TECNICO EN INSTALACIONES DE REDES DE COMPUTO
INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE
DATOS
Una
red de datos es un sistema que enlaza dos o más puntos (terminales) por un
medio físico, el cual sirve para enviar o recibir un determinado flujo de
información.
En
su estructura básica una red de datos está integrada de diversas partes: * En
algunas veces de un armario o gabinete de telecomunicaciones donde se colocan
de manera ordenada los Hubs, y Pach Panels. * Los servidores en los cuales se
encuentra y procesa la información disponible al usuario, es el administrador
del sistema. * Los Hubs, los cuales hacen la función de amplificador de
señales, y a los cuales se encuentran conectados los nodos. Dicho enlace o
columna vertebral del sistema se recomienda realizar en Fibra Optica o bien en
cable UTP, del cual hablaremos más adelante.
* Los "Pach Panel's", los cuales son unos organizadores de
cables. * El "Pach Cord", el cual es un cable del tipo UTP solo que
con mayor flexibilidad que el UTP corriente (el empleado en el cableado
horizontal), el cual interconecta al "Pach Panel" con el
"Hub", así como también a los tomas o placas de pared con cada una de
las terminales (PC's).
ANCHO
DE BANDA
El ancho de Banda es el rango
de frecuencias que se transmiten por un medio. Se define como
BW = Frecuencia Máxima -
Frecuencia Mínima (aritmética). Por ejemplo en BW telefónico está entre 300Hz y
3400Hz, el BW de audio perceptible por el oído humano está entre 20Hz y
20000Hz, el canal 2 de televisión tiene un BW de 6 Mhz al igual que los otros y
esta entre 54 Mhz y 60 Mhz. por lo general aunque no es lo mismo, cuando hablamos
de ancho de banda queremos referirnos a la máxima velocidad que puedo
transmitir. Lo correcto es hablar de esta máxima velocidad.
Un error que se comete
siempre es confundir las unidades en que expresamos esta velocidad de transmisión
de información. ¿Que será correcto MHz o Mbps ?. Ambos términos son usados para
expresar una velocidad potencial de transmisión, pero difieren sustancialmente
en lo que representan.
El Bit rate sólo expresa la
cantidad de bit que se pueden transmitir por un canal y depende de la aplicación
que se este utilizando así como de la codificación. La codificación es
necesaria para una transmisión de datos confiable. Algunos sistemas de
codificación permiten un bit rate más alto a pesar de las limitaciones del
ancho de banda, de este modo se hace posible transmitir más rápido el dato
sobre el mismo link.
El MegaHertz tiene una
relación proporcional. Usando diferentes sistemas de codificación, diferentes
bit rates pueden ser relacionados por el mismo número de ciclos por segundo
(Hz).
Dependiendo del sistema e
código usado, el flujo de bit se convierte en una señal con un ancho de banda
definido. Una solución fast ethernet 100 Mbps usando el sistema de codificación
5B6B (IEEE 802.13) requiere de un BW de 25 Mhz. Cuando éste se combina con 4B5B
se requiere un 25% más de BW 31.25 Mhz.
La conclusión importante
sobre los anteriores conceptos, se resume en que es más adecuado expresar la
velocidad en Megahertz, puesto que estamos hablando de la velocidad real del
enlace, los bit rate dependerán de la codificación y aplicación especifica
CATEGORÍAS
El concepto de categoría
dentro de las normas EIA/TIA, se refiere a las diferentes velocidades que puede
soportar el cableado estructurado en toda su extensión, es decir, cables y
accesorios de conexión. Las categorías y sus velocidades son las siguientes:
CATEGORÍA
VELOCIDAD
3 16 MHz
4 20 MHz
5 100 MHz
5e 100 MHz
Decir que un cableado es
categoría 5e equivale a decir que soporta una velocidad de 100 MHz, o sea que
posee cables y accesorios que soportan 100 MHz y que cumple las
especificaciones de instalación y recomendaciones para que se desempeñe óptimamente
a esta velocidad.
