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1. ¿Qué es la Comunicación?
Es principalmente transmitir información desde un punto a otro a través de una sucesión
de procesos. Los diferentes medios de comunicación tienen algo en común: transmiten
información.
2. ¿Qué es la telecomunicación?
Las telecomunicaciones es la comunicación a distancia, técnica que consiste en
transmitir un mensaje desde un punto a otro, normalmente con una comunicación de tipo
bidireccional. Las telecomunicaciones abarcan varias formas de comunicación a
distancia, la radio, telegrafía, televisión, transmisión de datos e interconexión de PCs a
nivel de enlace.
3. ¿Cómo es el proceso de un Sistema de Comunicaciones?
Dentro del *procesamiento de comunicaciones digitales* se trabaja con:
El formato: este transforma la información de la fuente a una simbología digital.
La codificación de la fuente: produce conversión A/D si se trata de fuente análogas
y elimina la información redundante o innecesaria.
El cifrado: evita que el mensaje sea entendido por usuarios no autorizados y
previene que se introduzcan falsos mensajes.
La codificación del canal: donde se puede reducir la probabilidad de error o los
requerimientos de SNR a expensas del ancho de banda o complejidad en el
decodificador.
Dentro de los procesos de un Sistemas Digital de Comunicaciones se trabaja con:
Generación (Abstracta): Es la generación de señal mensaje en la fuente de
información.
La descripción (Símbolos): Generación de señal mensaje en la fuente de
información.
La codificación (la adecuación al medio):
Codificación de Fuente: elimina información redundante.
Codificación de Canal: Adiciona información adecuada.
Modulación: adaptación al canal de transmisión.
La transmisión, decodificación y Regeneración de Información:
Transmisión a través de un canal.
Demodulación: recuperación de versión ruidos de la señal original.
Decodificación de Canal: eliminar perturbaciones y estimar (recuperar) la señal
original.
Decodificación de Fuente: añadir información redundante necesaria para su
reinterpretación por el nuevo dispositivo de recepción.
Entrega de la señal mensaje estimada al usuario destino.
4. Tareas de un Sistema de Comunicaciones:
Uso de un Sistema de Transmisión: Que tiene una necesidad de uso eficaz de los
recursos. Intervienen técnicas de multiplexación y control de flujo.
Generación de señal: Generar señales electromagnéticas para que la misma se
propague por el medio de transmisión hasta el receptor.
Sincronismo: Sincronismo entre el transmisor y el receptor. Sincronismo en la
interfaz.
Gestión del intercambio: Reglas y requisitos a cumplir por ambas partes para que la
comunicación tenga efecto.
Detección y corrección de errores: Para el caso que sea necesario se aplican una o
ambas tareas.
Control de flujo: La forma de regular el flujo de información para que no se
reproduzca perdida de información por congestión.
Direccionamiento: La manera de identificar las fuentes y destinos.
Enrutamiento: El camino que se decide por el que los datos son enviados por la
fuente hacia un destino específico.
Recuperación: Recupero ante una falla.
Formato de mensajes: Acuerdo entre fuente y destino.
Seguridad y gestión de red: Se asegura que la información enviada por la fuente la
recibe sólo el receptor. Y en gestión monitorea y configuración de los recursos que
hacen al sistema.
5. Networking
El objetivo básico de una red es permitir que la información se pueda compartir entre
personas y/o máquinas. Uno de los tipos más comunes de redes es la Red de Área Local
o LAN. Una red de computadoras puede definirse como "dos o más computadoras
conectadas de alguna manera por la cual son capaces de intercambiar información."
según Gary A. Donahue, de Network Warrior, 2007.
A través del networking, es posible que diferentes tipos de computadoras se
comuniquen. Dentro del networking, lo más importante es que todos los dispositivos
hablen el mismo idioma o protocolo.
Las LANS lograron reducir costos al permitir la utilización compartida entre periféricos,
archivos y demás dispositivos de forma más eficiente. Con el aumento de su popularidad
y uso, se hizo necesario la vinculación de distintas LAN's para poder transferir
información. La solución fue la creación de las Redes de Área amplia, las WAN. LAs WAN
hicieron posible que las empresas se comunicaran entre ellas, aún estando
geográficamente alejadas entre sí.
Central de Conmutación (Def):
Una central de conmutación dentro de las telecomunicaciones, es una dispositivo clave
pata poder permitir la comunicación fluida entre diferentes dispositivos redes. Su función
principal es permitir que los usuarios se conecten entre si a través de diferentes medios
de comunicación. En otras palabras, en un "puente" entre diferentes sistemas de
comunicación. Puede ser sistemas telefónicos, plataformas de comunicaciones más
complejas. Actualmente, se usan varios tipos de centrales de conmutación dentro de las
telecomunicaciones:
Centrales telefónicas analógicas: Estas son las que se consideran más antiguas.
Centrales telefónicas digitales: usan señales digitales para transmitir la voz y otros
datos.
Centrales híbridas: Combinan las características de las centrales analógicas y
digitales.
Centrales telefónicas basadas en tecnología IP: Usan el protocolo de Internet para
transmitir la voz como los datos a través de la red.
Centrales virtuales: Son sistemas basados en la nube que proporcionan servicios
de centralita sin necesidad de una hardware físico.
6. Redes de Datos:
La comunicación se realiza por la transmisión de datos a través de nodos de
conmutación. A los nodos de conmutación no les importa el contenido. Los dispositivos
extremos se denominan estaciones (las computadoras, las terminales, los teléfonos,
etc). Los nodos se conectan con cierta topología a través de enlaces de transmisión. Las
estaciones se conectan a un nodo. El conjunto de nodos es una red de comunicaciones.
7. Evolución cronológica de las distintas redes:
El primer avance que se hace en la red de transmisión entre las centrales de un aérea
múltiple comienza con la posibilidad de transmitir sobre los pares de cobre señales
digitales.
7.1 TDM (Time Division Multiplexing):
TDM (Time Division Multiplexing): Esta tecnología consiste en la intercalación en el
tiempo de nuestras de diferentes fuentes de tal manera que la información de toda ellas
sea transmitida en serie sobre un mismo canal de transmisión. Es el método de combinar
diversas señales muestreadas en una secuencia previamente definida.
Existe dos normas fundamentales para esta multicanalización:
La norma americana que contempla el envío de 24 señales simultaneas de 64
Kbits/s con una capacidad final de 1.536 Mbits/s. Su denominación es T1.
La norma europea en la que envían 30 señales con carga de datos mas dos de
control (30 + 2). 30 canales x 64 Kbits/s = 2.048 Mbits/s. Su denominación es E1.
7.2 PCM (Pulse Code Modulation):
Después del PCM que utilizaba como medio físico los cables multipares de cobre, se
logra otro salto cuantitativo con el advenimiento de la Fibra Óptica como medio superior
de transmisión. Esto permitió un crecimiento en las posibilidades que ofrecía este método
de multicanalización.
El último paso hasta el presente proceso evolutivo de los sistemas de transmisión lo
constituye la Tecnología IP. IP es un protocolo no orientado conexión, división en caso
de ser necesario en paquetes, direccionamiento con direcciones internet de 32 Bits.
Tamaño máximo de los paquetes: 65535 bytes. Tiempo de vida finito de los paquetes.
Entrega de acuerdo al "mejor esfuerzo".
8. Central de conmutación Digital:
Las evoluciones posteriores de este tipo de Centrales de Conmutación se presentan solo
con modificaciones de software:
La última evolución de esta tecnología es el salto cualitativo desde el concepto de la
conmutación de circuitos a la de paquetes IP. Estas funciones, es decir la comunicación
de clientes entre sí, ya no son efectuadas principalmente por hardware sino que en una
red totalmente IP, lo que en realidad se "conmuta" son paquetes y acá juegan roles
especiales los routers distribuidos en toda la red. El equipo final o de conmutación
propiamente dicho lo constituye el softswitch.
9. ¿Qué es Internet?
El Internet es una red de redes. Es una red conectada a otra de manera continua y
simultanea. Internet es una plataforma mundial de comunicaciones multimedia, basada
en el en muchos protocolos y el direccionamiento de objetos de información, servicios e
individuos basado en el DNS (Domain Name System) que es el vehículo para todas las
actividades que se relacionen en cualquier grado con el intercambio de información
humana y de contenido en tiempo real o diferido (voz, datos, videos) y de información de
comunicaciones y control entre sistemas (multimedia), utilizando diferentes sistemas
informáticos y terminales de usuarios fijas y/o móviles.
9.1 Organismos de Estandarización:
En las redes de datos, intervienen principalmente los siguientes organismos de
estandarización:
ISOC - Internal Society (1992) Miembros de la comunidad de Internet.
IAB - Internet Activity Board (1993) Diseño, Ingeniería y Administración de
Internet.
IETF - Internet Engineering Task Force.
IRTF - Internet Research Task Force (Grupo de trabajo de investigación para
internet.
IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers.
ISO - International Organization of Standardization.
FNC - Federal Networking Council (Consejo federal de Redes).
La IETF es una gran comunidad internacional abierta de diseñadores,
operadores, proveedores e investigadores de redes preocupados por la
evolución de la arquitectura y el buen funcionamiento de Internet. El trabajo se
organiza en grupos por tema y cubre varias áreas (enrutamiento, transporte,
seguridad, etc.).
La ISO es una organización internacional no gubernamental independiente con
164 organismo nacionales de normalización como miembros. ISO llegó a
publicar 22784 normas internacionales y documentos relacionados, que cubren
casi todas las industrias, desde la tecnología hasta la seguridad alimentaria, la
agricultura y la atención médica. Las normas internacionales ISO impactan a
todos, en todas partes. el Sus inicios se dan el 23 de febrero de 1947.
La IEEE es una asociación dedicada a promover la innovación y la excelencia
tecnológica en beneficio de la humanidad, es la sociedad profesional técnica
más grande del mundo. Se diseño para servir a profesionales involucrados en
todos los aspectos de los campos eléctricos, electrónicos e informáticos y
áreas relacionadas de ciencia y tecnología que subyacen a la civilización
moderna. La IEEE es un desarrollador líder de estándares de la industria en una
amplia gama de tecnologías que impulsan la funcionalidad, capacidades e
interoperabilidad de productos y servicios, por ejemplo: IEEE 802 - Redes
LAN/MAN, IEEE 802.3 - Ethernet, IEEE 802.11 - Wi-Fi, IEEE 802.15 - Wireless
PAN.
1. Clasificación según área de cobertura:
1.1 WAN - Wide Area Networks:
Cubren una extensa área geográfica. Se construyen usando circuitos/servicios provistos
por carriers. Dentro de las telecomunicaciones un carrier es un operador de telefonía que
proporciona conexión a Internet a alto nivel. Son empresas de telecomunicaciones que
ofrecen servicio de conexión para empresas y usuarios particulares. Estas empresas
manejan grandes redes y sistemas de comunicación para proveer servicios de alta
calidad.
Son vínculos o redes de largo alcance.
Tradicionalmente son comunicaciones punto a punto.
Cubre los requerimientos de unir diversas LANs y MANs.
Puede tener limitaciones de velocidad y retardo.
Sus tecnologías por lo general son:
X.25
Frame relay
ATM (Asynchronous Transfer Mode)
1.2 MAN - Metropolitan Area Networks:
Cobertura circunscripta a una ciudad o área de la misma. Puede ser pública o privada:
Entre LANs y WANs.
El formato tradicional de las WANs (punto a punto conmutado) resulta inadecuado
para el crecimiento de las organizaciones.
Requerimientos de altas velocidades a costos menores, en áreas grandes.
Tecnologías:
Wireless Networks
Metropolitan Ethernet (MetroEthernet)
1.3 LAN - Local Area Networks
Geográficamente restringidas a oficinas, edificios, campus o casas. Normalmente los
dispositivos conectados, así como su infraestructura pertenecen a una única
organización. Altas velocidades.
Corto alcance.
Típicamente un solo edificio o un grupo de ellos.
Apunta a diferentes soluciones técnicas.
Usualmente una LAN es de una misma organización.
La responsabilidad de la gestión queda en el dueño,
Las velocidades de datos de las redes LAN suele ser alto,
Tecnologías:
Ethernet
Token Ring
FDDI
ATM
WIFI
1.4 PAN - Personal Area Network
PAN es una red informática para interconectar dispositivos centrados en el espacio de
trabajo de una persona. Una PAN proporciona transmisión de datos entre dispositivos
como PC, teléfonos, tablets y wearebles, etc.
Posicionamiento:
No compite con WIFI porque los alcances y velocidades no son comparables.
El target son los dispositivos que no requieren grandes volúmenes de datos a
transferir.
Características:
El alcance de la PAN se extiende a 10 metros.
WPAN: Red PAN inalámbrica.
Se apoya en protocolos definidos en IEEE 802.15.
Redes PAN inalámbricas.
Protocolos cableados (USB, FireWire, etc.).
Bajo costo y bajo consumo.
Hasta 8 dispositivos por red.
Data rates menores a 1Mbps.
Tecnologías:
Bluetooth IEEE 802.15.1
2. Tipos de redes:
2.1 Point-to-Point:
El canal de datos es usado para la comunicación entre dos nodos. En este escenario
ambos dispositivos se consideran iguales en el proceso de comunicación. Puede ser:
Simplex, Half duplex y Full duplex.
2.2 Multipoint:
Acá varios elementos están conectados en un mismo medio, se pueden ver entre sí, si lo
requieren. Cada nodo puede transmitir y recibir.
2.3 Switched Networks:
Contiene nodos de conmutación. Estos nodos no tienen injerencia en el contenido de los
transmitido. La información atraviesa la red pasando a través de los nodos.
Clasificación: conmutación de circuitos, conmutación de paquetes.
3. Clasificación según la forma de transmisión:
Conmutación de paquetes: Es no orientado a la conexión. La información (datos) se
transfieren a la red divididos en pequeñas unidades que se las llama paquetes, que
contienen la información que permite al hardware de la red saber a donde y cómo enviar
un paquete de una máquina a otra.
