CLASES DE REDES

REDES DE ÁREA LOCAL (LAN)

Las redes LAN (local área networks), son redes de propiedad privada dentro de un solo edificio o campus de hasta unos cuantos kilómetros de extensión. Se usan ampliamente para conectar computadoras personales y estaciones de trabajo en oficinas de compañías y fábricas con objeto de compartir recursos (por ejemplo, impresoras) e intercambiar información. Las LAN se distinguen de otro tipo de redes por tres características:

1. Su tamaño

2. Su tecnología de transmisión

3. Su topología

Conexiones Internas de una LAN

Una LAN suele estar formada por un grupo de ordenadores, pero también puede incluir impresoras o dispositivos de almacenamiento de datos como unidades de disco duro. La conexión material entre los dispositivos de una LAN puede ser un cable coaxial, un cable de dos hilos de cobre o una fibra Óptica. También pueden efectuarse conexiones inalámbricas empleando transmisiones de infrarrojos o radiofrecuencia. Un dispositivo de LAN puede emitir y recibir señales de todos los demás dispositivos de la red. Otra posibilidad es que cada dispositivo esté conectado a un repetidor, un equipo especializado que transmite de forma selectiva la información desde un dispositivo hasta uno o varios destinos en la red.

REDES DE ÁREA AMPLIA (WAN)

Se extiende sobre un área geográfica extensa, a veces un país o un continente; contiene una colección de máquinas dedicadas a ejecutar programas de usuario (es decir, de aplicación)., comúnmente llamadas tradicionalmente máquinas Hosts. Las hosts están conectadas por una subred de comunicación. O simplemente subred. El trabajo de la subred es conducir mensajes de una hosts a otra, así como el sistema telefónico conduce palabras del que habla al que escucha. La separación entre los aspectos exclusivamente de comunicación de la red (subred) y los aspectos de aplicación (las hosts), simplifica enormemente el diseño total de la red.

RED DE ÁREA METROPOLITANA (MAN)

La red MAN (Metropolitan Area Network) ha sido diseñada para que se pueda extender a lo largo de una ciudad entera. Puede ser una red única como una red de televisión por cable o puede ser una forma de conectar un cierto número de 77 LAN en una red mayor, de forma que los recursos puedan ser compartidos de LAN a LAN y de dispositivo a dispositivo. Por ejemplo, una empresa puede usar una MAN para conectar las LAN de todas sus oficinas dispersas por la ciudad.

TIPOS DE REDES REDES

PUNTO A PUNTO Constituyen este tipo de red las conexiones exclusivas entre terminales y computadoras con una línea directa. La ventaja de este tipo de conexión se encuentra en la alta velocidad de transmisión que soporta y la seguridad que presenta al no existir conexión con otros usuarios. Un inconveniente es su costo.

REDES DE DIFUSIÓN Las redes de difusión tienen un solo canal de comunicaciones compartido por todas las máquinas de la red. Los mensajes cortos (llamados paquetes en ciertos contextos) que envían una máquina son recibidos por todas las demás. Un campo de dirección dentro del paquete especifica a quién se dirige. Al recibir un paquete, una máquina verifica el campo de dirección. Si el paquete está dirigido a ella, lo procesa; si está dirigido a alguna otra máquina, lo ignora.

REDES CONMUTADAS Los datos que entren en una red conmutada proveniente de una de las estaciones 79 (dispositivos finales que desean comunicarse), se encaminará hacia el destino conmutándolos de nodo a nodo (dispositivos cuyo objetivo es facilitar la Comunicación).

PROTOCOLOS Y ARQUITECTURAS DE RED

Protocolos

La palabra protocolo designa un conjunto de reglas o convenios para llevar a cabo una tarea determinada. En la transmisión de datos, protocolo se usa en un sentido menos amplio para indicar el conjunto de reglas o especificaciones que se usan para implementar uno o más niveles del modelo OSI. Un protocolo define que se comunica, como se comunica y cuándo se comunica. Los elementos claves de un protocolo son su sintaxis, su semántica y su temporización.