NIVELES
OSI ARQUITECTURA POR CAPAS
El modelo se presenta en
siete capas, enumeradas desde la inferior (capa No 1 física) hasta la superior
(No 7 Aplicación). A continuación la explicación de cada una de ellas
1
FÍSICO
Este nivel define la forma de los cables, su
tamaño, voltajes en los que operan, etc...
2
ENLACE DE DATOS
Aquí encontramos el estándar
Ethernet, define el formato de las tramas, sus cabeceras, etc. A este nivel
hablamos de direcciones MAC
(Media Access Control) que
son las que identifican a las tarjetas de red de forma única.
3
RED
En esta capa encontramos el
protocolo IP. Esta capa es la encargada del enrutamiento y de dirigir los
paquetes IP de una red a otra.
Normalmente los “routers” se
encuentran en esta capa. El protocolo
ARP (Address Resolution
Protocol) es el que utiliza para mapear direcciones IP a direcciones MAC.
4
TRANSPORTE
En esta capa encontramos 2
protocolos, el TCP (Transmission Control Protocol) y el UDP (User Datagram
Protocol). Se encargan de dividir la información que envía el usuario en
paquetes de tamaño aceptable por la capa inferior. La diferencia entre ambos es
sencilla, el TCP esta orientado a conexión, es decir la conexión se establece y
se libera, mientras dura una conexión hay un control de lo que se envía y por
lo tanto se puede garantizar que los paquetes llegan y están ordenados.
El UDP no hace nada de lo
anterior, los paquetes se envían y punto, el protocolo se despreocupa si llegan
en buen estado etc. El UDP se usa para enviar datos pequeños, rápidamente,
mientras que el TCP añade una sobrecarga al tener que controlar los aspectos de
la conexión pero “garantiza” la transmisión libre de errores.
5
SESIÓN
El protocolo de sesión define el formato de
los datos que se envían mediante los protocolos de nivel inferior.
6
PRESENTACIÓN
External Data Representation
(XDR), se trata de ordenar los datos de una forma estándar ya que por ejemplo
los Macintosh no usan el mismo formato de datos que los PCs. Este estándar
define pues una forma común para todos de tal forma que dos ordenadores de
distinto tipo se entiendan.
7
APLICACIÓN
Da servicio a los usuarios finales, Mail, FTP,
Telnet, DNS, NIS, NFS son distintas aplicaciones que encontramos en esta capa.
TCP/IP, como la mayoría del
software de red, está modelado en capas. Esta representación conduce al término
pila de protocolos. Se puede usar para situar (pero no para comparar funcionalmente)
TCP/IP con otras pilas, como SNA y OSI ("Open System
Interconnection"). Las comparaciones funcionales no se pueden extraer con
facilidad de estas estructuras, ya que hay diferencias básicas en los modelos
de capas de cada una.
HUB
Un HUB tal como dice su
nombre es un concentrador. Simplemente une conexiones y no altera las tramas
que le llegan. Para entender como funciona veamos paso a paso lo que sucede (aproximadamente)
cuando llega una trama.
1 - El HUB envía información
a ordenadores que no están interesados. A este nivel sólo hay un destinatario
de la información, pero para asegurarse de que la recibe el HUB envía la
información a todos los ordenadores que están conectados a él, así seguro que
acierta.
2 - Este tráfico añadido
genera más probabilidades de colisión. Una colisión se produce cuando un ordenador
quiere enviar información y emite de forma simultánea que otro ordenador que
hace lo mismo. Al chocar los dos mensajes se pierden y es necesario retransmitir.
Además, a medida que añadimos ordenadores a la red también aumentan las
probabilidades de colisión.
3 - Un HUB funciona a la
velocidad del dispositivo más lento de la red. Si observamos cómo funciona
vemos que el HUB no tiene capacidad de almacenar nada. Por lo tanto si un
ordenador que emite a 100 megabit le trasmitiera a otro de 10 megabit algo se
perdería el mensaje. En el caso del ADSL los routers suelen funcionar a 10
megabit, si lo conectamos a nuestra red casera, toda la red funcionará a 10,
aunque nuestras tarjetas sean 10/100.
