Descripción y Objetivos Descripción: La asignatura
permite analizar los conceptos básicos de hardware y
software, que comunican los diversos tipos de redes de datos,
señales configuraciones y medios de transmisión.
Además permite conocer los protocolos de
comunicación, sobre el cual se montan los servicios de
redes.
Descripción y Objetivos Objetivos: Al término del
curso el alumno deberá ser capaz de: Identificar los
diferentes componentes o equipamientos requeridos en los tipos de
redes. Diseñar sistemas de cables estructurados
Interconectar equipamiento de red.
Unidades Programáticas Redes de Computadores Capa Fisica
Capa de Enlace Capa de Red Capa de Transporte Protocolo de
Servicio de Aplicaciones Protocolo de Aplicación
Concepto de red Una red es un sistema de transmisión de
datos que permite el intercambio de información entre
ordenadores. Si bien esta definición es demasiado general,
nos sirve como punto de partida. La información que pueden
intercambiar los ordenadores de una red puede ser de lo
más variada: correos electrónicos, vídeos,
imágenes, música en formato MP3, registros de una
base de datos, páginas web, etc. La transmisión de
estos datos se produce a través de un medio de
transmisión o combinación de distintos medios:
cables de fibra óptica, tecnología
inalámbrica, enlaces vía satélite (el
intercambio de información entre ordenadores mediante
disquetes no se considera una red).
En la definición anterior hemos indicado el término
ordenadores en un intento por simplificar. Sin embargo, los
ordenadores son sólo una parte de los distintos
dispositivos electrónicos que pueden tener acceso a las
redes, en particular a Internet. Otros dispositivos de acceso son
los asistentes personales (PDA) y las televisiones (Web TV).
Incluso, ya existen frigoríficos capaces de intercambiar
información (la lista de la compra) con un supermercado
virtual.
Clasificación según su tamaño Las redes LAN
(Local Area Network, redes de área local) son las redes
que todos conocemos, es decir, aquellas que se utilizan en
nuestra empresa. Son redes pequeñas, entendiendo como
pequeñas las redes de una oficina, de un edificio…
Debido a sus limitadas dimensiones, son redes muy rápidas
en las cuales cada estación se puede comunicar con el
resto.
Clasificación según su tamaño Las redes WAN
(Wide Area Network, redes de área extensa) son redes punto
a punto que interconectan países y continentes. Por
ejemplo, un cable submarino entre Europa y América, o bien
una red troncal de fibra óptica para interconectar dos
países. Al tener que recorrer una gran distancia sus
velocidades son menores que en las LAN aunque son capaces de
transportar una mayor cantidad de datos.
Clasificación según su tamaño Como vemos,
las redes LAN son pequeñas y las redes WAN, muy grandes:
debe existir algún término para describir unas
redes de tamaño intermedio. Esto es, las redes MAN
(Metropolitan Area Network, redes de área metropolitana).
Un ejemplo es la red utilizada en una pequeña
población de la Comunidad Valenciana, Villena, para
interconectar todos sus comercios, hogares y administraciones
públicas (proyecto InfoVille).
Clasificación según su distribución
lógica Todos los ordenadores tienen un lado cliente y otro
servidor: una máquina puede ser servidora de un
determinado servicio pero cliente de otro servicio.
Clasificación según su distribución
lógica Servidor. Máquina que ofrece
información o servicios al resto de los puestos de la red.
La clase de información o servicios que ofrezca determina
el tipo de servidor que es: servidor de impresión, de
archivos, de páginas web, de correo, de usuarios, de IRC
(charlas en Internet), de base de datos…
Clasificación según su distribución
lógica Cliente. Máquina que accede a la
información de los servidores o utiliza sus servicios.
Ejemplos: Cada vez que estamos viendo una página web
(almacenada en un servidor remoto) nos estamos comportando como
clientes. También seremos clientes si utilizamos el
servicio de impresión de un ordenador remoto en la red (el
servidor que tiene la impresora conectada).
Dependiendo de si existe una función predominante Redes
cliente/servidor. Los papeles de cada puesto están bien
definidos: uno o más ordenadores actúan como
servidores y el resto como clientes. Los servidores suelen
coincidir con las máquinas más potentes de la red.
No se utilizan como puestos de trabajo. En ocasiones, ni siquiera
tienen monitor puesto que se administran de forma remota: toda su
potencia está destinada a ofrecer algún servicio a
los ordenadores de la red. Internet es una red basada en la
arquitectura cliente/servidor.