Sintaxis. Se refiere a la estructura del formato de los datos, es decir, el orden en el cual se presentan. Por ejemplo, un protocolo sencillo podría esperar que los primeros ocho bits de datos fueran la dirección del emisor, los segundos ocho bits, la dirección del receptor y el resto del flujo fuera el mensaje en sí mismo.

Semántica. Se refiere al significado de cada sección de bits. ¿como se interpreta un determinado patrón y acción se toma basada en dicha representación? Por ejemplo, ¿una dirección identifica la ruta a tomas o el destino final del mensaje.

Temporización. Define dos características: Cuándo se deberían enviar los datos y con qué rapidez deberían ser enviados. Por ejemplo, si un emisor produce datos a una velocidad de 100Mbps, pero el receptor puede procesar datos solamente a 1 Mbps, la transmisión sobrecargará al receptor y se perderá gran cantidad de datos.

Funciones de los protocolos

No todos los protocolos realizan todas las funciones, pues implicaría un importante duplicación de esfuerzo. Existen varios ejemplos del mismo tipo de funciones presentes en protocolos de niveles diferentes. Las funciones de los protocolos se pueden agrupar en las siguientes categorías:

Segmentación y ensamblado. Es cuando una entidad (cualquier cosa con capacidad de enviar o recibir información) de aplicación envía datos en mensajes o en una secuencia continua, los protocolos de nivel inferior pueden necesitar dividir los datos en bloques de menor tamaño y todos del mismo. Por convenienciase denomina unidad de datos de protocolo (PDU, “protocol data unit”) a un bloque de datos intercambiando entre dos entidades a través de un protocolo.

Encapsulado. Cada PDU consta no sólo de datos, sino también de información de control. En cambio, algunas PDU contienen solo información de control, sin datos. La información de control se clasifica en tres categorías: •

Dirección: se puede indicar la dirección del emisor y/o la del receptor

• Código de dirección de errores: a veces se incluye algún tipo de secuencia de comprobación de trama para detección de errores.

• Control de protocolo: se incluye información adicional para implementar las funciones de protocolo enumeradas en el resto de la presente sección.

Control de flujo. El control de flujo es una funciOn realizada por la entidad receptora para limitar la cantidad o tasa de datos que envía la entidad emisora. La forma más sencilla de control de flujo es un procedimiento de parada y espera (“stop-and-Wait “ ), en el que cada PDU debe ser confirmada antes de que se envíe la siguiente. El uso de protocolos más eficientes implica la utilizaciOn de alguna forma de crédito ofrecido por el emisor, que es la cantidad de datos que se pueden enviar sin necesidad de confirmaciOn.

Control de errores. Es necesario el uso de técnicas para gestionar la pérdida o los errores de datos e informaciOn de control. La mayor parte de las técnicas incluyen detecciOn de errores, basadas en el uso de una secuencia de comprobaciOn de trama, y retransmisiOn de PDU.

Direccionamiento. El concepto de direccionamiento en una arquitectura de comunicaciones es complejo y abarca un gran número de conceptos como es el nivel de direccionamiento, ámbito del direccionamiento, identificadores de conexiOn y modo de direccionamiento.

Multiplexación. La multiplexaciOn está relacionado con el concepto de direccionamiento. En un sistema individual se admite una forma de multiplexaciOn mediante múltiples conexiones. Por ejemplo, con X.25 pueden existir múltiples circuitos virtuales que terminan en el mismo sistema final; Se puede decir que estos circuitos virtuales están multiplexados sobre la interfaz física entre el sistema final y la red. Servicios de transmisión.

Arquitectura de redes

Antes de estudiar las diferentes arquitecturas de redes es importante que se traten los temas sobre conmutación de circuitos y conmutación de paquetes Conmutación de circuitos.

La conmutación de circuitos crea una línea directa entre dos dispositivos, tales como teléfonos o computadoras. Por ejemplo en la figura 4.3, en lugar de conexiones punto a punto entre las tres computadoras de la izquierda (A, B, y C) y las cuatro de la derecha (D, E, F y G), que requieren 12 enlaces, se pueden emplear cuatro conmutadores para reducir el número y la longitud de enlaces. En la figura 4.3, la computadora A se encuentra conectada mediante los conmutadores I, II y III a la computadora D. Cambiando las palabras del conmutador, se puede conseguir que cualquier computadora de la izquierda se conecte a cualquiera de las derecha.