La principales ventajas son que pueden procesarse múltiples comunicaciones entre
múltiples máquinas, su costo y su desempeño.
La conmutación de paquetes es más adecuada para la transmisión de datos comparada
con la conmutación de circuitos.
3.1 Tipos de transmisión:
Simplex: Es unidireccional, es la transmisión que ocurre en una sola dirección,
deshabilitando al receptor de responder al transmisor.
Half Duplex: Permite transmitir en ambas direcciones, sin embargo, la transmisión
puede ocurrir solamente en una dirección a la vez.
Full Duplex: describe a la transmisión y recepción de datos simultáneas a través de
un canal. Un dispositivo que opera en modo full duplex es capaz de realizar
transmisiones de datos de red bidireccionales al mismo tiempo. Puede enviar y
recibir datos al mismo tiempo, lo que mejora el rendimiento al duplicar el uso del
ancho de banda.
4. Topologías de la red:
Topología física de red: es una representación gráfica o mapa de cómo de unen en red
las estaciones de trabajo de la red y sus dispositivos. Tipos:
Topología de malla: Todas las estaciones de la red se conectan entre sí.
Topología de anillo: Consta de varios nodos unidos formando un círculo lógico. Los
mensajes se mueven de nodo en una sola dirección. El cable forma un bucle cerrado
formando un anillo.
Topología estrella: Todas las estaciones de la red tienen que pasar a través de un
dispositivo conocido como concentrador (HUB).
Topología bus: Consta de un único cable (BUS) al que se conecta cada dispositivo
de la red.
5. Medios de Networking:
Para que los dispositivos transmitan entre ellos esta información codificada, tienen que
estar conectados físicamente entre sí. Entonces, se usa cableado de distintos tipos:
Cable coaxial.
Par trenzado.
Fibra óptica.
A estos materiales se los denomina medios de transmisión. El tipo de medio a
utilizar se va a determinar en base a:
La velocidad que se desea que los datos se envíen por la red.
El costo.
La ubicación física y geográfica del cableado.
5.1 Cable Coaxial:
El cable coaxial consiste en dos elementos de conducción. 1) Uno está ubicado en el
centro del cable y es un conductor de cobre. 2) El conductor de cobre está rodeado por
un cable de aislación flexible. 3) Sobre este material aislante hay un blindaje compuesto
de un trenzado de cobre tramado o una malla metálica que actúa como segundo cable
del circuito. 4) El trenzado exterior actúa como blindaje del conductor interno. 5) De este
modo ayuda a reducir la cantidad de interferencia.
Existen dos tipos de cable coaxial:
THICK (Grueso): Más conocido como cable amarillo. Fue el que más se utilizaba en
la mayoría de la redes por su velocidad y distancia mayores, pero son de costo alto y
con poca flexibilidad.
THIN (Delgado): Se utilizó para reducir costos en el cableado. Limitación en su
distancia, esto llevaba a la no regeneración de la señal.
5.2 Cable de par trenzado:
Se tiene que tomar en cuenta: El máximo que se puede separar los pares son de ½
pulgadas. El máximo de tensión que se puede aplicar es de 11.34 Kg.
Tipos de cable de par trenzado:
UTP (Unshielded Twisted Pair):
Es un cable de par trenzado normal. No tiene blindaje. Bajo costo y su facilidad de
manejo. Su mayor desventaja es su alta tasa de error, limitaciones para trabajar a grandes
distancias. Con el tiempo se convirtió en el sistema de cableado más ampliamente usado
en el mercado.
Los pares trenzados minimizan los efectos electromagnéticos causados por el cable, así
como también la interferencia de campos externos.
STP (Shielded Twisted Pair):
Los pares trenzados están protegidos por una malla metálica, y cada par por una lamina
blindada. La malla evita las interferencias (menor tasa de error).
Alto costo de fabricación.
6. Atenuación:
6.1 ¿Qué es?
La atenuación representa la perdida de potencia de señal a medida que esta se propaga
desde el transmisor hacia el receptor. Se mide en decibeles.
Atenuación = 20 Log10 (V. Trans/V. Rec.)
Se puede medir en una vía (round trip). Una atenuación pequeña es buena y es lo que
busca ya que significa que es la correcta combinación entre la atenuación del cable y los
conectores adecuados con su longitud correcta y su correcto crimpeamiento.
Near End CrossTalk (NEXT);
Es la interferencia electromagnética causada por una señal generada por un par sobre
otro par resultando en ruido.
*NEXT = 20Log10 (V. Trans./V. Acoplado)
(V. Acoplado es el "ruido" en el segundo par.)
Se mide en el extremo del transmisor (donde la señal es más fuerte).
Un NEXT grande es bueno y es lo buscado ya que cuanto mayor es este valor, menor es
el ruido que es producido por el segundo par. Cuando un sistema de cableado tiene
problemas con el NEXT pueden ocurrir errores en la red. Para evitar el NEXT se usa el
cable y los conectores adecuados ponchados de manera correcta.
6.2 ACR (Attenuation-to-crosstal ratio)
Tambien conocido como headroom, es la diferencia en decibeles (dB), entre la
atenuación de la señal producida por un cable y el NEXT. Para que una señal sea recibida
con una tasa de errores de bit aceptable, la atenuación y el NEXT tiene que estar
optimizados.
En la práctica, la atenuación depende de la longitud y el diámetro del cable y es una
cantidad fija. Sin embargo, el NEXT puede reducirse asegurando que el cable esté bien
trenzado, no aplastado, y asegurando que los conectores estén instalados
correctamente.
El NEXT también puede ser reducido cambiando el cable UTP por STP.
El ACR tiene que estar de varios dB para que el cable funcione adecuadamente. Si el ACR
no es lo suficientemente grande, los errores se presentan con más frecuencia. Una
pequeña mejora en el ACR reduce dramáticamente la tasa de errores a nivel de bit.
7. Fibra Óptica:
Constituido por uno o más hilos hechos de cuarzo fundido o plástico especialmente
tratado. Cada uno de estos consta de:
Núcleo central.
Cubierta del núcleo.
Aislante entre fibras.
Tienen un gran anchoo de banda.
Baja atenuación de la señal.
Integridad.
Inmunidad a interferencias.
Alta seguridad.
Larga duración.
Alto costo en fabricación e instalación.
¿Cómo funciona?
¿Por qué no se sale la luz de la fibra óptica? La luz no se escapa del núcleo porque la
cubierta y el núcleo están hechos de diferentes tipos de vidrio (y por lo tanto tienen
diferentes índices de refracción). Esta diferencia en los índices obliga a que la luz sea
reflejada cuando toca la frontera entre el núcleo y la cubierta.
El cable de la fibra óptica:
Revestimiento: Capa de protección puesta sobre la cubierta. Se hace con un
material termoplástico si se requiere rígido o con un material tipo gel si necesita que
sea suelto.
Material de refuerzo: Sirve para proteger la fibra de esfuerzos a los que sea
sometida durante la instalación, de contradicciones y expansiones debidos a
cambios de temperatura, etc. Se hacen de varios materiales, desde acero (en
algunos cables con varios hilos de fibra) hasta Kevlar.
Envoltura: Es el elemento del cable. Es el que protege al cable del ambiente donde
esté instalado. De acuerdo a la envoltura que se use el cabe es para interiores,
exteriores, aéreo o para ser enterrado.
7.1 Tipos de Cable de fibra óptica:
Cable aéreo (de 12 a 96 hilos):
Es cable para exteriores, ideal para aplicaciones de CATV.
1. Alambre mensajero. 2. Envoltura de polietileno. 3. Refuerzo, 4. Tubo de protección, 5.
Refuerzo central, 6. Gel resistente al agua, 7. Fibras ópticas, 8. Cinta de Mylar. 9. Cordón
para romper la envoltura de instalación.
Cable de alta densidad de hilos (de 96 a 256 hilos):
Cable para exteriores para troncales de redes de telecomunicaciones.
1. Polietileno, 2. Acero corrugado, 3. Cinta impermeable, 4. Polietileno, 5. Refuerzo, 6.
Refuerzo central, 7. Tubo de protección, 8. Fibras ópticas, 9. Gel resistente al agua, 10.
Cinta de Mylar, 11. Cordón para romper la envoltura.
7.2 Clases de fibras ópticas:
Multimodo:
Usada generalmente para comunicación de datos. Tiene un núcleo grande (más fácil de
acoplar). En este tipo de fibra muchos rayos de luz (o modos) se pueden propagar
simultáneamente. Cada modo sigue su propio camino. La máxima longitud recomendada
del cable es de 3 Km. I = 850 nm.
Monomodo:
Tiene un núcleo más pequeño que la fibra multimodo. En este tipo de fibra sólo un rayo
de luz (o modo) puede propagarse a la vez. Es utilizada especialmente para telefonía y
televisión por cable. Permite transmitir a altas velocidades y a grandes distancias (40
km). I = 1300 nm.
8. Ancho de banda de la fibra óptica:
Los fabricantes de fibra multimodo especifican cuánto afecta la dispersión modal a la
señal estableciendo un producto ancho de banda-longitud (o ancho de banda).
Una fibra de 200Mhz-km puede llevar una señal de 200 MHz un Km de distancia o 100
MHz en 2km.
La dispersión modal varía de acuerdo con la frecuencia de la luz utilizada. Se deben
revisar las especificaciones del fabricante.
Un rango de ancho de banda muy utilizado en fibra multimodo para datos es 62.5/125
con 160 MHz-km en una longitud de onda de 850 nm.
La fibra monomodo no tiene dispersión modal, por eso no se especifica el producto
ancho banda-longitud.
Cuanto más conectores tenés, o más largo sea el cabe de fibra, mayor perdida de
potencia va a haber. Si los conectores están mal empatados, o si están sucios, va a haber
más perdida de potencia (por eso se tienen que usar protectores en las puntas de fibra
no utilizadas).
Un certificador con una fuente de a luz incoherente (un LED) muestra un valor de
atenuación mayor que uno con luz de LASER (Gigabit usa LASER, por eso la F.A para
gigabit debe certificarse con este tipo de fuente de luz).
9. Subcapa MAC y LCC
Todos los medios de transmisión y las topologías comprende una capa física del modelo
de capas de una red. La capa superior es la capa de enlace de datos, la cual comprende
dos subcapas:
MAC (Control de accedo al medio): Acceso a la Capa Física, Protocolos MAC
asociado a la topología, y considerando la Tecnología.
LLC (Control de enlace lógico): Entramado, Control de flujo, Control de Errores,
Independiente de la tecnología.
La Subcapa LCC maneja la comunicación de enlace de datos y define el uso de
puntos de interfaz lógica, llamados SAPs (Service Access Points) o puntos de
acceso al servicio. Estos estándar están definidos por Norma IEEE 802.2. Servicios
que proporciona la Capa de Red:
Entramado de la información:
Encapsulado de la información en trama.
Delimitación del principio y fin de la trama (conteo de caracteres, entre otros).
Control de errores:
División del flujo de información.
Suma de comprobación de trama (Checksum).
Códigos de paridad o redundancia.
Recuperación entre Fallos: Detectar y asegurar que todas las tramas sean
entregadas, en el orden correcto, a la capa de red del host destino.
Control de flujos: que un emisor no sature a un receptor lento (Técnicas de
retroalimentación).
La Subcapa MAC es la más baja de las dos subcapas, proporciona el acceso compartido
para las NIC de los host conectados. Trabaja en medio compartidos (LANs).
Esta capa se comunica directamente con la NIC y es responsable de difundir tramas
libres de colisiones entre dos o más dispositivos de subred.
Métodos de Acceso al Medio: Es el procedimiento que regulo la compartición del medio
físico de todos los equipos y maquinas conectadas a la subred:
Estático:
Métodos de acceso estático:
FDM (Multiplexación por división de frecuencia): para X usuarios el ancho de
banda se divide en X partes iguales (esto origina en algunos casos bajo
rendimiento).
TDM (Multiplexación por división de tiempo): cada usuario tiene asignado un
slot o intervalo temporal (esto origina en algunos casos perdida de ancho de
banda).
Dinámico: acá el aprovechamiento del canal es mayor, y se tiene que tener en
cuenta lo siguiente:
Métodos de enviar tramas.
Medio compartido.
Colisión.
Tiempo.
Portadora.
Subcapa MAC - Métodos de Acceso Dinámico:
Método de enviar tramas: si se tiene X host con un programa de usuarios que
genere tramas, no se transmite nada hasta que la trama anterior no se haya
transmitido con éxito.
Medio compartido: existe un único canal para todos los equipos, todos pueden
enviar y recibir. Las prioridades serán determinadas por los protocolos.
Colisión: si dos o más tramas se transmiten simultáneamente se superpondrán en el
tiempo (dañando la señal) dando lugar a una retransmisión de tramas.
Tiempo:
Continuo: La transmisión es el cualquier instante.
Ranurado: El tiempo se divide en intervalos discretos.
Portadora: este método puede seguir dos políticas:
Detección de portadora: los equipos pueden ver si el canal esta siendo utilizado
antes de intentar usarlo.
Sin detección de portadora: los equipos transmiten según el protocolo en
cuestión sin comprobar antes el estado del canal.
10. Modelo Jerárquico de tres capas:
![[Pasted image 20240409174339.png]]
1. Protocolos de red:
Los protocolos son conjuntos de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre dos
entidades. Son las normas que se acuerdan para poder producir la unificación de criterios
entre los fabricantes de redes de comunicaciones y telemáticas. La unificación o
estandarización de criterios tiene como fin la interconexión de dichas redes.
1.1 Definiciones básicas:
Sintaxis: es el formato del mensaje, acuerdo o procedimiento que se usa para la
transmisión de información (son los procedimientos normalizados).
