el trabajo ya es una herramienta imprescindible y, cada vez más, nos encontramos con este término en cualquiera de nuestras actividades: educación, ocio, información, operaciones bancarias, etc. Es tan fuerte el impacto que ha provocado sobre nuestra sociedad que se está hablando de una nueva revolución, la revolución de la era de la comunicación. Aunque el término “telemática” -combinación directa de las telecomunicaciones y la informática- se utiliza desde hace poco, los mismos conceptos involucrados en éste están presentes desde hace ya tiempo bajo otras nominaciones tales como, por ejemplo, comunicaciones de datos o redes de ordenadores. La comunicación de datos se puede definir, de una forma informal, como el arte de intercambiar la información digital entre dos dispositivos a través de un sistema de transmisión electrónico. Es un subconjunto de las telecomunicaciones. Una red de ordenadores la podemos definir, de una forma simple, como dos o más ordenadores que, a través de un camino de transmisión o de comunicación, pueden intercambiar información -los datos-. El camino de transmisión puede ser tanto una línea de teléfono como un sistema que utilice directamente los satélites de comunicación. Todos tienen en común el objeto de intercambiar información. Las redes de ordenadores se utilizan para la comunicación de datos. La telemática es un término más reciente con el que se pretende resaltar la convergencia de los sistemas de comunicación y el ordenador o sistema del usuario final. Dentro del término "telemática" está implícitamente incluida la idea de orientar las aplicaciones y servicios al usuario final. El usuario y, por tanto, la sociedad, es la parte más importante dentro del campo actual de la telemática. Este manual pretende ser una guía para un curso de aproximadamente 50 horas sobre redes de ordenadores. Se pretende dar una visión general de todo el proceso involucrado en la comunicación de datos y presentar las redes más comunes de la actualidad. 1.1. Usos y ventajas de las redes de ordenadores. El uso de las redes de ordenadores tiene muchas e importantes ventajas para el usuario. En situaciones en que se tiene que garantizar un servicio las 24 horas del día, se puede disponer, en la red, de varios ordenadores alternativos para proporcionar el servicio ante un funcionamiento anómalo del que, normalmente, lo ofrece. Es decir, se pueden tener copias de seguridad en la red preparadas para ponerse en funcionamiento inmediatamente, sin tener que esperar a cargar las realizadas, por ejemplo, en cintas magnéticas. También se pueden distribuir tareas entre ordenadores para prevenir la fuerte carga de trabajo de uno de ellos. Esto permite una mayor disponibilidad y, en consecuencia, ofrecer un mejor servicio. Se pueden compartir dispositivos (por ejemplo, las impresoras), datos, programas, etc. entre los ordenadores. El usuario puede acceder a todos estos recursos como si estuvieran en su propio ordenador. Aunque esto puede suponer, en la mayoría de los casos, un ahorro económico, la principal ventaja es la ayuda que proporciona a las personas para trabajar conjuntamente y, por tanto, aumenta la productividad del grupo de trabajo. La capacidad de comunicación es una de las más importantes ventajas del uso de las redes. En una empresa, por ejemplo, se pueden difundir las noticias o cualquier otro tipo de información de tal forma que en pocos minutos todos los empleados la puedan recibir. O también, en el caso de grupos de investigación dispersos geográficamente, las redes de ordenadores son un medio rápido y eficaz de comunicación que permiten el avance mucho más rápido de sus investigaciones. La posibilidad de trabajar con otros usuarios en la red puede ahorrarnos viajes innecesarios que, por una parte, pueden ser costosos y, por otra, nos hagan perder un tiempo y un esfuerzo que podrían dedicarse a otras tareas. Pero también se pueden utilizar en otras situaciones. El trabajo en casa se está haciendo muy popular, sobretodo, para aquellas personas que pierden 1/4 parte de su jornada laboral en el desplazamiento al lugar del trabajo o que, por alguna causa en particular, no pueden desplazarse. Esto es lo que se conoce con el nombre de teletrabajo. Otro caso muy común es el acceso a las bases de datos. Si nos subscribimos a una base de datos en CD-ROM, recibiremos normalmente