Los circuitos virtuales permanentes (PVC)

son comparables a las líneas dedicadas en la conmutaciOn de circuitos. En este método se establece de forma continua un mismo circuito virtual entre dos usuarios. El circuito está dedicado a 89 los usuarios especificados. Nadie más puede utilizarlos y, debido a que siempre está disponible, se puede usar sin necesidad de establecer ni liberar las conexiones.

El Proyecto 802

En 1985, la computer Society del IEEE comenzó el proyecto, denominado Proyecto 802 para definir estándares que permitan la intercomunicación entre equipos de distintos fabricantes. El proyecto 802 no busca remplazar ninguna parte del modelo OSI. En lugar de eso, es una forma de especificar funciones del nivel físico, el nivel de enlace de datos y, en menos extensión, el nivel de red para permitir la interconectividad de los principales protocolos LAN. Las relaciones del Proyecto 802 de la IEEE con el modelo OSI se muestra en la figura No. 4.9. El IEEE ha subdividido el nivel de enlace de datos en dos subniveles: control de enlace lógico (LLC, Logical Link Control) y control de acceso al medio (MAC, Médium Acess Control).

IEEE 802.1

Es la parte del proyecto 802 dedicada a los aspectos de comunicación entre redes LAN Y WAN. Aunque todavía no está completo, intenta resolver las incompatibilidades entre arquitectura de redes sin que sea necesario hacer modificaciones en las direcciones existentes, los medios de acceso y los mecanismos de recuperación de errores, entre otros.

IEEE 802.2 (LLC)

En general, el modelo del proyecto 802 del IEEE toma la estructura de una trama HDLC (Control de enlace de datos de alto nivel) y la divide en dos conjuntos de funciones. Un conjunto contiene las porciones de usuario final de la trama: las direcciones lógicas, la información de control y los datos.

IEEE 802.4 Bus con paso de testigo

Combina la características de la Ethernet y la red en anillo con paso de testigo. Combina la configuración física de la Ethernet (una topología bus) y la característica de estar libre de colisiones (retraso predecible) de la red en anillo con paso de testigo. El bus con paso de testigo es un bus físico que opera como un anillo lógico usando testigos.

Retransmisión de tramas (“Frame Relay”)

Frame Relay es una tecnología de conmutaciOn rápida de tramas, basada en estándares internacionales, que puede utilizarse como un protocolo de transporte y como un protocolo de acceso en redes públicas o privadas proporcionando servicios de comunicaciones. La convergencia de la informática y las telecomunicaciones está siendo una realidad desde hace tiempo. Las nuevas aplicaciones hacen uso exhaustivo de gráficos y necesitan comunicaciones de alta velocidad con otros ordenadores conectados a su misma red LAN, e incluso a redes LAN geográficamente dispersas.

Ahora, el mercado demanda un mayor ahorro en los costes de comunicaciones mediante la integración de tráfico de voz y datos. Frame Relay ha evolucionado, proporcionando la integraciOn en una única línea de los distintos tipos de tráfico de datos y voz y su transporte por una única red que responde a las siguientes necesidades:

Alta velocidad y bajo retardo

+ Soporte eficiente para tráficos a ráfagas

+ Flexibilidad

+ Eficiencia

+ Buena relación coste-prestaciones

+ Transporte integrado de distintos protocolos de voz y datos

+ Conectividad “todos con todos“

+ Simplicidad en la gestión

+ Interfaces estándares

ATM (Aynchronous Transfer Mode)

El modo de transferencia asíncrono, es el protocolo de retransmisiOn de celdas diseñado por el foro de ATM y adoptado por la ITU-T. ATM es una tecnología capaz de transferir voz, video y datos a través de redes privadas y públicas. Está desarrollada en base a una arquitectura de celdas en lugar de tramas. Las celdas ATM siempre tienen una longitud fija de 53 Bytes. La celda ATM de 53 bytes se divide en una cabecera ATM de 5 bytes seguida de 48 bits de carga ATM. La celda ATM de 53 bytes se divide en una cabecera ATM de 5 bytes de carga ATM. Estas celdas son adecuadas para transportar voz y video porque este tipo de tráfico es intolerante con el retardo. Ambos tipos de información no tienen que esperar a que un paquete de gran tamaño sea transmitido.