Las acciones que tienen que realizar al transmitir o recibir mensajes por parte de los
nodos o equipos terminales de datos.
Semántica: es la información de control (coordinación, manejo de errores).
Tiempos: ajuste de velocidad, armado de secuencias.
1.2 ¿Por qué se usan protocolos?
Las comunicaciones de datos requieren procesos complejos:
El que envía identifica el camino de datos y el receptor.
Los sistemas negocian estados.
Las aplicaciones negocian estados.
Se produce traducción de formatos de archivos.
Para que todo esto pase, se requiere de altos niveles de cooperación.
2. ¿Cuáles son las tareas de los protocolos?
1. Establecer el canal de comunicaciones en caso de ser conmutado.
2. Establecer la transmisión.
3. Efectuar la Transmisión.
4. Verificar las transmisiones.
5. Fin de la transmisión.
6. Corte del canal.
3. ¿Qué función tienen que cumplir?
1. Segmentación y ensamblado.
2. Encapsulamiento.
3. Control de conexión.
4. Entrega de orden.
5. Control de flujo.
6. Control y detección de errores.
7. Direccionamiento.
4. Búsqueda de estandarización:
#Data-and-computer-comunications8thEdition
Cuando las computadoras, terminales y otros tipos de dispositivos que procesan
información entre ellos, el procedimiento involucrado en el medio puede ser bastante
complejo, tiene que existir un camino de datos entre ambos dispositivos.
4.1 ¿Cuáles son las tareas de los protocolos?
#Data-and-computer-comunications8thEdition
1. El sistema del dispositivo tiene que activar el procedimiento que usa para crear el
camino de datos que se va usar o informar al dispositivo de red el destino al que
quiere llegar.
2. El sistema encargado de este proceso tiene que chequear que el destino está
preparado para poder recibir datos.
3. El software/hardware/programa que se use para transferir estos datos tiene que
certificar que el dispositivo de destino está preparado para aceptar y guardar los
archivos en el correcto formato.
4. Si el formato que usan estos dos sistemas que se quieren comunicar son distintos, el
emisor o el receptor tiene que ser el encargado de transformar los datos al correcto
formato para hacer la transmisión.
Claramente entre ambas partes se necesita un nivel alto de cooperación para lograr
esta conexión exitosamente. En vez de emplear todo este proceso dentro de un solo
módulo, se divide en subtareas que se implementan de manera separadas.
Cada capa del proceso trabaja con una única parte del proceso de comunicación
entre dos partes. Dentro del Modelo OSI (que se introduce abajo) cada capa
depende exactamente de la capa que se encuentra justo abajo para poder llevar a
cabo funciones más básicas o primitivas. Por ejemplo, la capa de Transporte
depende de la Capa de Red para enviar y recibir paquetes. Además, cada capa del
Modelo OSI oculta los detalles de cómo realizar sus funciones a las otras capas. Esto
significa que cada capa no necesita saber exactamente cómo exactamente las otras
capas están haciendo sus tareas, siempre y cuando cada una realice de manera
correcta su parte del proceso. Finamente, cada capa del Modelo OSI proporciona
servicios a la capa que está justo encima de ella. Por ejemplo, la Capa de Red
proporciona servicios de envío y recepción de paquetes a la capa de transporte.
4.2 Compatibilidad e interoperabilidad:
La estandarización posibilitó a los equipos informáticos de diferentes fabricantes poder
comunicarse entre sí con éxito en una misma red. O
5. Modelo OSI:
#Data-and-computer-comunications8thEdition
El Open Systems Interconnections (OSI) hace referencia al modelo desarrollado por la
International Organization for Standardization (ISO), modelo para cada arquitectura de
una computadora como infraestructura para desarrollar estándares de protocolos. Las
capas más bajas están encargadas de la transmisión en la red, las más altas de la
transmisión entre los host. El modelo OSI consiste en 7 CAPAS:
APLICATION (Capa de aplicación): Es la única capa que interactúa directamente
con los datos del usuario. Las aplicaciones de software, como navegadores web y
clientes de correo electrónico, dependen de la capa de aplicación para iniciar
comunicaciones. Sin embargo, hay que recordar que las aplicaciones de software
del cliente no forman parte de la capa de aplicación, más bien, la capa de aplicación
es responsable de los protocolos y la manipulación de datos de los que depende el
software para presentar datos significativos al usuario. Los protocolos de la capa de
aplicación incluyen HTTP, como también SMTP.
PRESENTATION (Capa de presentación): Esta es la capa principalmente
responsable de preparar los datos para que los pueda usar la capa de aplicación,
en otras palabras, la capa 6 hace que lo datos se preparen para su consumo por las
aplicaciones. La capa de presentación es responsable de la traducción, el cifrado y
la compresión de los datos. Dos dispositivos de comunicación que se conectan entre
sí podrían estar usando distintos métodos de codificación, por lo que la capa 6 es la
responsable de traducir los datos entrantes en una sintaxis que la capa de
aplicación del dispositivo receptor pueda entender. Si los dispositivos se
comunican a través de una conexión cifrada, esta misma capa es responsable de
añadir el cifrado en el extremo del emisor, así como de codificar el cifrado en el
extremo del receptor, para poder presentar a la capa de aplicación de datos
descifrados y legibles. Además, la capa de presentación también es la encargada de
comprimir los datos que recibe de la capa de aplicación antes de ser enviados a la
capa de sesión.
SESSION (Capa de sesión): La capa de sesión es la responsable de la apertura y
cierre de comunicaciones entre dos dispositivos. Este tiempo que transcurre entre
la apertura de la comunicación y el cierre de esta se conoce como sesión. La capa
de sesión garantiza que la sesión permanezca abierta el tiempo suficiente para
transferir todos los datos que se está intercambiando, después de esto, se cierra
sin demora la sesión para evitar desperdicios de recursos. Esta capa también
sincroniza la transferencia de datos utilizando puntos de control. Por ejemplo, si un
archivo de 100 MB se está transfiriendo, a capa de sesión podría fijar un punto de
control cada 5 MB. En caso de desconexión o caída tras haberse transferido, por
ejemplo, 52 MB, la sesión podría reiniciarse a partir del último punto de control, con
lo cual solo quedarían unos 50 MB pendientes de transmisión. Sin esos puntos de
control, la transferencia en u totalidad tendría que reiniciarse desde cero.
TRANSPORT (Capa de Transporte): La capa 4 o de transporte es la responsable
de la comunciaciones de extremo a extremo ntre dos dispositivos. Esto implica,
antes de proceder a ejecutar el envío a la capa 3, tomar datos de la capa de sesión
y fragmentarlos seguidamente en trozo más pequeños que se los llama
segmentos. La capa de transporte del dispositivo receptor es responsable de
rearmar estos segmentos y construir los datos que la capa de sesión pueda o tenga
que procesar. La capa de transporte también es responsable del control de flujo y
el control de errores. El control de flujo determina una velocidad óptima de
transmisión para garantizar que un emisor con una conexión rápida no abrume a un
receptor con una conexión lenta. La capa de transporte realiza un control de errores
en el extremo receptor al garantizar que los datos recibidos estén completos y
solicitar una retransmisión si no lo están. Los protocolos más comunes de esta capa
incluyen el TCP y el UDP.
NETWORK (Capa de Red): La capa de red es responsable de facilitar la
transferencia de datos entre dos redes diferentes. Si los dispositivos que se
comunican se encuentran en la misma red, entonces la capa de red no es necesaria.
Esta capa divide los segmentos de la capa de transporte en unidades más
pequeñas que se llaman paquetes, en los dispositivos del emisor, y se vuelven a
juntar estos paquetes en el dispositivo del receptor. La capa de red también busca la
mejor ruta física para que los datos lleguen a su destino, esto se conoce como
enrutamiento. Los protocolos de la capa de red incluyen IP, ICMP, IGMP y el
paquete IPsec.
DATA LINK (Capa de enlace): La capa de enlace de dtos es muy similar a la capa de
red, a diferencia que la capa de enlace de datos facilita la transferencia de datos
entre dos dispositivos dentro la misma red. La capa de enlace de datos toma los
paquetes de la capa de red y los divide en partes todavía más pequeñas que se
llaman tramas. Al igual que la capa de red, también es responsable del flujo y el
control de errores en las comunicaciones dentro de la red (la capa de transporte
solo realiza tareas de control de flujo y de control de errores para las
comunicaciones dentro de la red).
PHYSICAL (Capa Física): Esta capa incluye el equipo físico implicado en la
transferencia de datos, tal como los cables y los conmutadores de red. Esta
también es la capa donde los datos se convierten en una sencuencia de bits. La
capa física de ambos dispositivos tienen que estar de acuerdo en cuanto a una
convención de señal para que los 1 puedan distinguirse de los 0 en ambas partes.
Ejemplos de algunos protocolos:
- Capa Física: (Estándares) DSL, IEEE 802.
- Capa de enlace de Datos: ARP, HDCL, IEEE 802.3, PPP, ATM.
- Capa de Red: IPv4, IPv6, IPX, Apple Talk, IPsec, ICMP, IGMP.
- Capa de Transporte: TCP, UDP, SPX.
- Capa de Sesión: NetBIOS. L2TP. SAP.
- Capa de Presentación: SSL, TLS.
- Capa de Aplicación: HTTP, POP3, STMP, IMAP, FTP.
Originalmente los diseñadores del Modelo OSI asumieron que este modelo y los
protocolos desarrollados dentro de este modelo llegarían a dominar las
comunicaciones informáticas, remplazando eventualmente las implementaciones de
protocolos propietarios y modelos multivendedor rivales como TCP/IP.
En el momento que se estaba desarrollando el Modelo OSI, los protocolos TCP/IP ya
existían. Estos fueron creados en 1974 como un solución práctica par un problema
del ejercito: transmitir información de forma segura entre una red de computadoras
distribuidas capaces de sobrevivir a un ataque nuclear (ARPANET).
A pesar de las expectativas iniciales, el Modelo OSI no logró remplazar a TCP/Ip.
Mientras que muchos usuarios estaban esperando que OSU sea la solución al
problema de interconexión a nivel global que tenían, creció el uso de TCP/IP para
satisfacer las presiones concretas a corto plazo para la interoperabilidad. La
burocracia y lentitud en la creación de las normas, junto con las divisiones entre los
ingenieros informáticos de OSI y los de telecomunicaciones, terminaron matando a
OSI.
En cuanto a si TCP/IP respeta el modelo OSI, la respuesta es que sí y no (Se va a
desarrollar más a fondo después). Existen varias razones de por qué TCP/IP creció
más que OSI. Una podría ser que TCP/IP era un protocolo maduro y bien testeado,
mientras que los protocolos que se estaban desarrollando para OSI todavía estaban
en esta misma etapa. Cuando los negocios se dieron cuenta de esta necesidad de
interoperabilidad, el protocolo más acertado en ese momento para usar era
claramente TCP/IP.
Otra razón podría ser que el Modelo OSI es según muchos expertos,
innecesariamente complejo, con 7 capas para realizar tareas que TCP/IP hace con
menos.
5.1 Estandarización con OSI:
El objetivo principal de OSI era brindar esta infraestructura para poder estandarizar las
comunicaciones entre sistemas informáticos. Con este modelo, uno o más protocolos
estándar pueden ser desarrollados en cada capa. El modelo define en términos generales
que funciones se tienen que cumplir en cada capa y esto se podía lograr gracias a que:
Las funciones que tenían que cumplir cada capa esta bien definidas, los estándares
pueden ser desarrollados de manera independiente y simultáneamente para cada
capa. Esto facilitaba y aceleraba el proceso.
Los límites entre cada capa estaban también bien marcados, cambiar algo en una
capa no podría afectar al software que corre sobre otra capa. Esto facilita que se
pueden agregar nuevos estándares.
La siguiente imagen muestra el uso de OSI como infraestructura. Todo el proceso
está dividido en 7 Capas:
La siguiente figura muestra específicamente la naturales de por qué se necesita esta
estandarización en cada capa. Hay 3 elementos que son clave:
La especificación del protocolo: Dos entidades en la misma capa pero de
diferentes sistemas cooperan y interactúan entre sí mediante el protocolo. Como
dos distintos sistemas abiertos están involucrados, se tiene que especificar
exactamente que protocolo se va a usar. Esto incluye el formato de la información
que se va a intercambiar, la semántica que se va a usar y la secuencia disponible de
PDUs. Las siglas PDU corresponden a "Protocols Data Units" o "Unidades de Datos
de Protocolo", un PDU en un bloque de información que se transmite como una
unidad única entre nodos de una red. En cada capa de OSI, los PDUs tienen distintos
nombres y estructuras. Por ejemplo, en la Capa de Transporte, un PDU se llama
"segmento" o "datagrama", mientras que en la Capa de Red, se llama "Paquete".
Definición de Servicio: Para que el protocolo/s opere en la capa que le asigne, se
necesita estandarizar lo que este vaya a enviar a la capa que le sigue, a la capa de
arriba.
Direccionamiento: Cada capa brinda servicios a entidades que se encuentran
después de ellos, a la que le sigue. Cada capa proporciona servicios a la capa
superior, servicios que pueden incluir cosas como el envío de datos, la detección y
correción de errores, el control de flujo de datos, etc. Las entidades que usan estos
servicios se las denomina Entidades de Servicio y se accede a ellas a través de lo
que se conoce como *Service access point (SAP) o Punto de acceso al servicio.
Un SAP es esencialmente una dirección o identificador que se usa para acceder a
una entidad de servicio en una capa específica. Por lo tanto, un Network Service
Access Point (NSAP), es un tipo de de SAP que se utiliza para acceder a una
entidad en la capa de Transporte. En otras palabras, un NSAP indica una entidad de
transporte que se un usuario del servicio de red.
5.2 Servicios primitivos y parámetros:
Los servicios entre las capas dentro de la arquitectura del Modelo OSU son expresados
dentro de los términos primitivos y parámetros.