4 - Un HUB es un dispositivo
simple, esto influye en dos características. El precio es baratito. El retardo,
un HUB casi no añade ningún retardo a los mensajes n capas a veces se
simplifica como es el caso del TCP/IP (todo en uno), el ATM y otros que
utilizan sus propias derivaciones de esta torre. Ahora que hemos descrito cada capa
es necesario ubicar los distintos elementos. Los routers suelen trabajar en la
capa de red, es decir, filtran direcciones IP, controlan los puertos, realizan
NAPT, NAT y otras cosas, naturalmente se encargan del enrutamiento de los
paquetes entre redes. Los “switchs” (conmutadores) domésticos se sitúan en la
capa 2, es decir en la capa de “Enlace de datos”. En esta capa todo se realiza
a base de tramas (mayoritariamente Ethernet) y direcciones MAC. Finalmente los
HUBs están situados en la capa 1, es decir la capa física ya que actúan como
repetidores.
Vamos a ver cómo funciona un
HUB y cómo funciona un Switch, las cosas que hacen uno y lo que hace otro, así
como sus usos.
SWITCH
Cuando hablamos de un switch
lo haremos refiriéndonos a uno de nivel 2, es decir, perteneciente a la capa
“Enlace de datos”. Normalmente un switch de este tipo no tiene ningún tipo de
gestión, es decir, no se puede acceder a él. Sólo algunos switch tienen algún
tipo de gestión pero suele ser algo muy simple. Veamos cómo funciona un
“switch”.
Puntos que observamos del
funcionamiento de los “switch”:
1 - El “switch” conoce los
ordenadores que tiene conectados a cada uno de sus puertos (enchufes).
Cuando en la especificación
del un “switch” leemos algo como “8k MAC address table” se refiere a la memoria
que el “switch” destina a almacenar las direcciones. Un “switch” cuando se
enchufa no conoce las direcciones de los ordenadores de sus puertos, las
aprende a medida que circula información a través de él. Con 8k hay más que
suficiente. Por cierto, cuando un “switch” no conoce la dirección MAC de
destino envía la trama por todos sus puertos, al igual que un HUB (“Flooding”,
inundación). Cuando hay más de un ordenador conectado a un puerto de un
“switch” este aprende sus direcciones MAC y cuando se envían información entre
ellos no la propaga al resto de la red, a esto se llama filtrado.
El tráfico entre A y B no
llega a C. Como decía, esto es el filtrado. Las colisiones que se producen entre
A y B tampoco afectan a C. A cada parte de una red separada por un “switch” se
le llama segmento.
2 - El “switch” almacena la
trama antes de reenviarla. A este método se llama “store & forward”, es decir
“almacenar y enviar”. Hay otros métodos como por ejemplo “Cut-through” que
consiste en recibir los 6 primeros bytes de una trama que contienen la dirección
MAC y a partir de aquí ya empezar a enviar al destinatario. “Cut-through” no
permite descartar paquetes defectuosos. Un
“switch” de tipo “store
& forward” controla el CRC de las tramas para comprobar que no tengan error,
en caso de ser una trama defectuosa la descarta y ahorra tráfico innecesario.
El “store & forward” también permite adaptar velocidades de distintos
dispositivos de una forma más cómoda, ya que la memoria interna del “switch”
sirve de “buffer”. Obviamente si se envía mucha información de un dispositivo
rápido a otro lento otra capa superior se encargará de reducir la velocidad.
Finalmente comentar que hay
otro método llamado “Fragment-free” que consiste en recibir los primeros 64
bytes de una trama porque es en estos donde se producen la mayoría de
colisiones y errores. Así pues cuando vemos que un “switch” tiene 512KB de RAM
es para realizar el “store & forward”. Esta RAM suele estar compartida
entre todos los puertos, aunque hay modelos que dedican un trozo a cada puerto.