MODELO DE REFERENCIA OSI

Creada en 1947, la organización internacional de Estandarización (ISO, internacional Standards Organization) es un organismo multinacional dedicado a establecer acuerdos mundiales sobre estándares internacionales. Un estándar ISO que cubre todos los aspectos de las redes de comunicaciones es el modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI, Open System Interconection). Un sistema abierto es un modelo que permite que dos sistemas diferentes se puedan comunicar independientemente de la arquitectura subyacente. Los protocolos específicos de cada vendedor no permiten la comunicación entre dispositivos no relacionados. El objetivo del modelo OSI es permitir la comunicación entre sistemas distintos sin que sea necesario cambiar la lógica del hardware o el software subyacente. El modelo OSI no es un protocolo; es un modelo para comprender y diseñar una arquitectura de red flexible robusta e interoperable.

CONCEPTO El modelo OSI es una arquitectura por niveles para el diseño de sistemas de red que permite la comunicación entre todos los tipos de computadoras. Está compuesto por siete niveles separados, pero relacionados, cada uno de los cuales define un segmento del proceso necesario para mover la información a través de una red. Comprender los aspectos fundamentales del modelo OSI proporciona una base solida para la explotación de la transmisión de datos. El modelo OSI está compuesto por siete niveles ordenados.

ORGANIZACIÓN DE LOS NIVELES

Se puede pensar que los siete niveles pertenecen a tres subgrupos. Los niveles 1, 2 y 3 físico, enlace y red, son los niveles de soporte de red. Tienen que ver con los aspectos físicos de la transmisión de los datos de un dispositivo a otro (especificaciones eléctricas, conexiones físicas, direcciones físicas y temporización de transporte y fiabilidad). Los niveles 5, 6 y 7, sesión, presentación y aplicación proporcionan servicios de soporte de usuario. Permite la interoperabilidad entre sistemas software no relacionados. El nivel 4 nivel de transporte, asegura la transmisión fiable de los datos de extremo a extremo, mientras que el nivel 2 asegura la transmisión fiable de datos en un único enlace. Los niveles superiores de OSI se implementan casi siempre en software; los niveles inferiores son una combinación de hardware y software, excepto el nivel físico, que es principalmente hardware.

FUNCIONES DE LOS NIVELES DE MODELO OSI

• NIVEL FISICO

El nivel físico coordina las funciones necesarias para trasmitir el flujo de datos a través de un medio físico. Trata con las especificaciones eléctricas y mecánicas de la interfaz y del medio de transmisión. También define los procedimientos y las funciones que los dispositivos físicos y la interfaces tienen que llevar a cabo para que sea posible la transmisión.

Características físicas de las interfases y el medio.

El nivel físico define las características de la interfaz entre los dispositivos y el medio de transmisión. También define el tipo de medio de transmisión.

Representación de los bits. Los datos del nivel físico están compuestos por un flujo de bits (secuencias ceros y unos) sin ninguna interpretación. Para que puedan ser transmitidos, es necesario codificarlos en señales, eléctricas u Ópticas. El nivel físico define el tipo de codificación (como los ceros y unos se cambian en señales).

Tasa de datos. El nivel físico también define la tasa de transmisión: el número de enviados cada segundo. En otras palabras, el nivel físico define la duración de un bit, es decir, cuánto tiempo dura.

Sincronización de los bits. El emisor y el receptor deben estar sincronizados a nivel de bit. En otras palabras los relojes del emisor y el receptor deben estar sincronizados.

Configuración de la línea. El nivel físico está relacionado con la conexiOn de dispositivos al medio. En una configuraciOn punto a punto se conectan dos dispositivos a través de un enlace dedicado. En una configuraciOn multipunto un enlace es compartido por varios dispositivos.