las actualizaciones cada cierto tiempo (por ejemplo, 6 meses o 1 año). Las modificaciones realizadas durante este período no se reciben, por tanto, hasta entonces. En cambio, si este servicio se ofrece por la red, el usuario está en disposición de acceder a la información actualizada al segundo de hacerse la modificación. Otras actividades: teleeducación o educación a distancia, telebanca o el banco en casa, telecompras o compras desde Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 1 Profesor : Sebastià Ginard Julià casa, teledocumentación, etc. Y la lista podría continuar hasta llegar a cubrir el temario de todo un libro. Sin embargo, éste no es el objetivo fundamental del manual. De todo ello se puede sacar la siguiente conclusión: es evidente que la oficina, la escuela, y otras muchas actividades que conocemos actualmente pueden desaparecer o sufrir un fuerte cambio debido a las redes de ordenadores o la telemática. La revolución de las comunicaciones está haciendo que cambien nuestras costumbres y, en general, nuestra sociedad. 1.2. Estructura de una red. A un nivel alto de abstracción, el intercambio de la información entre los ordenadores se puede describir de la siguiente manera: programas de usuario (aplicaciones) que intercambian la información a través de un camino de comunicaciones; estos programas se ejecutan en ordenadores que están físicamente separados el uno del otro (figura 1.1). A estos ordenadores se les suele conoce con el nombre de sistemas finales, nodos finales o también "hosts" El camino de comunicaciones entre los dos sistemas finales está formado por un medio, el medio físico, capaz de proporcionarles un canal a través del que puede circular la información. Algunos de los medios que actualmente se utilizan son: cables de hilo de cobre, de fibra óptica o, sin cables, ondas de radio, microondas, infrarrojos, etc. Host A Host B Programa Aplicación Programa Aplicación Camino de comunicación Medio físico Figura 1.1. Abstracción de una red de ordenadores. Normalmente, las redes de ordenadores están formadas por más de 2 sistemas finales. En lo primero que se puede pensar es en interconectar directamente todos los ordenadores - red totalmente interconectada-. Sin embargo, esta solución es costosa y poco flexible para implantarla en las redes basadas, por ejemplo, en medios cableados -que son los más utilizados-. Varias configuraciones, topologías, se pueden utilizar para conseguir la comunicación de todos los sistemas finales de la red sin la necesidad de interconectarlos directamente todos con todos (figuras 1.2 y 1.3). Un mismo medio físico compartido por todos los ordenadores de una red es una configuración muy común. Este tipo de conexión se conoce como conexión por difusión. Cuando dos sistemas no compartan el mismo medio, se puede habilitar a los sistemas existentes entre ellos para que encaminen la información desde el emisor al receptor. Estos sistemas, normalmente, disponen de más de una conexión, una por cada medio al que están directamente conectados, y se dedican a coger la información de un medio y enviarla por el otro hasta llevarla al sistema de destino. De esta forma se puede conseguir una interconectividad lógica total sin la necesidad de tener interconectados directamente todos los sistemas. El tipo de conexión que se utiliza se conoce con el nombre de punto a punto. En muchas configuraciones, un sistema puede escoger entre muchos caminos para el reenvío y, en otros, sólo recibe y envía por un único camino. Este tipo de sistemas, hoy en día, suelen estar dedicados únicamente a esa tarea de reenvío y se suelen conocer con el nombre de sistemas intermedios o también como "relay nodes". Así, pues, los componentes de la red se pueden clasificar en sistemas finales -el ordenador emisor y el receptor de la información- y sistemas intermedios o “relay nodes”. Los sistemas finales pueden estar dispersos geográficamente en un área pequeña (por ejemplo, una habitación o un campus) o pueden estar separados por distancias grandes (ciudades, países o continentes distintos). En el primer caso se habla de una Red de área Local (conocida por la abreviación LAN, siglas del nombre en inglés, Local Area Network) y en el segundo de una Red de área Extensa (en inglés Wide Area Network o WAN). Entre ambos tipos de redes existen otras diferencias que ya se verán en los siguientes capítulos. Existe otro tipo de red intermedia que se conoce con el nombre de Red de área Metropolitana (MAN), pero éstas apenas son utilizadas hoy en día. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 2 Profesor : Sebastià Ginard Julià Bus Anillo Satélite o rádio Figura 1.2. Topologías típicas para redes de difusión. Irregular Estrella Árbol Figura 1.3. Topologías posibles para redes punto a punto. Arquitectura de red. La comunicación entre los componentes de una red está guiada completamente por instrucciones programadas. Es igual que el funcionamiento del ordenador. De la misma manera que para los ordenadores se ha creado una arquitectura que define su diseño y funcionamiento -arquitectura del ordenador-, para las redes también se ha creado una arquitectura, la arquitectura de red, a través de la que se define el proceso de comunicación entre todos los elementos de la red. El diseño de una arquitectura de red no es sencillo, y es por ello que se dividen en niveles o capas. Cada una se construye sobre las demás formándose una torre de capas (figura 1.4), donde el nivel más bajo, el físico, es el encargado de transportar físicamente la información y el último, el nivel de aplicación, es el encargado de tratar directamente con los programas (aplicaciones). En cada uno de los niveles se realizan unas funciones específicas sobre la información y luego la pasan al nivel inmediatamente superior o inmediatamente inferior, dependiendo de la dirección de los datos. Estas funciones responden a unas reglas, encargadas de gobernar el proceso de comunicación, conocidas con el nombre de protocolos. Al final, en un proceso de comunicación con éxito, la información pasa por todos los niveles definidos en la arquitectura de red de los sistemas finales. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 3 Profesor : Sebastià Ginard Julià Comunicación A-B Usuario A Protocolo nivel 3 Nivel 3 Usuario B Interfaz de Usuario Nivel 3 Interfaz de nivel 2-3 Host A Protocolo nivel 2 Nivel 2 Nivel 2 Host B Interfaz de nivel 1-2 Protocolo nivel 1 Nivel 1 Medio físico Nivel 1 Interfaz de medio físico figura 1.4. Arquitectura de red: niveles, protocolos e interfaces. Existe un gran número de arquitecturas de red. El número de niveles, el nombre de cada nivel y sus funciones son distintos de una arquitectura a otra. Para formar parte de una red, los componentes de dicha red deben cumplir las especificaciones de una misma arquitectura. En el caso contrario, no podrían intercambiar la información y, por tanto, no cumplirían con la definición de red dada al principio del tema. Debido a la necesidad de interconectar sistemas de todo tipo se han generado normas o estándares comunes que se pueden utilizar para cualquier plataforma y facilitan la tarea de interconectarlos. Las arquitecturas de red estándares más conocidas son: * Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). TCP e IP son 2 de los muchos protocolos de que consta dicha arquitectura, sin embargo, como éstos forman la base, la arquitectura es conocida con este nombre. Se ha convertido en un estándar debido a su gran uso. * Open Systems Interconnection (OSI), que es una arquitectura generada por ISO (International Organization for standardization), un organismo internacional de normalización. Algunas de las arquitecturas propietarias más populares y notables son: * Systems Network Arquitecture (SNA) de IBM, * Digital Network Arquitecture (DNA) de Digital Equip Corporation, y * AppleTalk de Apple Computer. Aplicaciones de red. La conexión de terminal remoto, la transferencia de ficheros y el correo electrónico son de las primeras aplicaciones que se utilizaron en las redes de ordenadores. La mayoría de las arquitecturas de red las incorporan. La primera, para trabajar interactivamente en un ordenador remoto emulando una pantalla local de éste; la segunda, para copiar documentos o datos entre ordenadores; y la tercera, como una evolución de la anterior, para el envío de mensajes interpersonales entre los usuarios de la red. Pronto se fueron incorporando otras como, por ejemplo, las conferencias electrónicas que permitían a los grupos de usuarios discutir temas de su interés a través de la red. Con el paso del tiempo las aplicaciones anteriores se han perfeccionado, pero también han aparecido otras nuevas con capacidades