3 - Un “switch” moderno
también suele tener lo que se llama “Auto-Negotation”, es decir, negocia con
los dispositivos que se conectan a él la velocidad de funcionamiento, 10
megabit ó 100, así como si se funcionara en modo “full-duplex” o “half-duplex”.
“Full-duplex” se refiere a que el dispositivo es capaz de enviar y recibir
información de forma simultánea, “half-duplex” por otro lado sólo permite
enviar o recibir información, pero no a la vez.
4 - Velocidad de proceso:
todo lo anterior explicado requiere que el “switch” tenga un procesador y claro,
debe ser lo más rápido posible. También hay un parámetro conocido como
“back-plane” o plano trasero que define el ancho de banda máximo que soporta un
“switch”. El “back plane” dependerá del procesador, del número de tramas que sea
capaz de procesar. Si hacemos números vemos lo siguiente: 100megabits x 2 (cada
puerto puede enviar 100 megabit y enviar 100 más en modo “full-duplex”) x 8
puertos = 1,6 gigabit. Así pues, un “switch” de 8 puertos debe tener un
“back-plane” de 1,6 gigabit para ir bien. Lo que sucede es que para abaratar
costes esto se reduce ya que es muy improbable que se produzca la situación de
tener los 8 puertos enviando a tope. Pero la probabilidad a veces no es cierta.
5 - Si un nodo puede tener
varias rutas alternativas para llegar a otro un “switch” tiene problemas para
aprender su dirección ya que aparecerá en dos de sus entradas. A esto se le
llama “loop” y suele haber una lucecita destinada a eso delante de los
“switch”. El protocolo de Spanning Tree
Protocol IEEE 802.1d se
encarga de solucionar este problema, aunque los “switch” domésticos no suelen
tenerlo
REDES DE DATOS LAN
Una red de área local (LAN) es una red de "alta" velocidad (decenas de Megabits), generalmente confinada a un mismo piso o edificio.
Los medios de transmisión que utiliza puede ser UTP, Coaxial o fibra óptica principalmente, esto hace posible obtener altas velocidades y baja tasa de errores.
Su utilización en redes empresariales se remonta a 15 a 20 años, lo que implica que hoy en día se considere una tecnología madura aunque están apareciendo nuevas tecnologías de redes LAN como ATM y Gigabit.
Su origen se debió a la necesidad que existía de asignar dinámicamente el ancho de banda entre un número variable de usuarios y aplicaciones, dado que los esquemas de asignación estáticos como TDM y FDM no son adecuados para este tipo de aplicaciones.
Las primeras experiencias con asignación dinámica de ancho de banda fueron desarrolladas con ALOHA, de donde se tomaron las bases para la más ampliamente difundida red de área local conocida como Ethernet o IEEE 802.3. Igualmente existen otros esquemas de redes de área local como alternativas a Ethernet que se han utilizado en ambientes industriales y empresariales.
CLASIFICACIÓN
DE LAS REDES DE COMUNICACIÓN DE DATOS
Las redes de comunicación de datos, en cuanto al ámbito o
cobertura, se clasifican en:
LAN
(Local Area Network): cuando el ámbito se reduce a un edificio o incluso campus
o recinto. Se caracterizan por tener velocidad de transmisión elevada, entre 10
Mbits y 1 Gbits o mayores; una tasa de error de transmisión despreciable y los recursos
y el mantenimiento de la red son por cuenta del propietario.
WAN (Wide
Area Network): cuando la cobertura de la red no tiene límite predefinido.
Generalmente hacen uso de los servicios portadores proporcionados por los
operadores nacionales.
MAN
(Metropolitan Area Network): red intermedia entre WAN y LAN.
Tradicionalmente, las redes LAN han seguido un desarrollo
independiente de las redes WAN. De hecho, se habla de "Redes Locales"
como el concepto de "Red de ordenadores" y sus estándares y
topologías. Como se verá más adelante, esta distinción por ámbito empieza a ser
cada vez menos clara, con una marcada tendencia a la integración LAN/WAN como red
única.