Topología física. La topología física define como están conectados los dispositivos para formar una red. Los dispositivos deben estar interconectados usando una topología en malla (cada dispositivo conectado a otro dispositivo) una topología en estrella (dispositivos conectados a través de un dispositivo central), una topología en anillo (un dispositivo conectado al siguiente formando un anillo) o una topología de bus (cada dispositivo esta conectado en un enlace común).

Modo de transmisión. El nivel físico también define la direcciOn de la transmisiOn entre dos dispositivos: símplex, semi duplex o full duplex, los cuales se estudiaron en la primera unidad.

• NIVEL DE ENLACE DE DATOS

El nivel de enlace de datos transforma el nivel físico, un simple medio de transmisión, en un enlace fiable y es responsable de la entrega nodo a nodo. Hace que el nivel físico aparezca ante el nivel superior (nivel de red) como un medio libre de errores.

Tramado. El nivel de enlace de datos divide el flujo de bits recibidos del nivel de red en unidades de datos manejables denominadas tramas.

Direccionamiento físico. Si es necesario distribuir las tramas por distintos sistemas de la red, el nivel de enlace de datos añade una cabecera a la trama para definir la direcciOn física del emisor (direcciOn fuente) y/o receptor (direcciOn destino) de la trama. Si hay que enviar la trama a un sistema fuera de la red del emisor, la direcciOn del receptor es la direcciOn del dispositivo que conecta su red a la siguiente.

Control de flujo. Si la velocidad a la que el receptor recibe los datos es menor que la velocidad de transmisiOn del emisor, el nivel de enlace de datos impone un mecanismo de control de flujo para prevenir el desbordamiento del receptor.

Control de errores. El nivel de enlace de datos añade fiabilidad al nivel físico al incluir mecanismos para detectar y retransmitir las tramas defectuosas o perdidas. También usa un mecanismo para prevenir la duplicaciOn de tramas. El control de errores se consigue normalmente a través de una cola que se añade al final de la trama.

• NIVEL DE RED

El nivel de red es responsable de la entrega de un paquete desde el origen al destino y, posiblemente, a través de múltiples redes (enlaces). Mientras que el nivel de enlace de datos supervisa la entrega del paquete entre dos sistemas de la misma red (enlaces), el nivel de red asegura que cada paquete va del origen al destino, sean estos cuales sean.

Si dos sistemas están conectados al mismo enlace, habitualmente no hay necesidad de un nivel de red. Sin embargo, si dos sistemas están conectados a redes distintas (enlaces) con dispositivos de conexión entre ellas (enlaces), suele ser necesario tener un nivel de red para llevar a cabo la entrega desde el origen al destino.

• NIVEL DE TRANSPORTE

El nivel de transporte es responsable de la entrega origen a destino (extremo a extremo) de todo el mensaje. Mientras que el nivel de red supervisa la entrega extremo a extremo de paquetes individuales, no reconoce ninguna relación entre estos paquetes. Trata a cada uno independientemente, como si cada pieza perteneciera a un mensaje separado, tanto si lo es como si no. Por otro lado, el nivel de transporte asegura que todo el mensaje llega intacto y en orden, supervisando tanto el control de errores como el control de flujo a nivel origen a destino.

Direccionamiento en punto de servicio. Las computadoras suelen ejecutar a menudo varios programas al mismo tiempo. Por esta razón la entrega desde el origen al destino significa la entrega no solo de una computadora a otra, sino también desde un proceso específico (programa en ejecución) en una computadora a un proceso específico (programa en ejecución) en el otro.

Segmentación y reensamblado. Un mensaje se divide en segmentos transmisibles, cada uno de los cuales contiene un cierto número de secuencias. Estos números permiten al nivel de transporte reensambla el mensaje correctamente a su llegada al destino e identificar y reemplazar paquetes que se han perdido en la transmisión.

Control de conexión. En nivel de transporte puede estar orientado 107 conexión trata cada segmento como un paquete independiente y lo pasa al nivel de transporte de la máquina destino.

Control de flujo. Al igual que el enlace de datos, el nivel de transporte responsable del control de flujo de este nivel se lleva a cabo de extremo a extremo y no solo en un único enlace.

Control de errores. Al igual que el nivel de enlace de datos, el nivel de transporte es responsable de controlar los errores.