multimedia. Destacan, por ejemplo, la audio-videoconferencia y las aplicaciones orientadas a proporcionar servicios de información al usuario. En los años recientes, también se han creado aplicaciones que distribuyen los recursos de tal manera que todos los ordenadores de la red pueden trabajar juntos como si fuera uno solo. Los usuarios entran en un ordenador de la red, sin embargo, utilizan de forma transparente para ellos los programas, dispositivos, documentos, datos, etc. que están en otros ordenadores como si estuvieran en ese ordenador local. A esta filosofía de trabajo se le llama cliente/servidor y a este conjunto Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 4 Profesor : Sebastià Ginard Julià de ordenadores se le llama sistema distribuido. 1.3. Ejemplos de redes. Internet y otras. Existen muchas redes en todo el mundo. Algunas de éstas son públicas, redes a las que tiene acceso cualquier persona que lo desee y que suelen estar operadas por las telefónicas nacionales o regionales. Otras son redes privadas, como por ejemplo, las redes académicas y de I+D nacionales o internacionales, o las redes de las empresas multinacionales. Estas redes difieren en su historia, en la forma de gestionarse, en la arquitectura de red en que se basan, en la comunidad de usuarios y en las aplicaciones de red y los servicios que a éstos se les ofrecen. La historia y la gestión puede variar, desde una red minuciosamente diseñada por una única organización con unos objetivos bien definidos hasta una colección de ordenadores conectados a la red con el paso de los años sin ninguna planificación o gestión centralizada. La arquitectura puede ser cualquiera de las nombradas en la sección 1.2, pero también pueden diferenciarse en otro tipo de cuestiones técnicas como, por ejemplo, los medios de transmisión o de conexión, el sistema de asignación de nombres y de direcciones, etc. La comunidad de usuarios puede ser una empresa pequeña o toda una multinacional o una red académica y científica mundial. Las aplicaciones y servicios al usuario pueden variar desde el correo electrónico, con sus listas de discusión y distribución, a la posibilidad de hacer videoconferencias a través de las que se puede participar en congresos o reuniones de trabajo a distancia sin moverse del despacho. Internet. Hoy en día, Internet es la red más popular que existe. Está formada por más de 5 millones de ordenadores distribuidos por todo el mundo y es una de los principales culpables del gran auge de la telemática. Tiene sus orígenes en un proyecto del gobierno de los EE.UU. Empieza a operar experimentalmente en 1969 y rápidamente fue adoptada por la comunidad académica y científica como un medio indispensable de comunicación entre sus investigadores. Actualmente, Internet ya no se utiliza únicamente en este entorno académico y científico, sino que es la base comunicativa de miles de empresas y de millones de usuarios de todo el mundo desde sus propias casas. Su crecimiento ha sido tan espectacular en los últimos años, que ha desbordando todas las previsiones existentes. Esto ha generado muchos problemas en la red y de se resolución depende, en gran medida, su futuro. El agotamiento de las direcciones, la necesidad de aumentar la capacidad de las líneas de comunicación y la seguridad de la información son algunos ejemplos de los temas en los que se está trabajando a marchas forzadas. TCP/IP es la arquitectura de red que utiliza Internet para comunicar esos más de 5 millones de ordenadores conectados. Existe una gran cantidad de aplicaciones de red, de entre las que destaca el popular World Wide Web. Sin embargo, también se utiliza el correo electrónico, las news, ftp y otras, en auge, como la audio y la videoconferencia. A través de estas aplicaciones se pueden realizar actividades de compraventa de cualquier cosa que se nos pueda ocurrir, ver postales de rincones de cualquier parte del mundo, leer el diario o revistas de cualquier temática, consultar enciclopedias o bases de datos, asistir a congresos o seminarios a distancia ... o, simplemente, mantener una conversación con otro usuario (o usuarios) de la red. BITNET Otra red Internacional es BITNET (Because It's Time NETworks) que tiene sus orÍgenes, en 1981, también en EE.UU. La idea con que se creó esta red era la de formar una red universitaria. Pronto se