REDES DE TELECOMUNICACIÓN
Las redes de
telecomunicación se diseñan y construyen con el objetivo de prestarservicios de
comunicación de diversa naturaleza (voz, datos e imagen). Tradicionalmente éstas,
independientemente de ser públicas o privadas, se han clasificado en redes de
voz y de datos aunque hoy en día no tenga mucha validez. Ya se ha conseguido
transmitir voz por una red de datos IP.
Según el Anexo de la Ley
11/1998 de la Ley General de Telecomunicaciones, "una red de
telecomunicaciones está formada por los sistemas de transmisión y, cuando
proceda, los equipos de conmutación y demás recursos que permitan la
transmisión de señales entre puntos de terminación definidos mediante cable,
medios ópticos o de otra índole".
En una red de
telecomunicación, ver Figura 7, se distingue la red de transporte, la red de conmutación
y la red de acceso. La red de transporte contiene los elementos de transmisión y
de interconexión entre los distintos elementos de red, además puede ser válida
y compartida por distintos tipos de servicio (voz, imagen,..). La red de
conmutación, en cambio, suele ser específica para el servicio prestado
(conmutación de circuitos en RTB y de paquetes en X.25, Frame Relay, ATM). Por
último, la red de acceso la constituyen los elementos que permiten conectar a
cada abonado con la central local de la que dependa.
REDES
DEDICADAS, DE CONMUTACIÓN Y DIFUSIÓN
Las redes dedicadas son redes de uso exclusivo que se caracterizan por
ser alquiladas por uno o varios usuarios estando cerradas para el resto. Pueden
ser de tipo punto a punto, es decir, que conectan dos terminales, lo que tiene
un coste alto pero ofrece seguridad y alta velocidad; o, multipunto, que
conecta un nodo con varios terminales.
Las redes de conmutación establecen el camino por el que va a discurrir
la información, bien antes del envío (caso de la voz) o durante el mismo (caso
de los datos).
Las redes de difusión, caso de la televisión, la radio y las LAN,
poseen un único medio de transmisión para conectar entre sí todos los equipos,
por lo que es necesaria la multiplexación.
REDES
PÚBLICAS, PRIVADAS Y VIRTUALES
Las redes de comunicación de ámbito público son generalmente proporcionadas
por operadores con licencia para ello en cada país y constan de líneas
conmutadas, líneas punto a punto y de una red pública de datos como por ejemplo
Iberpac en España. Esta solución ofrece a todos los usuarios las mismas
opciones, teniéndose que adaptar expresamente a ellos. Puede tener interés
desde el punto de vista económico pero nada más.
La redes privadas aunque hacen uso de ciertos elementos proporcionados
por los operadores, la mayor parte son privados y, cabe destacar que la gestión
y el control de la misma la realiza el propio usuario o bien lo subcontrata.
La solución de red privada virtual consiste en
reservar, para uso exclusivo de un usuario o empresa, los recursos de
transmisión y conmutación de la red pública que requiere siendo el operador
quien se responsabiliza de su control y mantenimiento.
SOPORTE
FÍSICO.
En este apartado se van a
describir las diferentes topologías de red que se encuentran en el mercado
(tarjetas, elementos de interconectividad, etc.) así como los medios de transmisión
existentes para establecer la conectividad entre los distintos nodos.
TOPOLOGÍAS DE RED.
La manera de interconectar
los distintos elementos de una red determina el comportamiento de ésta. Aunque,
su eficiencia y aprovechamiento dependerá también de los protocolos de
comunicación que se utilicen.
Según la topología elegida,
la red va a estar condicionada por:
• La mayor o menor
flexibilidad de la red para añadir o quitar nuevos nodos.
• La repercusión que en el
comportamiento de la red pueda tener el fallo de un nodo.
• El flujo de información
que pueda transitar por la red sin que se produzcan interferencias ni retrasos.
Las múltiples
configuraciones que puedan presentarse obedecen básicamente a tres tipos:
1.
Estrella.
2.
Anillo.
3.
Bus (lineal o en árbol).