Uno primitivo es una operación o función que se realiza en una capa. Por ejemplo, los
primitivos pueden incluir acciones como "Conectar", "Desconectar", "Envair datos", etc.
Cada primitivo específica la acción a realizar o informa sobre el resultado de una acción
previamente solicitada.
Los parámetros se usan para pasar datos e información de control cuando se realiza un
servicio primitivo. Por ejemplo, un parámetro podría ser el paquete de datos que se va a
enviar o recibir, o la dirección del SAP de la capa inferior.
Existen 4 tipos básicos de primitivos que se usan para definir la interacción entre dos
capas:
Request (Solicitud): Un primitivo enviado por la capa (N + 1) a la capa N para
solicitar un nuevo servicio.
Indication (Indicación): Un primitivo devuelto a la capa (N + 1) desde la capa N para
informar la activación de un servicio solicitado o de una acción iniciada por el
servicio de la capa N.
Response (Respuesta): Un primitivo proporcionado por la capa (N + 1) en respuesta
a un primitivo de indicación. Puede reconocer o completar una acción previamente
invocada por un primitivo de indicación.
Confirm (Confirmación): Un primitivo devuelto a la capa solicitante (N + 1) por la
capa N para reconocer o completar una acción previamente invocada por un
primitivo de solicitud.
Un ejemplo podría ser la transferencia de datos entre dos entidades en la misma
capa (N) en diferentes sistemas, usando el modelo OSI:
1. Solicitud de la entidad fuente: La entidad en la capa (N) en el sistema fuente (el que
envía los datos) solicita a su entidad en la capa (N + 1) que envíe datos. Esta
solicitud se realiza mediante un un "servicio primitivo de solicitud", que es una
operación o función que se realiza en una capa. Los parámetros asociados con esta
primitiva incluyen los datos que se van a transmitir y dirección del destino.
2. Preparación de la PDU por la entidad fuente: La entidad en la capa (N + 1) en el
sistema fuente prepara un PDU para ser enviado a su entidad homóloga en la capa
(N + 1) en el sistema de destino.
3. Entrega de los datos por la entidad de destino: La entidad en la capa (N + 1) en el
sistema de destino entrega los datos a la entidad apropiada en la capa (N) mediante
un "servicio primitivo de indicación", que incluye los datos y la dirección de origen
como parámetros.
4. Respuesta de la entidad de destino: Si se requiere un reconocimiento, la entidad en
la capa (N) en el sistema de destino emite un "servicio primitivo de respuesta" a su
entidad en la capa (N + 1).
5. Trasporte del reconocimiento por la entidad (N + 1): La entidad en la capa (N + 1) en
el sistema de destino transmite el reconocimiento en un PDU de la capa (N + 1).
6. Entrega del reconocimiento a la entidad fuente: El reconocimiento se entrega a la
entidad en la capa (N) en el sistema fuente como un "servicio primitivo de
confirmación".
5.2 Protocolos que funcionen sobre TCP:
Existen un gran número de aplicaciones que se configuraron para usarse con TCP y sus
protocolos. Lo 3 más comunes son:
El Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) que brinda una servicio básico para enviar
mensajes de correo electrónico a través de Internet o mediante una red informática.
Brinda mecanismos para transferir mensajes entre distintas servidores. Algunas de
las funcionalidades de SMTP son las listas de correo, entre otras. Este protocolo no
específica la forma en que los mensajes tienen que ser creados, se necesita algo en
el medio de la comunicación para que se encuentre todo en el mismo formato. Una
vez que un mensaje es creado, SMTP acepta el mensaje y hace uso de TCP para
enviarlo al módulo SMTP de otro servidor.
El File Transfer Protocol (FTP) se usa para enviar archivos de un sistema a otro. Se
pueden enviar tanto archivos de teto como binarios, y el protocolo brinda
características para controlar el acceso a usuarios. Cuando se quiere enviar un
archivo, FTP prepara una conexión TCP al sistema que haga de destino, con el
objetivo de controlar mensajes. Esta conexión habilita al usuario un ID y una
contraseña para especificar el archivo y las acciones sobre el mismo. Una vez que la
transferencia se aprueba, un segunda conexión por TCP se prepara para hacer la
transferencia. Cuando esta se completa el "control de conexión" se usa para la
espera de nuevas accione a arealizar sobre el archivo enviado.
6. TCP/IP:
IP o Internet Protocol es el sistema de direcciones de Internet y tiene la función
principal de entregar paquetes de información desde un dispositivo de origen a uno de
destino. Es la forma principal en la que se realizan las conexiones de red y establece la
base de Internet, pero NO gestiona el orden de los paquetes ni la verificación de errores.
Esta funcionalidad requiere de otro protocolo encargado de esto, normalmente el TCP o
Transmission Control Protocol.
La relación entre los protocolos TCP e IP es similar a enviar alguien un mensaje escrito en
un rompecabezas por correo postal. El protocolo IP garantiza que las piezas lleguen a
su dirección de destino. Por la otra parte, TCP sería como la persona que ordena las
piezas del rompecabezas en el otro lado. Reúnes las piezas en el orden correcto,
solicita el reenvío de las piezas que faltan e informa al remitente de que se recibió todo
con éxito. Además, mantiene la conexión con el remitente antes del envío de la primera
pieza del rompecabezas hasta después del envío de la última pieza.
IP es un protocolo sin conexión, lo que significa que cada unidad de datos se aborda
individualmente y se enruta desde el dispositivo de origen al dispositivo de destino, que
no envía una confirmación de vuelta al origen. Ahí es donde entran en juego protocolos
como el TCP. Este último se uso con IP para mantener una conexión entre el remitente y
el destino y para garantizar el orden de los paquetes.
La versión primaria de IP que se utiliza en Internet hoy en día es versión 4 (IPv4). Las
limitaciones de tamaño en el número total de direcciones posibles en IPv4 incentivó el
desarrollo de un protocolo más nuevo. Este se llama IPv6, que permite que haya muchas
direcciones más disponibles y su adopción es cada vez más frecuente.
Características de TCP:
Orientado a la conexión, al flujo de datos.
Utiliza el three-way handshake para establecer la conexión.
Protocolo seguro (asegura la entrega).
Usa números de secuencia para controlar el envío y la recepción.
Tiene control de errores.
Utiliza retransmisiones (ACK, NACK)..
Tiene control de flujo (reacción ante redes congestionadas).
Tiene 20 bytes de encabezado.
7. User Datagram Protocol (UDP/IP):
El User Datagram Protocol (UDP) es un protocolo de comunicación que se usa en
Internet para transmisiones sujetas a limitaciones temporales, como la reproducción
de video o las busquedas en DNS. Acelera las comunicaciones al no establecer
formalmente una conexión antes de transferir los datos. Esto permite que los datos se
transfieran muy rápido, pero también puede hacer que los paquetes se pierdan en
tránsito y crear oportunidades para vulnerabilidades en forma de ataques DDos.
Es un método estandarizado para transferir datos entre dos dispositivos en una red.
Comparado con otros protocolos, el UDP realiza este proceso de forma sencilla: envía
paquetes directamente a un ordenador destino, sin establecer primero una conexión,
ni indicar el orden de los paquetes, ni comprobar si llegaron como estaba previsto. Los
paquetes de UDP se llaman Datagramas.
UDP es más rápido pero menos seguro que TCP.
7.1 ¿Para qué sirve el UDP?
El UDP se suele usar en las comunicaciones sujetas a limitación temporal, en las que
ocasionalmente es mejor dejar caer los paquetes que esperar. El tráfico de voz y de
video se envía mediante este protocolo, porque ambos están sujetos a limitación
temporal y están diseñados para soportar cierto nivel de pérdida. Por ejemplo, VOIP (Voz
sobre IP), que usan muchos servicios telefónicos basados en Internet, funciona sobre
UDP. Esto es así porque es preferible una conversación telefónica estática a una muy
clara, pero con mucho retraso.
Esto también hace que el UDP sea el protocolo ideal para los videojuegos en línea. De
forma similar, como los servidores DNS tienen que ser rápidos y eficientes, funcionan
también mediante UDP.
7.2 ¿Cómo funciona UDP?
Los "riesgos" de UDP, como la pérdida de paquetes, no son un problema grave en la
mayoría de los casos de uso. Sin embargo, se puede aprovechar el UDP con fines
maliciosos. Ya que UDP no necesita un protocolo de enlace, los atacantes pueden
"inundar" un servidor objetivo con tráfico UDP sin obtener primero el permiso de este
servidor víctima para iniciar la comunicación. Este tipo de ataques envía un gran número
de datagramas UDP a puertos aleatorios del dispositivo objetivo. Esto obliga al objetivo a
responder con un número igualmente grande de paquetes ICMP, que indican que esos
puertos eran inalcanzables. Los recursos informáticos necesarios para responder a cada
datagrama fraudulento pueden abrumar al objetivo, provocando una denegación de
servicio al tráfico legítimo.
Normalmente los métodos que hay en contra de esto son limitar la tasa de respuestas de
los paquetes ICMP, como también en recibir y responder el tráfico UDP a través de una
red intermediaria de muchos centros de datos distribuidos, evitando que un servidor
origen único se va desbordado por solicitudes fraudulentas.
1. LA CAPA DE ENLACE DE DATOS:
En este capítulo se ven los algoritmos de la segunda capa que logran una comunicación
confiable y eficiente de unidades completas de información llamadas TRAMAS (en vez
de bits individuales, como en la capa física) entre dos máquinas adyacentes. Los
protocolos que se usan para comunicaciones tienen que considerar todos los factores a
la hora de comunicar.
1.1 Cuestiones de diseño de la capa de enlace de datos:
La capa de enlace de datos usa los servicios de la capa física para enviar y recibir bits a
través de los canales de comunicación. Tiene varias funciones específicas, entre las que
se incluyen:
Proporcionar a la capa de red una interfaz de servicio bien definida.
Manejar los errores de transmisión.
Regular el flujo de datos para que los emisores rápidos no puedan saturar a los
receptores lentos.
Para poder cumplir con esas funciones, la capa de enlace de datos toma los
paquetes que obtiene de la capa de red y los divide en partes más chicas que se
llaman tramas para poder transmitirlas. Cada TRAMA tiene: un encabezado, un
campo de carga útil (payload) para almacenar el paquete y un terminador.
El manejo de las tramas es la tarea más importante en la capa de enlace de datos.
SI bien la capa de enlace de datos usa distintos métodos para poder controlar el fuljo y
los errores, estos mismos se presentan también en la capa de transporte y en otros
protocolos, ya que la confiabilidad es una meta general que se logra cuando todas las
capa trabajan en conjunto. De hecho, en muchas redes estas funciones se encuentran
casi siempre en las capas superiores y la capa de enlace de datos sólo se encarga de la
tarea mínima que es "suficiente".
1.1.1 Servicios proporcionados a la capa de red:
La función de la capa de enlace de datos es proveer servicios a la capa de red. El
servicio principal es la transferencia de datos de la capa de red en la máquina de
origen, a la capa de red en la máquina destino. En la capa de red de la máquina origen
está una entidad, una entidad llamada proceso, que entrega algunos bits de la capa de
enlace de datos para que los transmita al destino. La tarea de la capa de enlace de datos
es transmitir los bits a la máquina destino, de modo que se pueden entregar a la capa de
red de esa máquina (a). La transmisión real sigue la trayectoria de la figura (b), pero es
más fácil pensar en términos de dos procesos de la capa de enlace de datos que se
comunican mediante un protocolo de enlace de datos.
La capa de enlace de datos puede diseñarse para ofrecer varios servicios. Los servicios
reales ofrecidos varían de un protocolo a otro. 3 posibilidades razonables que
normalmente proporcionan son:
Servicio sin conexión ni confirmación de recepción: consiste en hacer que la
máquina de origen envíe tramas independientes a la máquina de destino sin que
esté confirmando la recepción. Ethernet es un ejemplo de una capa de enlace de
datos que provee esta clase de servicios. No se establece una conexión lógica de
antemano ni se librea después. Si se pierde una trama debido al ruido en la línea, en
la capa de enlace de datos no se realiza ningún intento por detectar la pérdida o
recuperarse de ella. Esta clase de servicios es apropiada cuando la tasa de error es
muy baja, de modo que la recuperación se deja a las capas superiores, también es
apropiada para el tráfico en tiempo real, como el de voz, en donde es peor tener
retraso en los datos que errores en ellos.
Servicio sin conexión con confirmación de recepción: El siguiente paso en
términos de confiabilidad es este servicio sin con conexión con confirmación de
recepción. Cuando se ofrece este servicio tampoco se usan conexiones lógicas,
pero se confirma de manera individual la recepción de cada trama enviada.
Entonces, el emisor sabe si la trama llegó bien o se perdió. Si no llegó en un intervalo
especificado, se puede enviar de nuevo. Este servicio es útil en canales no
confiables, como los de los sistemas inalámbricas 802.11 (Wifi) es un bueno ejemplo
de esta clase de servicios. -El hecho de proporcionar confirmaciones de recepción
en la capa de enlace de datos es más una cuestión de optimización, más que un
requerimiento. La capa de red siempre que puede enviar un paquete y esperar a que
si igual en la máquina remota confirme u recepción. Si la confirmación no llega antes
de que expire e temporizador, el emisor puede volver a enviar el mensaje completo.