extendió a Europa (EARN-European Academic Research Network-) y otros continentes generándose una red universitaria mundial. Aunque durante muchos años BITNET ha sido más popular dentro de la comunidad académica internacional, ha terminado cediendo ante el empuje y mayores posibilidades que ofrece Internet. Hoy en día, aunque todavía presente en muchas universidades se ha reducido substancialmente su presencia y utilización. BITNET utiliza unos protocolos creados por IBM y las aplicaciones, en menor número y potencial que en Internet. están basadas en el concepto de almacenamiento y reenvío. El correo electrónico, remote jop entry, netserve, listserv, relay y bitftp son las principales aplicaciones y servicios de la red. RedIRIS. En la mayoría de los países se han creado redes privadas nacionales que intentan cubrir las necesidades de comunicación de las comunidades académicas y de I+D. En España, RedIRIS es la red que conecta a todas las universidades y centros de investigación. Tiene su origen en un programa, programa IRIS (Interconexión de Recursos Informáticos), que en 1988 creó el Plan Nacional de Investigación y Desarrollo. En 1991 deja de ser un proyecto y recibe el nombre actual de RedIRIS. Está conectada con el resto de Europa y del mundo a través de EuropaNET red académica y científica europea. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 5 Profesor : Sebastià Ginard Julià Aunque la gestión central de la red se lleva a cabo. en la actualidad, desde el CSIC, una parte muy importante está distribuida entre todas las universidades y demás entidades que la forman. Inicialmente, los protocolos OSI y DECnet eran la base de la red. Sin embargo, en la actualidad son los protocolos TCP/IP y, por tanto, las aplicaciones de Internet las que predominan. Empresas multinacionales. Las empresas multinacionales también tienen sus propias redes privadas que permiten mantener intercomunicadas todas sus oficinas repartidas por varios países. Muchas de ellas, incluso también mantienen algún punto de interconexión con otras redes (por ejemplo, Internet) que permiten la comunicación del personal con sus clientes u otros usuarios. VMnet, de IBM, y EASYnet, de Digital Equipment, son ejemplos de este tipo de redes. Sin embargo, también existen empresas nacionales y regionales que pueden, en muchos casos, ser más espectaculares que las anteriores. Las redes de los bancos son un ejemplo muy ilustrativo de esta afirmación. Red de teléfonos. La red de teléfonos, o Red Telefónica Conmutada (RTC), también se utiliza para interconectar ordenadores. Es un ejemplo de red que está al alcance de cualquiera. Aunque su capacidad para transmitir datos es limitada, es un medio del que la mayoría dispone en su casa. Se utiliza, básicamente, para acceder a otras redes de ordenadores como Internet o la red privada de una empresa. Las limitaciones de la RTC pueden ser solucionadas en gran parte por la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI). Esta red, que ya está operativa en la mayoría de los países desarrollados, seguramente será la sucesora inmediata de la RTC. 1.4 Normas y estándares. Para que los componentes de red, comercializados por diferentes fabricantes, se puedan integrar dentro de una red es imprescindible tener unas normas o estándares comunes para todos. Esto no solamente facilita la tarea de su integración en la red, sino que reduce los costes y ofrece al usuario un gran mercado de productos en donde poder escoger. Los estándares se clasifican en dos categorías : • de facto: son aquellos que llegan a ser estándares sin ninguna planificación previa para que lo sean. Llegan a serlo debido, simplemente, a su popularidad y difusión. Los PC y el sistema operativo UNIX son dos ejemplos muy representativos • de jure : son los declarados como tal por algún organismo o entidad de normalización autorizada. La mayoría de estos organismos están formados por comités cuyos miembros representan al colectivo de los fabricantes más importantes. Los organismos más sobresalientes, que se encargan de establecer las normas o de crear estándares, relacionados con las comunicaciones de datos son los siguientes: ITU, ISO, IEEE, ANSI, EIA, CEPT, ECMA y ETSI. * International Telecommunication Union (ITU). Es una entidad de la ONU encargada de regular las telecomunicaciones. Tiene su origen en el año 