CONFIGURACION ESTRELLA
En una red en estrella todas
las estaciones se comunican entre sí a través de un dispositivo central. Éste
asume todas las transferencias de información que se realicen en la red, así
como las tareas de control. Además posee todos los recursos comunes de la red.
Esta configuración presenta
buena flexibilidad para incrementar o disminuir el número de estaciones, debido
a que estas modificaciones no representan ninguna alteración de su estructura y
están localizadas en el nodo central.
La repercusión en el
comportamiento global de la red de un fallo en uno de los nodos periféricos es
muy baja y sólo afecta al tráfico relacionado con éste. Sin embargo, un fallo en
el nodo central, resultaría catastrófico y afectaría a toda la red.
Generalmente, se tienen un conmutador hacia un nodo central alternativo.
En cuanto al flujo de
información puede ser elevado y los retardos pequeños si la mayoría del flujo
fluye entre el nodo central y los periféricos. Si las comunicaciones se establecen
entre estaciones, el sistema se vería restringido por la posible congestión del
dispositivo central.
El inconveniente principal
de esta topología es el alto coste del trazado del cableado y de la tecnología
del conmutador.
CONFIGURACION ANILLO
Los nodos de la red están
conectados formando un anillo de forma que cada estación tiene conexiones con
otras dos. Los mensajes viajan por el anillo de nodo en nodo y en una única
dirección, de manera que todas las informaciones pasan por todos los módulos de
comunicación de las estaciones. Cada nodo reconoce los mensajes a él dirigidos
y retransmite los mensajes que se dirigen a otra estación. El control de la red
puede ser centralizado o distribuido entre varios nodos.
Esta topología, dado que
tiene que cerrar físicamente el anillo, presenta dificultades en el diseño como
en futuras ampliaci limitado por el ancho de banda del medio de transmisión. Debido
a que cada estación está obligada a retransmitir cada mensaje, si existe un
número elevado de estaciones, el retardo introducido puede ser demasiado grande
para ciertas aplicaciones.
En la estructura en anillo,
cualquier fallo en el módulo de transmisión de uno de los nodos deja bloqueada
la red en su totalidad. Para evitar esto, se hace uso de concentradores, que
cortocircuitan la entrada al nodo fuera de servicio y restablece el anillo.
CONFIGURACION EN BUS
En esta topología todos los
nodos están conectados a un único canal de comunicación. Cada nodo reconoce su
dirección y capta los mensajes que van a él dirigidos. Cuando una estación
deposita un mensaje en la red, esta información es difundida por el bus y todas
las estaciones pueden recibirla. Debido al hecho de compartir el medio, cada
nodo antes de transmitir un mensaje debe averiguar si el bus está disponible.
Esta topología es la más
extendida ya que es sencilla de instalar, se adapta bien a las características
del terreno o local, presenta gran flexibilidad en lo referente a aumentar o disminuir
el número de nodos y además es muy fiable.
El fallo en una estación
aislada sólo repercutirá en los mensajes a ella vinculados, siendo su efecto
nulo en el resto de la red. Una ruptura en el bus, en cambio, deja la red divida
en dos o inutilizada totalmente, dependiendo de cómo esté concebido el control
de la misma
El hecho de que exista un
bus común al que acceden todas las estaciones, obliga a que el control de
acceso a la red sea más delicado que en el caso de la topología en anillo o en estrella.
Existe topología en bus link
OTRAS
CONFIGURACIONES
Existen otras posibilidades
de configuración de red combinando las características más ventajosas de las
topologías anteriormente descritas. Estas son:
Anillo
- Estrella:
Se establece una
configuración física en estrella y una configuración lógica en anillo con lo
que se consigue un mejor comportamiento ante fallos.
Estrella
- Estrella:
Esta configuración trata de
subsanar la vulnerabilidad del bus utilizando concentradores
(Hubs). Mantiene su
configuración lógica.
TUTORIALES DE CONFIGURACION DE UNA RED
TUTORIALES DE CONFIGURACION DE UNA RED
TUTORIALES DE CONFIGURACION DE UNA RED EN PACKE TRACER
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