Dependiendo de si existe una función predominante Redes
entre iguales. No existe una jerarquía en la red: todos
los ordenadores pueden actuar como clientes (accediendo a los
recursos de otros puestos) o como servidores (ofreciendo
recursos). Son las redes que utilizan las pequeñas
oficinas, de no más de 10 ordenadores.
Conmutación de circuitos, de mensajes y de paquetes La
comunicación entre un origen y un destino habitualmente
pasa por nodos intermedios que se encargan de encauzar el
tráfico. Por ejemplo, en las llamadas telefónicas
los nodos intermedios son las centralitas telefónicas y en
las conexiones a Internet, los routers o encaminadores.
Dependiendo de la utilización de estos nodos intermedios,
se distingue entre conmutación de circuitos, de mensajes y
de paquetes.
Conmutación de circuitos, de mensajes y de paquetes En la
conmutación de circuitos se establece un camino
físico entre el origen y el destino durante el tiempo que
dure la transmisión de datos. Este camino es exclusivo
para los dos extremos de la comunicación: no se comparte
con otros usuarios (ancho de banda fijo). Si no se transmiten
datos o se transmiten pocos se estará infrautilizando el
canal. Las comunicaciones a través de líneas
telefónicas analógicas (RTB) o digitales (RDSI)
funcionan mediante conmutación de circuitos.
Conmutación de circuitos, de mensajes y de paquetes Un
mensaje que se transmite por conmutación de mensajes va
pasando desde un nodo al siguiente, liberando el tramo anterior
en cada paso para que otros puedan utilizarlo y esperando a que
el siguiente tramo esté libre para transmitirlo. Esto
implica que el camino origen-destino es utilizado de forma
simultánea por distintos mensajes. Sin embargo,
éste método no es muy útil en la
práctica ya que los nodos intermedios necesitarían
una elevada memoria temporal para almacenar los mensajes
completos. En la vida real podemos compararlo con el correo
postal.
Conmutación de circuitos, de mensajes y de paquetes
Finalmente, la conmutación de paquetes es la que realmente
se utiliza cuando hablamos de redes. Los mensajes se fragmentan
en paquetes y cada uno de ellos se envía de forma
independiente desde el origen al destino. De esta manera, los
nodos (routers) no necesitan una gran memoria temporal y el
tráfico por la red es más fluido. Nos encontramos
aquí con una serie de problemas añadidos: la
pérdida de un paquete provocará que se descarte el
mensaje completo; además, como los paquetes pueden seguir
rutas distintas puede darse el caso de que lleguen desordenados
al destino. Esta es la forma de transmisión que se utiliza
en Internet: los fragmentos de un mensaje van pasando a
través de distintas redes hasta llegar al destino.
Comunicación simplex, half-duplex y full-duplex En una
comunicación simplex existe un solo canal unidireccional:
el origen puede transmitir al destino pero el destino no puede
comunicarse con el origen. Por ejemplo, la radio y la
televisión.
Comunicación simplex, half-duplex y full-duplex En una
comunicación half-duplex existe un solo canal que puede
transmitir en los dos sentidos pero no simultáneamente:
las estaciones se tienen que turnar. Esto es lo que ocurre con
las emisoras de radioaficionados.
Comunicación simplex, half-duplex y full-duplex Por
último, en una comunicación full-duplex existen dos
canales, uno para cada sentido: ambas estaciones pueden
transmitir y recibir a la vez. Por ejemplo, el
teléfono.
Mecanismos de detección de errores Se necesitan mecanismos
de detección de errores para garantizar transmisiones
libres de errores. Si el receptor detecta algún error,
puede actuar de diversas maneras según los protocolos que
esté utilizando. La solución más sencilla es
enviarle un mensaje al emisor pidiéndole que le
reenvíe de nuevo la información que llegó
defectuosa.
Mecanismos de detección de errores Los mecanismos de
detección se basan en añadir a las transmisiones
una serie de bits adicionales, denominados bits de redundancia.
La redundancia es aquella parte del mensaje que sería
innecesaria en ausencia de errores (es decir, no aporta
información nueva: sólo permite detectar errores).
Algunos métodos incorporan una redundancia capaz de
corregir errores. Estos son los mecanismos de detección y
corrección de errores.
Paridad Las transmisiones se dividen en palabras de cierto
número de bits (por ejemplo, 8 bits) y se envían
secuencialmente. A cada una de estas palabras se le añade
un único bit de redundancia (bit de paridad) de tal forma
que la suma de todos los bits de la palabra sea siempre un
número par (paridad par) o impar (paridad impar).