1949 y es la más importante, por ejemplo, en el desarrollo de los acuerdos globales para el uso del espectro de frecuencias para la transmisión vía satélite. Desde el año 1993, las tareas de realizar las recomendaciones sobre comunicaciones de datos que se realizaban en el CCITT (Comité Consultatif International Télègraphique et Télèphonique) están integradas dentro del ITU-TSS (ITU Telecommunications Standardization Sector). En éste están representadas las operadoras telefónicas del mundo. * International Standards Organization (ISO). Se fundó en 1946 y está formada por las distintas organizaciones nacionales de normalización (en España, AENOR). Sus actividades se dividen en comités técnicos, uno de los cuales, el TC97, trata con los ordenadores y el procesamiento de la información. En el campo de las telecomunicaciones, ISO e ITU-TSS, cooperan para evitar que la existencia de dos organismos internacionales distintos de normalización cree problemas, en vez de solucionarlos. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 6 Profesor : Sebastià Ginard Julià El proceso de normalización dentro de ISO se inicia cuando se detecta una necesidad de crear un estándar internacional. Entonces, se crea un grupo de trabajo que genera un Draft Proposal (DP). Cuando se comprueba que éste cumple las directivas ISO, se clasifica como Draft International Standard (DIS). Estos documentos se distribuyen entre todos los miembros para comentarlo y votarlo. Al texto final, aprobado y publicado se le llama International Standard (IS). Una de las principales contribuciones de ISO es el modelo de referencia OSI que se verá en el tema 3. * Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE). Además de publicar numerosas revistas profesionales y de promover una multitud de conferencias cada año, también tiene un grupo que desarrolla estándares en el área de la ingeniería eléctrica y los ordenadores. Es una de las principales promotoras de la normalización dentro del campo de las redes de área local. Los estándares IEEE son, normalmente, adoptados por ISO. * American National Standards Institute (ANSI). Los miembros de esta organización son, básicamente, empresas y operadoras telefónicas. A parte de realizar las mismas funciones en EE.UU. que AENOR en España, también han generado estándares posteriormente adoptados por ISO. Las actividades, dentro de ANSI, están divididas en varios comités. El comité‚ X3, por ejemplo, se encarga de la normalización de los sistemas de procesamiento de la información. * Electronic Industries Association (EIA). Sus principales actividades se centran en los estándares a nivel físico y eléctrico. La EIA publica sus propios estándares que también suelen ser adoptados por ANSI e ISO. Uno de sus estándares más conocidos es la interfaz RS-232 que se verá en el tema 2. * Algunos de los organismos europeos relacionados con la comunicación de datos y las redes de ordenadores son los siguientes: Conference Eurepeén des Administrations des Postes et des Télècommunications (CEPT), European Computer Manufacturers Association (ECMA) y European Tèlecommunications Standards Institute (ETSI). * Forums. Recientemente se han creado una serie de grupos o foros importantes en la normalización de algunos nuevos estándares. Es el caso del Frame Relay Forum o del ATM Forum. Suelen centrarse en la parte que no cubren los estándares oficiales. Suelen formar parte de éstos todos los fabricantes de productos de la tecnología relacionada. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 7 Profesor : Sebastià Ginard Julià 1.5. Ejercicios. 1.- Es lo mismo una red de ordenadores que un sistema distribuido?. Explicar el porqué. 2.- Nombrar y definir los componentes generales de una red. 3.- Nombrar y definir los tipos de redes que existen según su clasificación geográfica. 4.- Qué se entiende por arquitectura de red y por protocolo?. Dar algunos ejemplos de arquitecturas de red. Sabrías dar el nombre de algún protocolo? 5.- Qué es una aplicación de red?. Dar ejemplos. 6.- Dar ejemplos de redes. Escribirlos en el orden de mayor a menor importancia o popularidad que creas que tengan. 7.- Porqué son necesarios los estándares en la comunicación de datos? Nombrar algunas organizaciones que se dediquen a dicha actividad. Módulo Comunicaciones Industriales (ARI2) Pàgina 8 Profesor : Sebastià Ginard Julià