El problema con esta estrategia es puede llegar a ser ineficiente. Por lo general los
enlaces tienen una estricta longitud máxima para la trama, que esta impuesta por el
hardware, además de retrasos en el medio. La capa de red no conoce estos
parámetros. Servicio orientado a conexión con confirmación de recepción: el servicio más
sofisticado que puede proveer la capa de enlace de datos a la capa de red es el
servicio oriantado a la conexión. Con este servicio, las máquinas de origen y de
destino establecen una conexión antes de transferir datos. Cada trama enviada a
través de la conexión está numerada, y la capa de enlace de datos garantiza que
cada trama enviado llegue a su destino, garantiza que cada trama se reciba una sola
vez y que todas las tramas se reciban en el orden correcto. Así el servicio orientado
a conexión ofrece a los procesos de la capa de red el equivalente a un flujo de bits
confiable. Es apropiado usarlo en enlaces largos y no confiables, como un canal
satélite o un circuito telefónico de larga distancia. Si se usa un servicio no orientado
a conexión con confirmación de recepción, es posible que las confirmaciones de
recepción perdidas ocasionen que una trama se envíe y se reciba varias veces,
desperdiciando ancho de banda. Cuando se usan servicios orientado a conexión, las
transferencias pasan por tres fases distintas. 1. la conexión se establece haciendo
que ambos lados inicialicen variables y los contadores necesarios para seguir la
posta de las tramas que se recibieron y las que no. 2. se transmiten una o más
tramas. 3. la conexión se libera al igual que las variables, los búferes y otros recursos
utilizados para mantener la conexión.
1.1.2 Entramado o Networking:
Para proveer servicios a la capa de red, la capa de enlace de datos tiene que usar el
servicio que la capa física le proporciona. Lo que hace la capa física es aceptar un flujo
de bits puros y tratar de entregarlo al destino. Si el canal es ruidoso, como en la mayoría
de los enlaces inalámbricos y en algunos alámbricos, la capa física agrega cierta
redundancia a sus señales para reducir la tasa de error de bits a un nivel tolerable. Sin
embargo, no se garantiza que el flujo de bits que se recorra por la capa de enlace de
datos esté libre de errores. Algunos bits pueden tener distintos valores y la cantidad de
bits recibidos puede ser menor, igual o mayor que la cantidad de bits transmitidos. Es
responsabilidad de la capa de enlace de datos detectar y, de ser necesario, corregir los
errores.
El método más común para hacer esto que la capa de enlace divida el flujo de bits en
tramas discretas, calcule un token corto conocido como suma de verificación para cada
trama, e incluya a esa suma de verificación en la trama al momento de transmitirla.
Cuando una trama llega al destino, se recalcula la suma de verificación. Si la nueva suma
de verificación calculada es distinta de la contenida en la trama, la capa de enlace de
dato sabe que hubo un problema en el medio y toma las medidas necesarias para
manejarlo.
Igualmente, es más difícil dividir el flujo de bits en tramas de lo que parece a simple vista.
Un buen diseño debe facilitar a un receptor el proceso de encontrar el inicio de las
nuevas tramas al tiempo que usa una pequeña parte del ancho de banda del canal. Los 4
métodos de ENTRAMADO más conocidos son:
Conteo de bytes: En este método se vale de un campo en el encabezado para
especificar el número de bytes en la trama. Cuando la capa de enlace del destino ve
el conteo de bytes, sabes cuántos bytes siguen y, por lo tanto, dónde concluye la
trama.
El problema con este algoritmo es que el conteo se puede alterar por un error de
transmisión.
Bytes bandera con relleno de bytes: En este método de entramada se evita el
problema de volver a sincronizar nuevamente después de un error al hacer que cada
trama inicie y termine con bytes especiales. Con frecuencia se usa el mismo byte,
denominado bytes bandera, como delimitador inicial y final. Este byte se muestra
como FLAG. Dos bytes banderas consecutivos señalan el final de una trama y el
inicio de la siguiente. De esta forma, si el receptor pierde alguna vez la
sincronización, todo lo que tiene que hacer es buscar los bytes bandera para
encontrar el fin de la trama actual y el inicio de la siguiente.
Sin embargo, todavía existen problemas sin resolver. Se puede dar el caso de que el
byte bandera aparezca en los datos, en especial cuando se transmiten datos
binarios como fotografías o canciones. Esta situación interferiría con el entramado.
Una forma de resolver este problema es hacer que la capa de enlace de datos del
emisor inserte un byte de escape especial (ESC) justo antes de cada byte bandera
"accidental" en los datos. De esta forma es posible diferenciar un byte bandera del
entramado de uno en los datos mediante la ausencia o presencia de un byte de
escape antes del byte bandera. La capa de enlace de datos del lado receptor saca el
byte de escape antes de entregar los datos a la capa de red. Esta técnica se llama
relleno de bytes.
¿Qué pasa si aparece un byte de escape en medio de los datos? Se rellena
también con un byte de escape. En el receptor se saca el primer bytes de escape y
se deja el byte de datos que le sigue (el cual podría ser otro byte de escape, o
incluso el byte bandera). En la figura (b) se muestran ejemplos. En todos los casos la
secuencia de bytes que se entrega después de borrar los bytes de relleno es
exactamente la misma que la secuencia de bytes original. Así todavía podemos
encontrar un límite de trama si buscamos dos bytes bandera seguidos, sin
molestarnos por eliminar los escapes.
El esquema de relleno de bytes que se muestra en la figura es una simplificación del
esquema que usa el protocolo PPP (Protocolo Punto a Punto), que se usa para
transmitir paquetes a través de los enlaces de comunicación.
Bits bandera con relleno de bits: el tercer método de eliminar el flujo de bits
resuelve una desventaja del relleno de bytes: que está obligado a usar bytes de 8
bits. También se puede realizar el entramado a nivel de bit, de modo que las tramas
puede contener un número arbitrario de bits compuestos por unidades de cualquier
tamaño. Esto se desarrolló para el protocolo HDLC (High-Level Data Link Control o
Control de Enlace de Datos de Alto Nivel), que tuvo un momento en el que era
popular. Cada trama empieza y termina con un patrón de bits especial, 01111110 o
0x7E en hexadecimal. Este patrón en un byte bandera. Cada vez que la capa de
enlace de datos del emisor encuentra cinco bits 1 consecutivos en los datos, inserta
automáticamente un 0 como relleno en el flujo de bits de salida. Este relleno de bits
es análogo al relleno de bytes, en el cual se asegura una densidad mínima de
transiciones que ayudan a la capa física a mantener la sincronización. La tecnología
USB usa relleno ode bits por esta razón.
Cuando el receptor ve cinco bits 1 de entrada consecutivos, seguidos de un bit 0,
extrae (o sea, borra) de manera automática el bit 0 de relleno. Así como el relleno de
bytes es completamente transparente para la capa de red en ambas computadoras,
también los es el relleno de bits. Si los datos del usuario contienen el patrón bandera
01111110, éste se transmite como 011111010, pero se almacena en la memoria del
receptor como 011111010. La siguiente figura es un ejemplo de relleno de bits.
Con el relleno de bits, e límite entre las dos tramas puede ser reconocido sin
ambigüedades mediante el patrón bandera. De esta forma, si el receptor pierde la
pista de dónde está, lo único que tiene que hacer es explorar la entrada en busca de
secuencias de banderas, ya que sólo pueden ocurrir en los limites de las tramas y
nunca dentro de los datos.
Un efecto secundario del relleno de bits y de bytes es que la longitud de una trama
depende ahora del contenido de los datos que lleva. Por ejemplo, su no hay bytes
bandera en los datos, se podrían llevar 100 bytes en una trama aproximadamente
100 bytes. Ahora, si los datos consisten sólo de bytes banderas, habría que incluir
un byte escape para cada uno de estos bytes y la trama va a ser de 200 byres de
longitud más o menos. Con el relleno de bits, el aumento sería cerca del 12,5% ya
que se entrega 1 bit a cada byte.
Violaciones de codificación de la capa física: Este último método de entramado es
usar un atajo desde la capa física. La codificación de bits como señales incluye
normalmente redundancia para ayudar al receptor. Por ejemplo, en el código de línea
4B/5B se asignan 4 bits de señal para asegurar suficientes transiciones de bits. Esto
significa que no se usan 16 de las 32 posibles señales. Podemos usar algunas
señales reservadas para indicar el inicio y el fin de las tramas. Estamos usando
"violaciones de código" para delimitar tramas. La ventaja de este esquema es que,
como hay señales reservadas, es fácil encontrar el inicio y el final de las tramas y no
hay necesidad de rellenar los datos.
Muchos protocolos de enlace de datos usan una combinación de estos métodos por
seguridad. Un patrón común usado para Ethernet y 802.11 es hacer que una trama
inicie con un patrón bien definido, conocido como preámbulo. Este patrón puede
llegar a ser bastante largo de forma que el receptor se pueda preparar para un
paquete entrante. El preámbulo va seguido de un campo de longitud en el
encabezado, que se usa para localizar el final de la trama.
1.1.3 Control de Errores:
Ya resuelto el problema de poder marcar el inicio y el fin de cada trama, se presenta un
nuevo problema: cómo asegurar que todas las tramas realmente se entregan en el
orden apropiado a la capa de red del destino.
La manera normal de asegurar la entrega confiable de datos es proporcionar
retroalientación al emisor sobre lo que está pasando del otro lado de la línea. Por lo
general, el protocolo exige que el receptor devuelva tramas de control especiales que
tengan confirmaciones de recepción positivas o negativas de las tramas que van
llegando. Si el emisor recibe una confirmación de recepción positiva de una trama, sabe
que llegó de forma correcta. Si se presenta el caso contrario, sabe que algo falló y que
tiene que volver a transmitir la trama. Una complicación adicional sale de la posibilidad de
que los problemas de este hardware causen la desaparición de una trama completa. En
este caso, el receptor no reaccionaría en absoluta, porque en ningún momento le llegó
nada. Lo mismo ocurriría si se pierde la trama de confirmación de recepción, el emisor no
tendría porque responder.
Para lidiar con este problema se introducen los temporizadores en la capa de enlaces de
datos. Cuando el emisor envía tramas, por lo general también inicia el temporizador. Éste
se ajusta de modo que expire cuando haya transcurrido un intervalo suficiente para que
la trama llegue a su destino, se procese ahí y la confirmación de recepción llegue
devuelta al emisor.
En el caso de que la trama de confirmación se pierda, el temporizado expira, alertando al
emisor sobre un potencial problema. La solución obvia es simplemente transmitir de
nuevo la trama. Sin embargo, aunque éstas se pueden volver a transmitir muchas veces,
existe el peligro del otro lado de que al receptor acepta la misma trama en dos o más
ocasiones y que la pase a la capa de red más de una vez.
1.1.4 Control de flujo:
Otro tema de diseño muy importante que se presenta en la capa de enlace de datos es
qué hacer con un emisor que quiere transmitir tramas de manera sistemática y a
mayor velocidad que aquella con que puede aceptarlos el receptor.
En esa situación puede pasar cuando el emisor opera una computadora más rápida que
la del receptor. Por lo general, se usan dos métodos, el control de flujo basado en
retroalimentación, que es cuando el receptor regresa información al emisor para
autorizarle que envíe más datos o por lo menos indicarle su estado. Y el segundo, el
control de flujo basado en tasa, donde el protocolo tiene un mecanismo integrado que
limita la tasa en la que el emisor puede transmitir los datos, sin tener que usar la
retroalimentación por parte del receptor.
Los esquemas basados en la retroalimentación se ven tanto en la capa de enlace como
en las capas superiores. En realidad, es más común esto último, en cuyo caso el
hardware de la capa de enlace se diseña para operar con rapidez suficiente como para
no producir pérdidas. Por ejemplo, se dice alguna veces que las implementaciones de
hardware de la capa de enlace como NIC (Tarjetas de Interfaz de Red), operan a
"velocidad de alambre", que significa que pueden manejar las tramas con las misma
rapidez con la que pueden llegar al enlace. De esta forma, los excesos no son un
problema del enlace, por lo que lo esto lo manejan las capas superiores.
Dentro de los esquemas de control de flujo basados en retroalimentación, el protocolo
tiene reglas bien definidas respecto al momento en que un emisor puede transmitir la
siguiente trama. Normalmente estas reglas prohíben el envío de tramas hasta que el
receptor lo autorice.
1.2 Detección y corrección de errores:
Los canales de comunicación tienen muchas características. Algunos como los que usan
la fibra óptica en las redes de telecomunicaciones, tienen tasas de error pequeñas de
modo que los errores de transmisión son una muy rara ocurrencia. Por otros canales, en
especial los enlaces inalámbricos y los viejos lazos locales, tienen tasas de error más
grandes. Para estos enlaces, los errores de transmisión son la norma. No se pueden
evitar a un costo razonable en términos de rendimiento. La conclusión es que los errores
de transmisión van a existir.
Las personas que diseñan redes trabajaron con dos estrategias básicas para mejorar los
errores. Ambas añaden información redundante a los que se envían. Una es incluir
suficiente información redundante para que el receptor pueda deducir cuáles
debieron ser los datos transmitidos. La otra estrategia es incluir sólo suficiente
redundancia para permitir que el receptor sepa que hubo un error (pero no cuál) y
entonces solicite una retransmisión. La primer estrategia códigos de corrección de
errores; la segunda usa códigos de detección de errores.. El uso de códigos de
corrección de errores se conoce normalmente como FEC (Forward Error Correction o
corrección de errores hacia adelante).
En canales confiables (como los de fibra), es más económico usar un código de
detección de errores y sólo retransmitir los bloques que llegaron mal.
En canales propensos a causar errores (enlaces inalámbricos) la mejor opción es
agregar redundancia suficiente a cada bloque para que el receptor pueda descubrir
cuál era el bloque original que se transmitió. FEC se usa en canales ruidosos ya que
las retransmisiones tienen la misma probabilidad de ser tan erróneas como la
primera transmisión.
Una consideración clave para estos códigos es el tipo de de errores que pueden
llegar a presentarse. Ni los códigos de corrección de errores ni los de detección de
errores pueden manejar todos los posibles errores, ya que los bits que son
redundantes tienen la misma probabilidad de ser recibidos con errores que los bits
de datos.
Los más ideal sería que el canal tratara a los bits redundantes de una manera
distinta a los bits de datos.