Paridad El emisor envía las palabras añadiendo los
correspondientes bits de paridad. El receptor comprobará a
su llegada que la suma de los bits de la palabra incluyendo la
redundancia es un número par (si la codificación
convenida entre emisor-receptor es de paridad par) o un
número impar (paridad impar). Si el receptor encuentra
alguna palabra que no se ajuste a la codificación
establecida, le solicitará al emisor que le reenvíe
de nuevo la información
Paridad La paridad únicamente permite detectar errores
simples, esto es, que varíe un único bit en cada
palabra. Si varían 2 bits, este mecanismo no es capaz de
detectar el error.
Paridad
Paridad El receptor realizará la suma de bits a la llegada
del mensaje. Si alguna palabra no suma un número par,
significará que se ha producido un error durante la
transmisión.
CRC Los códigos de paridad tienen el inconveniente de que
se requiere demasiada redundancia para detectar únicamente
errores simples. En el ejemplo que hemos visto, sólo un
8/9 de la información transmitida contenían datos,
el resto era redundancia. Los códigos de redundancia
cíclica (CRC) son muy utilizados en la práctica
para la detección de errores en largas secuencias de
datos
CRC Se basan en representar las cadenas de datos como polinomios.
El emisor realiza ciertas operaciones matemáticas antes de
enviar los datos. El receptor realizará, a la
llegada de la transmisión, una división entre un
polinomio convenido (polinomio generador). Si el resto es cero,
la transmisión ha sido correcta. Si el resto es distinto
significará que se han producido errores y
solicitará la retransmisión al emisor.
Control de flujo El control de flujo determina cómo enviar
la información entre el emisor y el receptor de forma que
se vaya recibiendo correctamente sin saturar al receptor.
Nótese que puede darse el caso de un emisor rápido
y un receptor lento (o un receptor rápido pero que
esté realizando otras muchas tareas).
Control de flujo El mecanismo más sencillo de control de
flujo se basa en devolver una confirmación o acuse de
recibo (ACK) cada vez que el receptor reciba algún dato
correcto o una señal de error (NACK) si el dato ha llegado
dañado. Cuando el emisor recibe un ACK pasa a enviar el
siguiente dato. Si, en cambio, recibe un NACK reenviará el
mismo dato.
Control de flujo El procedimiento anterior tiene el gran
inconveniente de que el canal se encuentra infrautilizado: hasta
que el emisor no reciba un ACK no enviará ningún
dato más, estando el canal desaprovechado todo ese
tiempo
Control de flujo Una mejora de este método es el
envío de una serie de datos numerados, de tal forma que en
un sentido siempre se estén enviando datos (dato1, dato2,
dato3…) y en el otro sentido se vayan recibiendo las
confirmaciones (ACK1, ACK2, ACK3…). La cantidad de datos
pendientes de ACK o NACK se establecerá según la
memoria temporal del emisor.
Modelo de referencia OSI. El modelo OSI (Open Systems
Interconnection, interconexión de sistemas abiertos) fue
un intento de la Organización Internacional de Normas
(ISO) para la creación de un estándar que siguieran
los diseñadores de nuevas redes.
Modelo de referencia OSI. Se trata de un modelo teórico de
referencia: únicamente explica lo que debe hacer cada
componente de la red sin entrar en los detalles de
implementación.
Modelo de referencia OSI. El modelo divide las redes en capas.
Cada una de estas capas debe tener una función bien
definida y relacionarse con sus capas inmediatas mediante unos
interfaces también bien definidos.
Modelo de referencia OSI. Esto debe permitir la
sustitución de una de las capas sin afectar al resto,
siempre y cuando no se varíen los interfaces que la
relacionan con sus capas superior e inferior. Los creadores del
modelo OSI consideraron que era 7 el número de capas que
mejor se ajustaba a sus requisitos.
Modelo de referencia OSI.
Modelo de referencia OSI. Las tres primeras capas se utilizan
para enrutar, esto es, mover la información de unas redes
a otras. En cambio, las capas superiores son exclusivas de los
nodos origen y destino
Modelo de referencia OSI. La capa física está
relacionada con el medio de transmisión (cableado concreto
que utiliza cada red). En el extremo opuesto se encuentra la capa
de aplicación: un programa de mensajería
electrónica, por ejemplo. El usuario se situaría
por encima de la capa 7. El siguiente gráfico muestra el
flujo de información entre capas.
Modelo de referencia OSI.
Modelo de referencia OSI. El host A es el nodo origen y el
host B, el nodo destino. Nótese que estos papeles se
intercambian continuamente en cualquier comunicación.
Supongamos que mediante este modelo queremos enviar un mensaje al
usuario del host B