• NIVEL DE SESION

Los servicios provistos por los tres primeros niveles (físico, enlace de datos y redes) no son suficientes para algunos procesos. El nivel de sesión es el controlador de diálogo de la red. Establece, mantiene y sincroniza la interacción entre sistemas de comunicación.

• NIVEL DE PRESENTACIÓN

El nivel de presentación está relacionado con la sintaxis y la semántica de la información intercambiada entre dos sistemas.

Traducción. Los procesos (programas en ejecución) en los sistemas intercambian habitualmente la información en forma de tiras de caracteres, números, etc. Es necesario traducir la información a flujos de bits antes de transmitirla.

Cifrado. Para transportar información sensible, un sistema debe ser capaz de asegurar la privacidad. El cifrado implica el emisor transforma la información original a otro formato y envía el mensaje resultante por la red.

Compresión. La compresión de datos reduce el número de bits a transmitir. La compresión de datos es particularmente importante en la transmisión de datos multimedia tales como texto, audio y vídeo.

• NIVEL DE APLICACION

El nivel de aplicación permite al usuario, tanto humano como software, acceder a la red. Proporciona las interfaces de usuario y el soporte para servicios como el correo electrónico, el acceso y la transferencia de archivos remotos, la gestión de datos compartidos y otros tipos de servicios para información distribuida.

ESTRUCTURA DE UNA TRAMA

En una transmisiOn sincrOnica se requiere de un nivel de sincronizacion adicional para que el receptor pueda determinar dOnde está el comienzo y el final de cada bloque de datos; Esta transmisión se hace a través de una trama que presenta los datos más el preámbulo (patrOn de bits de comienzo de un bloque de datos), los bits de final junto con informaciOn de control en cada bloque de datos transmitido. HDLC (High-level data link control, Control de enlace de datos de alto nivel) es el protocolo más importante para el enlace de datos, no solo porque es el más utilizado, sino porque además es el protocolo mas importante en la capa de enlace del modelo OSI. El HDLC usa la transmisión sincrónica. Todos los intercambios se realizan a través de tramas, HDLC utiliza un formato único de trama que es válido para todos los posibles intercambios: datos e informaciOn de control.

Los campos de delimitación. Los campos de delimitación están localizados en los dos extremos de la trama, y ambos corresponden a la siguiente combinación de bits 01111110. se puede usar un único delimitador como final y comienzo de la siguiente trama simultáneamente. A ambos lados de la interfaz entre el usuario y la red, los receptores estarán continuamente intentando detectar secuencia de delimitación para sincronizarse con el comienzo de la trama. Cuando se recibe una trama, la estaciOn seguirá intentando detectar esa misma secuencia para determinar así el final de la trama. Debido a que el protocolo permite cualquier combinaciOn de bits ( es decir, el protocolo no impone restricción alguna en el contenido de los campos) no hay garantía de que la combinación 01111110 no aparezca en algún lugar dentro de la trama, destruyendo de esta manera la sincronización de las tramas. Para evitar esta situación no deseable, se utiliza un procedimiento denominado inserción de bits.

Campo de dirección. El campo de dirección identifica a la estación secundaria que ha trasmitido o que va a recibir la trama. Este campo no se necesita en enlaces punto a punto, si bien se incluye siempre por cuestiones de uniformidad. El campo de dirección tiene normalmente 8 bits, si bien tras una negociación previa, se puede utilizar un formato ampliado en el que la dirección tendrá un múltiple de 7 bits.

Campo de control. En HDLC se definen tres tipos de tramas, cada una de ellas con un formato diferente para el campo de control. Las tramas de información (tramas-I) transportan los datos generados por el usuario (esto es, por la lógica situada en la capa superior, usuaria HDLC). Además, en las tramas de información se incluye información para el control ARQ (automatic repeat resquest, solicitud de repetición automática) de errores y del flujo. Las tramas de supervisión (tramas-S) proporcionan el mecanismo ARQ cuando la incorporación de las confirmaciones en las tramas de información no es factible. Las tramas no numeradas (tramas-N) proporcionan funciones complementarias para controlar el enlace.