1.2.1 Códigos de corrección de errores:
Los códigos de corrección de errores más conocidos son:
Códigos de Hamming.
Códigos convolucionales binarios.
Códigos de Reed-Solomon.
Códigos de verificación de paridad de baja densidad.
Todos estos códigos agregan redundancia a la información que se envía. Una trama
consiste en m bits de datos (mensaje) y r bits redundantes (verificación). En
código de bloque, los r bits de verificación se calculan en función de los m bit de
datos con los que se asocian, como si los m bits se buscaran en una tabla para
encontrar sus correspondientes r bits de verificación, en vez de que se codifiquen
por si mismo antes de ser enviados. En un código lineal, los r bits de verificación se
calculan como una función lineal de los m bits de datos.
La tasa de códigos, es la fracción de tiempo de la palabra codificada que lleva
información no redundante. Las tasas que se usan en la práctica puede variar
mucho, normalmente depende del ruido que exista en el canal.
Para entender la manera en que pueden manejarse los errores, es necesario estudiar lo
que es en realidad un error. Dadas dos palabras codificadas que se puedan transmitir o
recibir, por ejemplo 10001001 y 10110001, es posible determinar cuántos bits
correspondientes difieren. En este caso, difieren solo 3 bits. Para determinar la cantidad
de Bits diferentes, es suficiente con un aplicar un XOR a las dos palabras codificadas y la
cantidad de bits 1 en el resultado.
La cantidad de posiciones de bits en la que difieren dos palabras codificas se llama
distancia de Hamming. Su significado es que, si dos palabras codificadas están
separadas una distancia de Hamming "d", se va a requerir entonces de "d" errores de UN
solo bit para convertir una en la otra. Las propiedades de detección y corrección de
errores de un código de bloque dependen de su distancia de Hamming. Para detectar d
errores de manera confiable se necesita de un código con distancia d + 1, ya que con ese
código no hay forma de que d errores de un bit puedan cambiar una palabra codificada
válida a otra. Cuando el receptor ve una palabra codificada inválida, sabe que ocurrió un
error en la transmisión.
1.2.1.1 Códigos de Hamming:
En los códigos de Hamming, los bits de la palabra codificada se numeran en forma
consecutiva, comenzando por el bit 1 de la izquierda, el bit 2 de su derecha inmediata,
etc. Los bits que son potencias de 2 son bits de verificación. El resto se rellenan con los
bits de datos de la información que se quiere enviar. El patrón se muestra para un código
de Hamming con 7 bits de datos y 4 de verificación. Cada bit de verificación obliga a que
la suma módulo 2, o paridad de un grupo de bits, incluyendo a este mismo, sea par (o
impar).
Si no todos los resultados de verificación son cero, entonces se detectó un error. El
conjunto de resultados de verificación forma el síndrome de error que se usa para
señalarlo y corregirlo el error.
Las distancias de Hamming son importantes para entender los códigos de bloque, y
los códigos de bloque de Haming se usan en la memoria de corrección de errores. Sin
embargo, la mayoría de redes usan códigos más robustos.
1.2.1.2 Código convolucional binario:
Este código es el único que no es código de bloque. En un código convolucional, un
codificador procesa una secuencia de bits de entrada y genera una secuencia de bits de
salida. No hay un tamaño de mensaje natural, o límite de codificación, como en un código
de bloque. La salida depende de los bits de entrada actual y previa Es decir, el
codificador tiene memoria. El número de bits previos de los que depende la salida se
denomina longitud de restricción del código.
Los códigos convolucionales se usan much en ls redes implementadas, como el de la
telefonía móvil GMS, en la comunicaciones de satélite y en 802.11.
Existió un Código convolucional NASA de r = 1/2 y k = 7, ya que se usó por primera vez
en las misiones espaciales del Voyager a partir de 1977. Desde entonces se reutilizó
libremente, por ejemplo, como parte de las redes 802.11.
En la figura cada bit de entrada del lado izquierda produce dos bits de salida al lado
derecho, los cuales son las sumas XOR de la entrada y el estado interno. Ya que se trata
con bits y se realizan operaciones lineales, es un código convolucional binario lineal. Un
bit de entrada produce 2 bits de salida, la tasa de código es de 1/2. No es sistemático, ya
que ninguno de los bits de salida es simplemente el bit de entrada.
El estado interno se mantiene en seis registros de memoria. Cada vez que se introduce
otro bit, los valores de los registros se van desplazando a la derecha. Se requiere siete
desplazamientos para vaciar una entrada por completo, de forma que no afecte la salida.
Por lo tanto, la longitud de restricción de este código es k = 7.
Para decodificar un código convolucional es necesario buscar la secuencia de bits de
entrada que tenga la mayor probabilidad de haber producido la secuencia de bits de
salida (incluyendo también los errores). El algoritmo recorre la secuencia observada y
guarda cada paso y cada posible estado interno la secuencia de entrada que hubiera
producido la secuencia observada con la menor cantidad posible de errores. Al final, la
secuencia de entrada que requiera la menor cantidad de errores es el mensaje más
probable.
Los códigos convolucionales fueron populares en la práctica, porque es fácil ignorar el
hecho de que un bit sea 0 o 1 en la decodificación. Las extensiones del algoritmo de
Viterbi pueden trabajar con esto mismo de un bit que se conoce como decodificació de
decisión suave. Por el contrario, decidir si cada bit es un 0 o un 1 antes de la
subsiguiente corrección de errores se conoce como decodificación de decisión dura.
1.2.1.3 Código de Reed-Solomon:
Al igual que los código de Hamming, los códigos de Reed-Solomon son códigos de
bloques lineales y con normalmente también sistemáticos. A diferencia de los códigos
de Hamming, que operan sobre bits individuales, los códigos de Reed-Salomon operan
sobre símbolos de m bits.
Estos códigos se basan en el hecho de que todo polinomio de n grados se determina en
forma única mediante n + 1 puntos. Por ejemplo, una línea con la forma ax + b se
determina mediante dos puntos. Los puntos extra en la misma línea con redundantes, lo
que es útil para la corrección de errores. Imaginemos que dos puntos de datos
representan una línea y que enviamos esos dos puntos de datos con dos puntos de
verificación seleccionados sobre la misma línea. Si uno de los puntos se recibe con error,
de todas formas podemos recuperar los puntos de datos si ajustamos una línea a los
puntos recibidos. Tres de los puntos van a estar sobre la línea y el otro punto (el error)
no. Una vez que encuentra la línea, se sabe que se corrigió el error.
Los códigos de Reed-Salomon se usan mucho más en la práctica por sus propiedades
de corrección de errores, en especial para los errores de ráfagas. Se usan para DLS,
datos sobre cable, comunicaciones de satélite y en los CD, DVD y discos Blu-ray. Ya
que se basan en símbolos de m bits, tanto un error de un solo bit como un error de ráfaga
de m bits se tratan simplemente como error de un símbolo.
A veces los códigos de Reed-Solomon también se usan en combinación con otros
códigos, como el convolucional. El razonamiento es el siguiente: Los códigos
convolucionales son efectivos a la hora de manejar errores en bits aislados, pero pueden
fallar con una ráfaga de errores, si hay demasiados en el flujo de bits recibidos, se agrega
un código Reed-Solomon dentro del código convolucional, la decodificación de ReedSolomon puede limpiar las ráfagas de errores.
1.2.1.4 Código de Verificación de Paridad de Baja Densidad:
1. ¿Qué es la conmutación?
La conmutación (switching) se considera como la acción de establecer una vía de
extremo a extremo entre dos puntos, donde hay un emisor (Tx) y un receptor (Rx) a
través de nodos o equipos de transmisión.
Permite la entrega de la señal desde el origen hasta el destino requerido para lograr
un camino apropiado de una red de telecomunicaciones.
Permite la descongestión entre los usuarios de la red disminuyendo el tráfico y
aumentando el ancho de banda.
Representa una de las capas de los nuevos modelo de redes. La capa conmutación
también conocida como Capa 2, permite a los nodos asignar direcciones y adjuntar
datos a una señal.
2. Conmutación de Circuitos:
Se denomina conmutación de circuitos (circuit switching) al establecimiento de una
vía dedicada exclusiva y temporalmente a la transmisión de extremo a extremo entre
dos puntos, un emisor y un receptor.
En la conmutación de circuitos se busca y define una vía extremo-a-extremo con un
ancho de banda fijo específico durante toda la sesión. La red recibe desde el extremo
emisor una dirección que identifica al extremo destinatario y establece un "camino" hacia
este destino. Cuando finaliza la sesión, la vía se libera y puede ser usada por un nuevo
circuito.
Su ventaja principal radica en que una vez establecido el circuito su disponibilidad es
muy alta, ya que se garantiza este camino entre ambos extremos independientemente
del flujo de información. Su principal inconveniente consiste en que se consumen
muchos recursos del sistema mientras dura la comunicación independientemente de lo
que en realidad pudiera requerir.
La conexión se establece antes de que comience la transmisión de datos.
La capacidad del canal debe estar disponible y reservada.
Los nodos tienen que tener la capacidad para manejar la conexión.
Los conmutadores tienen que tener la inteligencia para reservar recursos y ver la
ruta.
Camino dedicada entre dos estaciones. Secuencia conectada de enlaces entre
nodos.
La comunicación comprende 3 fases:
Establecimiento del circuito.
Transferencia de datos.
Desconexión del circuito.
Puede ser ineficiente:
Capacidad dedicada durante la duración de la conexión, aún así los no están
siendo transferidos.
Para voz, la utilización es alta, pero igual así no llega al 100%.
Para la conexión de terminales, debería estar disponible la mayor parte del
tiempo.
Retardo previo a las transferencias de datos para el establecimiento de
llamadas.
Una vez que el circuito esta establecido, la red es transparente a los usuarios.
Transmisión de datos a velocidad fija.
2.1 Elementos de la Conmutación por Circuitos:
Estaciones:
Son los dispositivos finales que se desean comunicar. Puede ser teléfonos,
computadoras, etc.
Nodos:
Son los dispositivos de conmutación que propagan la comunicación.
Redes de comunicaciones:
Es el conjunto de todos los nodos.
2.2 Establecimiento del circuito:
1. La estación A conectada al nodo 4 pide ser comunicada con la estación E.
2. El circuito desde A a 4 es usualmente una línea dedicada.
3. El nodo 4 busca la próxima pata al nodo 6.
4. Basada en la información de ruteo, disponibilidad, y costo, el nodo 4 selecciona el
circuito al nodo 5.
5. Asigna un canal libre.
6. Nodo 4 requiere conexión a E. y así sigue...
7. Se cierra la conexión. Usualmente por un de las estaciones.
8. Se le avisa a los nodos que liberen recursos.
2.3 Enrutamiento de la redes de circuitos:
Es una red de conmutación de circuitos muchas conexiones necesitan una ruta que pase
a través de más de un conmutador. En una estrategia de enrutamiento hay dos
requisitos fundamentales para la arquitectura de la red: eficiencia y flexibilidad:
Eficiencia: Se desea minimizar la cantidad de equipos (conmutadores y enlaces) en
la red, teniendo en cuenta que debe ser capaz de aceptar toda la carga esperada.
Flexibilidad: Aunque se puede dimensionar la red teniendo en cuenta el tráfico en
horas pico es posible que la carga supere temporalmente este nivel. La rede tiene
que proporcionar un servicio razonable incluso bajo malas condiciones. El punto
clave entre la eficiencia y flexibilidad es la estrategia de enrutamiento.
2.4 Señalización de control:
En las redes de conmutación de circuitos, las señales de control constituyen el medio por
el que se establecen, mantienen y finalizan las llamadas. La señalización puede
clasificarse cuatro categorías:
Supervisión: Se refiere a funciones de carácter binario.
Direccionamiento: Enrutamiento que permite localizar el destino.
Información sobre la llamada: Se refiere al estado de la llamada; establecimiento y
cierre de la llamada.
Gestión de red: Se usa para el mantenimiento, resolución de problemas y el
funcionamiento general de la red.
2.5 Packet Switching - Circuit Switching Issues:
Diseñados por voz: Los recursos están dedicados a una llamada en particular.
Para voz, alta utilización: La mayor parte del tiempo, alguien está hablando.
Para datos:
Línea sin uso la mayor parte del tiempo.
Velocidad de transmisión constante.
Limita la interconexión de la variedad de computadoras, hosts y terminales.
3. Conmutación de Paquetes:
Se denomina Conmutación de Paquetes o Packet Switching al intercambio de bloques
de información (o "paquetes") con una tamaño específico entre dos puntos, un emisor y
un receptor. En el origen, extremo emisor, la información se divide en "paquetes" a los
cuales se les indica la dirección del destinatario. Cada paquete contiene, no solo los
datos, sino que también un encabezado con información de control (prioridad y
direcciones de origen y destino).
Los paquetes se transmiten a través de la red y, después son reensamblados en el
destino obteniendo así el mensaje original.
En cada nodo de la red, un paquete puede ser almacenado temporalmente y encaminado
dependiendo de la información de la cabecera. De esta forma, pueden existir varias vías
o caminos de un punto a otro, siendo gestionado por la red el camino más óptimo.
Las redes basadas en la conmutación de paquetes evitan que mensajes de gran
longitud signifiquen grandes intervalos de espera ya que estos limitan el tamaño de los
mensajes transmitidos. La red puede transmitir mensajes de longitud visible pero con una
longitud máxima.
La conmutación de paquetes es más adecuada para la transmisión de datos comparada
con la conmutación de circuitos.
Un paquete es un grupo de información que consta de dos partes, los datos y la
información de control, en la que está especificado la ruta a seguir a lo largo de la red
hasta el destino del paquete. Mil octetos es el límite de longitud superior de los paquetes,
y si la longitud es mayor el mensaje se fragmenta en otros paquetes.
3.1 Proceso:
1. Los datos se transmiten paquetes.
2. Los mensajes más largos se cortan en series de paquetes.
3. Cada paquete tiene parte o todos los datos, más la información de control.
4. La información de control incluye el ruteo de redes.
5. En cada nodo se reciben paquetes guardados por un tiempo corto y pasados al
próximo nodo.
6. Las computadores que transmiten envían un mensaje como una secuencia de
paquetes.
7. En el paquete se incluye información de la estación de destino.
8. Los nodos guardan por un instante los paquetes, determinan la próxima parada de la
ruta, y encolan paquetes para que salgan por ese enlace.
9. Cuando el enlace (link) está disponible, el paquete es transmitido al próximo nodo.
10. Todos los paquetes siguen su camino por si mismos.
Las ventajas podrían ser:
Mayor eficiencia de línea: enlace de nodo a nodo compartido dinámicamente por
muchos paquetes.
Conversión de tasa de datos: Cada estación se conecta a su nodo a su velocidad
de datos adecuada. Los nodos actúan como amortiguadores.
Paquetes aceptados, incluso bajo tráfico pesado, pero el retraso en la entrega
aumenta: las redes de conmutación de circuitos bloquearían directamente nuevos
intentos de conexión.
Las prioridades puede usadas.
Las desventajas podrían ser:
El retardo (Delay): el delay de la transmisión es igual al largo de los paquetes
dividido por la velocidad del canal. Retardo variable debido al procesamiento y al
encolado.
Los paquetes pueden variar largo: puede tomar diferentes rutas. Puede estar
sujeto a distintos retardos. El retardo de los paquetes varia sustancialmente. No es
lo mejor para aplicaciones real-time.
El "Overhead" incluye direcciones de destino, información de secuencia, etc:
Reduce la capacidad disponible para los datos de usuario.
Se requiere más procesamiento en cada nodo.
3.2 Técnicas de Conmutación:
Para el uso de la conmutación de paquetes se definieron dos tipos de técnicas: los
Datagramas y los Circuitos virtuales:
3.2.1 Datagrama:
Los Datagramas son un fragmento de paquete que es enviado con la suficiente
información para que la red pueda simplemente encaminarlo hacía el equipo terminal de
datos "DTE" (Receptor), de manera independiente a los fragmentos restantes. Este
puede provocar una recomposición desordenada o incompleta del paquete en el DTE
destino.
- No tiene fase de establecimiento de llamada.
- El paso de datos es más seguro.
- No todos los paquetes siguen una misma ruta.
- Los paquetes pueden llegar al destino en desorden ya que se tratan de manera
independiente.
- Un paquete se puede destruir en el camino y su recuperación es responsabilidad de la
estación de destino (esto da a entender que el resto de paquetes llegaron con éxito).
Proceso de los Datagramas:
Cada paquete es tratada de forma independiente, entonces:
No hay referencia a los paquetes que pasaron anteriormente.
Cada nodo elije cuál es el próximo en el camino.
Paquetes con el mismo destino no necesariamente siguen el mismo camino.
Pueden llegar fuera de secuencia.
Los nodos finales o el destino rearma la información en orden.
Los paquetes pueden perderse en el camino.
Los nodos de salida o destino detectan las perdidas y solicitan la recuperación.
Se evita el establecimiento de la llamada. Para mensajes cortos, el datagrama es
más rápido, más flexible:
Se puede evitar la congestión.
La entrega es inherentemente más confiable.
Si un nodo falla, los subsiguientes paquetes puede ser re-ruteados.
3.2.2 Circuitos virtuales:
Un circuito virtual es un sistema de conmutación por el cual los datos de un usuario
origen pueden ser transmitidos a otro usuario a través de más de un circuito de
comunicaciones real durante un cierto periodo de tiempo, pero en el que la conmutación
es transparente para el usuario.
Un ejemplo de protocolo que usa circuitos virtuales es el ampliamente usado TCP:
Su funcionamiento es similar al de conmutación de circuitos.
Antes de la transmisión se establece la ruta por medio de paquetes de petición de
llamda (pide conexión lógica al destino) y de llamada aceptada (en cado de que la
estación destino esté apta para la transmisión envía este tipo de paquete);
establecida la transmisión, se da el intercambio de datos, y una vez terminada, se
presenta el paquete de petición de liberación (aviso de que la red está disponible, es
decir que la transmisión llegó a su fin).
Cada paquete tiene un identificador de circuito virtual en lugar de la dirección del
destino.
Los paquetes se reciben en el mismo orden en que fueron enviados.
Proceso:
Una ruta pre-planeada se establece antes de que los paquetes se envíen.
Todos los paquetes siguen las misma rutas.
Similar a la red de circuitos.
Cada paquete tiene su identificador de circuito virtual. Los nodos en la ruta saben a
donde direccionar los paquetes. No hay decisión de ruteo.
NO es un camino dedicado. Los paquetes almacenan (buffered) en el nodo y se
encolan para la salida. La decisión de ruteo se hace una vez para el circuito virtual.
Las redes pueden proveer servicios relacionados con el circuito virtual: secuencia y
control de error.
Los paquetes transitan más rápidamente.
Si el nodo falla todos los circuitos virtuales que pasan por el nodo fallan.
Fases:
En el circuito virtual se pueden diferenciar tres fases:
1. Apertura de la conexión: Se añade una entrada en la tabla de reenvío, se determina
la ruta entre el emisor y el receptor, se reservan recursos (ancho de banda).
Tenemos que tener en cuenta que esta conexión se hace de varios enlaces y routers
por lo que todos los routers tienen que actualizar sus tablas de reenvío.
2. Transferencia de paquetes: en esta fase se transfieren los datos necesarios.
3. Cierre de la conexión: una vez terminada la fase de transferencia, se cierra la
conexión avisando al otro nodo y se actualizan las tablas de reenvío de todos los
routers.
3.3 Estrategias de enrutamiento:
Estático:
- Es la especificación para cada par de nodos origen-destino de la identidad del siguiente
nodo en la ruta.
- No se necesita saber la ruta completa sino sola la del siguiente nodo.
- No existe diferenciación entre Datagrama y Circuitos virtuales ya que todos los
paquetes van a seguir una misma ruta de manera secuencial.
- Ventajas: Simplicidad y buen funcionamiento.
- Desventaja: Falta de flexibilidad (no existe reacción a fallos ni congestionamiento).
Inundaciones:
Para mensajes de alta prioridad.
No se precisa información sobre la red.
El nodo origen envía una copia del paquete a los nodos vecinos y estos
mediante enlaces van a enviar al resto de nodos hasta que una copia llegue al
destino.
Propiedades:
a. Se prueban los posibles caminos entre los nodos y destinos.
b. Una copia del paquete va a intentar usar el menor número de saltos.
c. Se visitan todos los nodos que están directa o indirectamente conectados
con el origen.
d. Generación de demasiado tráfico.
Aleatorio:
Mayor control del congestionamiento.
Selección de un único camino de salida para transmitir el paquete entrante.
El enlace de salida se elije en forma aleatoria sin tomar en cuenta el enlace
anterior.
Adaptable:
Las decisiones cambian a medida de las condiciones de la red (si la red tiene
fallos el nodo o línea ya sabe que no puede ser parte de la ruta y en caso de
congestionamiento se rodeo la zona gestionada).
Los nodos intercambian información sobre el estado de la red.
Esta técnica es más utilizada que la estática por:
1. Mejora en las prestaciones.
2. Retrasa el hecho de que aparezcan situaciones graves de
congestionamiento.
3.4 Orientado o no a la conexión:
Los protocolos de red y el tipo de tráfico de datos que soportan pueden ser
caracterizados como orientados a conexión o sin conexión:
3.4.1 Orientado a la conexión:
Implica el uso de un camino específico que se establezca durante una conexión.
Los datos pasan a través de una conexión permanente establecida.
Este tiene 3 Fases:
3 Fases:
1. Establecimiento de la conexión: Se determina un solo camino entre el origen y los
sistemas destinatarios. Los recursos de la red generalmente son reservados en ese
momento para asegurar una calidad constante del servicio.
2. Transferencia de datos: los datos se transmiten secuencialmente sobre el camino
que se estableció. Llegan siempre el sistema destinatario en el orden en el cual fue
enviado.
3. Fin de la conexión: una conexión establecida que no se necesita más se termina. La
comunicación adicional entre el origen y los sistemas destinatarios requiere que sea
establecida una nueva conexión.
Ventajas:
Son útiles para trasmitir datos que no toleran delay y el resencuenciamiento de
paquetes.
Las aplicaciones de voz y de vídeo se basa típicamente en servicios orientados a
conexión.
Desventajas:
Reserva estática del camino: todo tráfico tiene que viajar a lo largo del mismo
camino estático y un incidente en cualquier punto de ese camino va a hacer fallar la
conexión.
Reserva estática de recursos: todos los recursos quedan reservados para esa
comunicación y no es posible compartirla con otros usuarios de la red. A menos que
se utilice completo el rendimiento de procesamiento, de forma ininterrumpida, el
ancho de banda no se usa de manera eficiente.
3.4.2 No orientado a la conexión:
No implica la predeterminación del camino a seguir por lo paquetes.
No garantiza:
- La secuencia de paquetes.
- La tasa de transferencia de datos.
- Los recursos de la red.
Cada paquete es transmitido independientemente por el sistema de origen y
manejado independientemente por los dispositivos intermedios de la red.
Ventajas:
Selección dinámica del camino: permite al tráfico ser encaminado evitando fallas
de la red porque los caminos se seleccionan paquete por paquete.
Asignación dinámica del ancho de banda: permite hacer un uso más eficiente del
ancho de banda, ya que no se afectan los recursos de red que no se utilizan.
Son útiles para aplicaciones que toleran un cierto delay y resecuenciamiento de los
paquetes. Típicamente usada por aplicaciones de datos (mail, web).
Son descritos generalmente con sin estado: los puntos finales no guardan
información para recordar una "conversación" de cambios de mensajes.
Con los años la fusión de las computadoras y las comunicaciones tuvieron una profunda
influencia en cuanto a la manera en que organizan los sistemas informáticos. El concepto
que se conocía como "centro de cómputo" o "centro de informática", como un salón con
una gran computadora a la que los usuarios llevaban su trabajo para procesarlo es ahora
totalmente obsoleto. El viejo modelo de una sola computadora para entender todas las
necesidades computacionales de la organización se remplazó por uno en el que un gran
número de computadoras separadas pero interconectadas entre sí hacen el trabajo. A
estos sistemas se los conoce como redes de computadoras.
Una red de computadoras no es lo mismo que un sistema distribuido. La diferencia
clave está en que un sistema distribuido, un conjunto de computadoras independientes
aparece frente a sus usuarios como un solo sistema coherente. Por lo general, tiene
modelo o paradigma único que se presenta a los usuarios. A veces se usa una capa de
software encima del sistema operativo, conocido como middleware; esta capa es
responsable de implementar este modelo. Un ejemplo muy conocido es la World Wide
Web. Este sistema opera sobre Internet y presenta un modelo en el cual todo se ve como
un documento (página web).
En una red de computadoras no existe esta coherencia, modelo ni software. Los usuarios
quedan expuestos a las máquinas real, sin que el sistema haga algún intento por hacer
que éstas se vean y actúen de manera coherente. Si las máquinas tienen distinto
hardware y distintos sistemas operativo, es algo que está a la vista de los usuarios. Si un
usuario quiere ejecutar un programa en un equipo de manera remota, tiene que iniciar
sesión en esa máquina y ejecutarlo ahí.
Un sistema distribuido es un sistema de software construido sobre una red. El software
le ofrece un alto nivel de cohesión y transparencia. Por ende, la distinción entre una red y
un sistema distribuido recae en el software (en especial, en el sistema operativo) y no en
el hardware.
1. Primer protocolo MAC, ALOHA (ALOHAnet):
ALOHA, también llamado ALOHAnet, fue un sistema pionero de redes de computadoras
desarrollado en la universidad de Hawái. Se lanzó por primera vez en 1970. Aunque la red
ALOHA ya no se usa, uno de los conceptos esenciales de esta red es la base para la casi
universal Ethernet.
En ese momento en Hawái no podían cruzar el océano con cables de fibra óptica, así que
encontraron un solución que implicaba radios de corto rango, en donde cada terminal de
usuario compartía la misma frecuencia ascendente para enviar tramar a la computadora
central. El sistema ALOHA usaba la radiodifusión basada en tierra, la idea básica es
aplicable a cualquier sistema en el que usuarios no coordinados compiten por el uso de
un solo canal compartido. Existen dos versiones de ALOHA, ALOHA puro y ranurado.
El término ALOHA en la comunicación de datos se refiere a un tipo de protocolo que
permite que los dispositivos se comuniquen entre sí sin necesidad de un control o
coordinación centralizados. Este tipo de protocolos se usa o se usaba en redes
inalámbricas o móviles, donde podría llegar a ser difícil mantener un control centralizado.
En ALOHAnet, cada nodo escucha para saber si alguien está usando el canal, y si no
escucha a nadie empieza a emitir. Este sistema se conoce como Acceso múltiple por
detección de portadora. En resumen, ALOHA fue un sistema pionero que sirvió como la
base para el desarrollo de redes Ethernet y Wi-Fi.
1.1 ALOHA PURO:
La idea básica de ALOHA es la siguiente: permitir que los usuarios transmitan cuando
tengan datos para enviar. Obvio pueden existir colisiones donde las tramas se ven
afectadas. Los emisores necesitan alguna forma de saber si éste fue el caso.
Después de cada estación envía su trama a la computadora central, ésta vuelve a
difundir la trama a todas las estaciones. Así, una estación emisora puede escuchar la
difusión de la estación terrena maestra (HUB) para ver si pasó su trama o no.
En otros sistemas, como las LAN alámbricas, el emisor podría ser capaz de escucha si
hay colisiones mientras transmite.
Si la trama fue destruida, el emisor simplemente espera un tiempo aleatorio y la envía de
nuevo. El tiempo de espera tiene que ser aleatorio o las misma tramar chocarían una y
otra vez, en sincronía. Los sistemas en los cuales varios usuarios comparten un canal
común de modo tal que puede dar pie a conflictos se conocen como sistemas de
contención.
1.2 ALOHA ranurado (Slotted ALOHA):
Es una versión mejorada del protocolo ALOHA. Las diferencias clave entre ALOHA puro y
ALOHA ranurado. Roberts (1972) publica un método para duplicarla capacidad de un
sistema ALOHA. Su propuesta era dividir el tiempo en intervalos discretos llamados
ranuras, cada una de estas ranuras correspondía una trama. Este método requiere que
los usuarios acuerden límites de ranuras. Un manera de lograr la sincronización sería
tener una estación especial que emitiera una señal al comienzo de cada intervalo, como
un reloj.
ALOHA ranurado a diferencia del ALOHA puro de Abramson, es que no permite que una
estación envíe cada vez que el usuario escribe una línea. En cambio, se le obliga
esperar el comienzo de la siguiente ranura. Por lo tanto, el ALOHA de tiempo continuo se
convierte en uno de tiempo discreto. Esto reduce el periodo vulnerable a la mitad.
El tiempo se organiza en ranuras uniformes de duración igual al tiempo de
transmisión de una trama.
Necesita un reloj central o otro mecanismo de sincronización.
La transmisión se permite en los instantes de tiempo que coincidan con el comienzo
de una ranura. Sino las tramas se pierden o se solapan completamente.
La utilización máxima del sistema es del 37%.
2. Carrier Sense Multiple Access (CSMA):
El protocolo de detección de portadora, también llamado CSMA, es un protocolo de
control de acceso al medio (MAC) que se usa en las redes de computadoras para
compartir canales de comunicación de manera eficiente. Este protocolos se basa en la
detección de portadora, lo que significa que los dispositivos en la red tienen que
escuchar y detectar si hay actividad en el canal antes de transmitir datos. La detección
de portadora se refiere a la capacidad de un dispositivo de red para determinar si un
canal de comunicación está actualmente en uso antes de intentar transmitir datos a
través de la él. Si el canal está ocupad, el dispositivo va a esperar hasta que esté libre
antes de comenzar a transmitir. El propósito de este protocolo es evitar colisiones de
datos, que ocurren cuando dos o más dispositivos intentan transmitir datos al mismo
tiempo en el mismo canal. Al evitar colisiones, el protocolo CSMA puede ayudar a mejorar
la eficiencia de la red y garantizar una transmisión de datos más fluida y sin
interrupciones.
Existen varias variantes de CSMA, como CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection) y CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance), que usan otros tipos de redes y tienen sus propios métodos para manejar y
evitar colisiones.
Cuando una estación tiene datos por enviar, primero escucha el canal para saber si
alguien más está transmitiendo en ese momento. Si el canal está inactivo, la estación
envía sus datos. En caso de estar ocupado, la estación espera hasta que se desocupa. Si
ocurre una colisión, la estación espera una cantidad aleatoria de tiempo y comienza de
nuevo. El protocolo se llama persistente-1 porque la estación transmite con una
probabilidad de 1 cuando encuentra que el canal está inactivo.
2.1 CSMA No Persistente o Non-persistent CSMA:
El CSMA no persistente es una variante del protocolo de Control de Acceso al Medio
(MAC) CSMA. Cuando una estación tiene tramar por enviar, detecta el estado del canal.
Si el canal está inactivo, la estación envía la trama inmediatamente. Si está ocupado,
espera una cantidad de tiempo aleatoria para volver a detectar el estado del canal. Su
propósito era abordar los problemas asociados con CSMA persistente, con las colisiones
de datos. Sin embargo este método también tiene sus desventaja. Por ejemplo, puede
resultar en un uso ineficiente del canal, ya que las estaciones no siempre transmiten
inmediatamente cuando el canal está inactivo.
2.2 CSMA P-Persistente:
Es otra variante de CSMA, que cuando una estación tiene tramas para enviar detecta el
estado del cana. Si el canal está ocupado, la estación espera hasta el siguiente
intervalo. Si el canal está inactivo, la estación transmite la trama con una probabilidad
"p", y con una probabilidad "q" (donde q = 1 - p), la estación espera hasta el comienzo
del siguiente intervalo de tiempo. Este proceso se repite hasta que la trama se
transmite o hasta que otra estación comienza a transmitir. Se creó para abordar los
problemas asociados con persistente-1. Si dos estaciones detectan que el canal está
inactivo, ambas comenzarían a transmitir y terminaría en una colisión. Al agregar una
probabilidad p de transmitir cuando el canal esta inactivo, este protocolo reduce la
probabilidad de que dos estaciones intenten transmitir al mismo tiempo.
2,3 CSMA/CD o Carrier Sense Multiple Access with Collition
Detection:
Funcionamiento de los HUBs, bridge y switches.
1. ¿Cómo podemos extender las redes LAN?
Breve historia:
Los diseñadores especifican una distancia máxima para la extensión de una red LAN.
Éste es el resultado del compromiso entre extensión de la red y la utilización del canal
(mientras más abarca la red, los tiempos de propagación son mayores y la utilización de
canal baja).
También hay razones de tipo tecnológicas como la potencia requerida en los
transmisores. Para extender las LAN se usan módems de fibra, repetidores, BRIDGES,
SWITCHES, etc.
Limitaciones de distancia: cuando el medio es compartido, las tecnologías LAN
consideran un largo máximo para obtener retardos "moderados" y protocolos "eficientes".
Las señales eléctricas se van debilitando con la distancia lo que limita su llegada a puntos
que está lejos. Esta características limita el largo máximo de un segmento.
Opciones para extender una red LAN:
Extensión de fibra óptica.
Repetidores.
Bridges.
Switches.
1.1 NIC (Network Interface Card):
Provista para los host de acceso al medio. Los NICs operan en las capas 1 y 2.
Se identifican por una dirección física llamada MAC (Media Access Control).
MAC = OUI (24 Bits) + UAA (24 Bits)
1.2 Interconexión de dos PCs:
Es la LAN más que chica que se puede hacer:
Para conectar dos PCs se necesita:
Que cada una tenga un NIC.
Usar cables adecuados (cruzado o crossover).
1.3 Extensión vía fibra óptica:
Un par de módems y fibra ópticas se usan para conectar una computadora a una LAN
remota. El mecanismo es insertado entre la tarjeta de red y el transceiver remoto.
1.4 Repetidor:
Los repetidores incrementan la distancia de un segmento:
Para segmento de más de 100 metros o 300 pies es necesario el uso de un repetidor de
señal. Este amplifica y regenera la señal (están obsoletos hoy en día).
1.5 Repetidores VS Hubs:
Los repetidores conectan solo DOS PCs:
Para interconectar MÁS de DOS dispositivos entre sí y que se puedan comunicar, es
necesario que haya un REPETIDOR MULTI-PUERTO.
1.6 HUBs:
Permiten conectar múltiples PCs.
El repetidor multi-puerto se llama HUB.
1.6.1 HUBs: problemas:
Las conexiones en cascada generan problemas.
Los hubs comparten el ancho de banda entre todos los dispositivos conectados.
Los hubs son dispositivos "tontos" de capa 1, por lo que no distinguen el tráfico.
Constituyen una topología broadcast (difusión), que crea tormentas de tráfico
reenviando la información a todos los dispositivos.
Constituyen un problema de seguridad.
1.7 Bridges:
Los puentes son dispositivos electrónicos que conectan dos segmentos en una LAN.
Manejan la trama completa y usan la misma tarjeta interfaz que otras estaciones
conectadas a la red.
A diferencia del repetidor que trabaja en la capa física, el BRIDGE procesa la trama hasta
la capa de enlace de datos.
Los BRIDGES no retransmiten las colisiones ni tramas recibidas con error.
Son transparentes para las PCs conectadas a la red.
Los BRIDGES no retransmiten tramas a menos que sea necesario. Esto lo hacen
observando las direcciones destino de las tramas y comparándolas con la información
que manejan de la localización de las estaciones.
La ubicación de las estaciones la aprenden en forma adaptativa observando la dirección
origen en las tramas que se reciben. Si la dirección no está en la tabla, la trama es
retransmitida. Las tramas broadcast son retransmitidas.
Los BRIDGES permiten paralelismo en el uso de los segmentos.
Ventajas:
Fiabilidad.
Rendimiento.
Seguridad.
Geografía.
1.7.1 Funciones de un BRIDGE:
Lee todas las tramas transmitidas sobre la LAN y acepta las de direcciones de
cualquier estación de otra LAN.
Usan Protocolo MAC retransmite hacia otra LAN cada una de las tramas. Lo mismo
en sentido contrario.
1.7.2 Aspectos de diseño:
No se modifica contenido o formato de la trama.
No encapsula.
Copia exacta bit a bit de la trama.
Mínimo almacenamiento en buffer para satisfacer demandas de pico.
Capacidad de direccionamiento y enrutamiento:
Tiene que ser capaz de decir que tramas pasar.
Puede pasar más de un paquete.
Poder conectar más de dos LANs.
BRIDGING es transparente a las estaciones: estaciones en múltiples LAN parece
como única LAN.
1.7.3 Arquitectura de protocolos:
IEEE 802.1D.
Nivel MAC: dirección de la estación, al mismo nivel.
BRIDGE no necesita LLC: retransmisión de tramas MAC.
Pueden pasar las tramas de sistemas de comunicación externa:
Enlace WAN.
Captura de trama.
Encapsulamiento.
Transmitirla hacia el otro lado del puente.
Va a eliminar campos extra y va a transmitir la trama.
1.7.4 Árbol de expansión:
LANs grandes requieren rutas alternativas:
Balanceo de carga.
Tolerancia a fallos.
BRIDGE desarrollan automáticamente tablas de routing.
Actualiza automáticamente en respuesta a cambios:
Retransmisión de tramas.
aprendizaje de direcciones.
Resolución de bucles (loops).
1.7.4.1 Árbol de expansión - retransmisión de tramas:
Mantiene una base de datos de retransmisión para cada puerto.
Base indica lista de direcciones para cada puerto.
Para cada trama que llega a un puerto X:
Búsqueda de BD si dirección MAC asociado a puerto <> X.
Si no encuentra dirección, se envía a todos excepto X.
Si la dirección está en el puerto Y chequea si el puerto Y está bloqueado o
disponible: el bloqueo impide al puerto recibir o transmitir.
Si no está bloqueado, transmite.
1.7.4.2 Árbol de expansión - Aprendizaje de direcciones:
Puede transmitir la base de datos precarhada.
Puede aprenderla.
Cuando la trama llega al puerto X, viene desde la dirección de la LAN entrante.
Usa la dirección de origen para actualizar la base de datos de retransmisión de
puerto X para incluir esa dirección.
Temporizador en cada entrada de la base de datos.
Cada vez que llega la trama, se comprueba su dirección de origen. Se actualiza.
1.7.4.3 Árbol de expansión - Algoritmo:
Mecanismo de aprendizaje de direcciones. No cierra loops.
Teoría de grafos. Mantiene conectividad pero no circuito cerrados.
Cada bridge tiene asignado único identificador.
Intercambio entre los puentes para establecer el árbol de expansión.
1.8 Diferencias entre un BRIDGE y un SWITCH:
Los SWITCHES son más rápidos porque conmutan en hardware, los BRIDGES
conmutan en software.
Los SWITCHED pueden soportar altas densidades de puertos.
Algunos SWITCHIES soportan conmutación cut-through que reduce retardos en la
red, mientras que los BRIDGES solo soportan conmutación del tráfico store-andfordward.
Los SWITCHIES proporcionan ancho de banda dedicado a cada segmento de red
(menos colisiones).
En el HUB todos los dispositivos comparten el mismo ancho de banda, mientras que
el SWITCH el ancho de banda no se comparte.
La información en enviada desde un dispositivo a otro, pero el HUB lo transmite a
todos. Realizar broadcast de VLANs para la mejora de rendimiento y
confidencialidad de información.
1.8 SWITCH:
Un SWITCH se puede ver como un puente multipuertos, donde el tráfico se hace por
dirección MAC en cada puerto del switch. Cada segmento tiene un ancho de banda
dedicada, y se aumenta la seguridad.
1.8.1 SWITCHING (Conmutación):
Físicamente un switch (conmutador) se parece a un HUB (concentrador).
El HUB simula un único medio compartido mientras que el switch simula una LAN
con bridges donde hay solo una PC por segmento.
Como resultado, con un HUB solo una máquina puede acceder al medio pero con un
SWITCH varias máquinas pueden enviar datos simultáneamente.
Estas dos tecnologías se pueden combinar. Cada PC se conecta al HUB y estos se
conectan a un SWITCH.
Tipos de switches:
Cut-through: alta velocidad, puede re-enviar frames malos.
Store-and-forward: revisa el frame antes de enviarlo.
FramengFree (Cut-through modificado): antes de enviar, espera a que lleguen
64 bytes.
ATM (Asynchronous Transfer Mode): transfiere celdas fijas, soportan voz, video
y datos.
LAN: interconecta múltiples segmentos LAN, separa dominios de colisión.
Switches nivel 3.
1.9 ROUTERS:
La función del router es comunicar equipos de diferentes redes. Buscan la mejor ruta
para enviar los paquetes. Realiza la siguientes tareas:
Control de broadcast.
Control de multicast.
Determinación óptima de rutas.
Administración del tráfico.
Direccionamiento lógico.
Conexiones a servicios WAN.
1.10 FIREWALL:
Es un dispositivo de red que brinda principalmente seguridad perimetral. Algunos
firewalls ofrecen protección contra negación de servicio. Se basa en:
Routers.
Equipos dedicados - PIX de Cisco.
PC con Software - Linux.
También en otros casos se usan para el filtrado de contenido y para la detección de
intrusos.