2.1.3 CONECTIVIDAD

REDES

INTRODUCCION

La fusión de las computadoras y las comunicaciones ha tenido una influencia profunda en la manera en que están organizando los sistemas computacionales. Actualmente el concepto de “centro de computo” como un espacio amplio con una computadora grande a la que los usuarios llevaban a procesar es totalmente obsoleto.
El modelo antiguo de una sola computadora que realiza todas las tareas computacionales de una empresa ha sido reemplazado por otro en el que un gran número de computadoras separadas pero interconectadas hacen el trabajo. Estos sistemas se denominan redes de computadoras.
El diseño y la organización de estas redes es el fin de este trabajo. A lo largo de este trabajo utilizaremos el término “red de computadoras” para mencionar a los conjuntos de computadoras autónomas interconectadas. Se dice que dos computadoras están interconectadas si pueden cambiar información, sin embargo, no es necesario que la conexión se realice mediante un cable de cobre; también se pueden utilizar las fibras ópticas, las microondas, los rayos infrarrojos y los satélites de comunicaciones.
Las redes tienen varios tamaños, formas y figuras, y aunque parezca extraño, ni internet ni web son redes de computadoras; este concepto quedará claro al concluir este trabajo. Hoy en día, algunas personas suelen confundir el término “red de computadoras” con “sistemas distribuidos”. La diferencia principal radica en que, en un sistema distribuido, un conjunto de computadoras independientes aparecen ante los usuarios como un sistema consistente y único. Por lo general tiene un modelo o paradigma únicos que se presenta a los usuarios. Un ejemplo claro de sistemas distributivos es el World Wide Web (wwww), en la cual, todo se ve como un documento.

CONTENIDO

Conceptos básicos
De acuerdo a Levine Guillermo (2001), una red de comunicaciones es un conjunto de medios de transmisión y comunicación para el envió de información entre puntos separados geográficamente.
El objetivo de las redes consiste en compartir recursos e información entre diversos usuarios, con la mayor eficiencia posible y manteniendo a la vez privacidad y seguridad en los intercambios.
Según su cobertura, las redes se clasifican en redes de área local (LAN), de área metropolitana (MAN), y de área amplia (WAN)

ESTANDAR INTERNACIONAL PARA REDES
El modelo ISO/OSI (se adoptó con la finalidad como base para establecer estándares para la comunicación abierta entre diferentes sistemas, y esta estructurado en los siete niveles jerárquicos descritos a continuación.

Modelo jerárquico ISO/OSI (Organización Internacional para la Estandarización/Open Sistems Interconection)
NIVEL 1: la capa física: Es la responsable de la comunicación física entre los dispositivos de red.
NIVEL 2: La capa de enlace de datos: Se encarga de la detención y corrección de posibles errores de nivel físico ocurridos en la transmisión.
NIVEL 3: La capa de red; Añade a los datagramas información especial de control de origen y destino y con ellos los convierte en paquetes.
NIVEL 4: La capa de transporte; Esta controla la integridad del mensaje en su transferencia desde el origen hasta el destino final, “escondiendo” a las capas superiores los detalles de operación.
NIVEL 5: La capa de sesión; Tiene como función iniciar, controlar y terminar el dialogo entre origen y destino.
NIVEL 6: La capa de presentación; Traduce los datos del formato empleado por las aplicaciones de los usuarios al formato requerido para su envío y control.
NIVEL 7; La capa de aplicación; Controla y coordina la operación de los programas de aplicación de los usuarios y los integran en su entorno OSI.

CLASIFICACIÓN DE REDES SEGÚN SU COBERTURA

REDES LOCALES (LAN)

Son aquellas que se utilizan para interconectar computadoras que se encuentran dentro de un mismo edificio o campo, es decir, un área lo calde hasta tres o cuatro kilómetros que alberga varios edificios. Estas redes normalmente operan en la modalidad cliente-servidor.
En las redes locales un conjunto de computadoras personales que se enlaza (mediante un sistema de cables y conectores llamados cableado estructurado) hacia un aparato llamado conmutador o switch LAN, para que así puedan compartir recursos tales como servidores, unidades de discos rígido o impresoras.
Estas redes emplean comunicaciones con un alto grado de confiabilidad, `pues interconectan localmente varios dispositivos que manejan gran cantidad de datos y los ponen a disposición de de usuarios que demandan tiempo de respuesta (casi inmediatos).
VENTAJAS:
a) Capacidad de compartir recursos (hardware y software). Se tiene información y dispositivos accesibles por todos los usuarios.
b) Intercambio de información.
c) Respaldo de datos.
d) Flexibilidad en el manejo de la información.
e) Crecimiento modular.
f) Facilidad de adquisición.
g) Facilidad de cambio de recursos sin muchas dificultades.
h) Servicio de correo electrónico y mensajería

ELEMENTOS DELA RED
Los elementos básicos de una red local de computadoras personales son:

A) Las estaciones de trabajo.
Las estaciones de trabajo son computadoras personales que utiliza el usuario para procesar su información. Estas microcomputadoras pueden ser desde el tipo AT o XT, con o sin disco fijo, aunque no son recomendables ya debido a su obsolecencia
B) El Servidor (Server) de la red.
El Server de la red es una computadora de alto rendimiento, que tiene uno o varios discos fijos de alta velocidad, gran capacidad de memoria y varios puertos para conectar periféricos. Esta computadora ofrece sus recursos a los demás usuarios. Puede haber uno o varios Servers en la misma red y, dependiendo del tamaño de la red el Server puede ser una microcomputadora con procesador 80386 de mediana capacidad o, para casos de alta capacidad, con un procesador 80486 o Pentium de Intel.
C) Los cables de comunicación.
El cable de comunicación es el medio físico que se utiliza para enviar y recibir mensajes de una computadora a otra. Son tres los medios de comunicación para redes locales de microcomputadoras:
- Cable trenzado o telefónico;

- Cable coaxial

- Fibra óptica.

D) Las tarjetas de interfaz.
La Tarjeta de Interfaz de Red (NICNetwork Interface Card) es una pieza de hardware que se encuentra en el interior de la computadora y provee la conexión física a la red. La Tarjeta de Interfaz toma los datos de la computadora personal, los convierte a un formato apropiado para poder ser transportados y los envía por el cable a otra Tarjeta de Interfaz. Esta tarjeta los convierte nuevamente al formato original y los envía a la computadora.

E) El Sistema Operativo:
Casi todas las computadoras vienen predefinidas con un sistema operativo que por lo regular es el Windows.

CONECTOR:

El hub (concentrador) es el dispositivo de conexión más básico. Es utilizado en este tipo de redes con un número muy limitado de máquinas. No es más que una toma múltiple RJ45 que amplifica la señal de la red (base10/100).

En este caso, una solicitud destinada a una determinada PC de la red será enviada a todas las PC de la red. Esto reduce de manera considerable el ancho de banda y ocasiona problemas de escucha en la red.

Su topología más usual suele ser la de estrella.

Otras redes de LAN

10 BASE 2:
Las LAN 10Base2 están compuestas por los componentes de hardware siguientes:
• Un cable coaxial delgado cuya longitud no supere los 200 metros
• Dos resistencias terminadoras que proporcionan terminación eléctrica a cada extremo del cable coaxial
• Conectores "T" para interrumpir el coaxial e insertar una conexión para cada dispositivo con los espacios adecuados
• Tarjetas de Interfaz de Red 10Base2 para cada dispositivo





10 BASE 5:
Las LAN 10Base5 están compuestas por los siguientes componentes de hardware:
1. Un cable coaxial grueso que no exceda de 500 metros de longitud total
2. Dos resistencias terminadoras para proporcionar terminación eléctrica a cada extremo del coaxial
3. Transceptores de tipo "tap" para conectar dispositivos al cable grueso con el espaciado prescrito
4. Un cable AUI para conectar la Tarjeta de Interfaz de Red desde el dispositivo al transceptor
5. Tarjetas de Interfaz de Red 10Base5 para cada dispositivo de la red




10 BASE T:

Las LAN 10BaseT se componen del hardware siguiente:
o Un Concentrador de Cableado
o Un cable de Par Trenzado No Apantallado (UTP) de 4 conductores, con una longitud máxima de 100 metros, para conectar la Tarjeta de Interfaz de Red del dispositivo al Concentrador
 Tarjetas de Interfaz de Red 10BaseT para cada dispositivo








REDES DE ÁREA METROPOLITANA (MAN)

Conceptos básicos

De acuerdo a Levine Guillermo (2001), una red metropolitana suele consistir en varias (sub)redes locales interconectadas en forma remota; pero el simple enlace no es suficiente, porque además debe resolverse el considerable problema del enrutamiento: La capacidad de reexpedir paquetes entre redes diferentes.
El concepto de red de área metropolitana representa una evolución del concepto de red de área local a un ámbito más amplio, cubriendo áreas mayores que en algunos casos no se limitan a un entorno metropolitano sino que pueden llegar a una cobertura regional e incluso nacional mediante la interconexión de diferentes redes de área metropolitana.
En sí, la red de área metropolitana es una red de alta velocidad (banda ancha) que dando cobertura en un área geográfica extensa, proporciona capacidad de integración de múltiples servicios mediante la transmisión de datos, voz y vídeo, sobre medios de transmisión tales como fibra óptica y par trenzado (MAN BUCLE), la tecnología de pares de cobre se posiciona como una excelente alternativa para la creación de redes metropolitanas, por su baja latencia (entre 1 y 50ms), gran estabilidad y la carencia de interferencias radioeléctricas, las redes MAN BUCLE, ofrecen velocidades que van desde los 2Mbps y los 155Mbps.
Un ejemplo más conocido de una MAN es la televisión por cable disponible en muchas ciudades.

Características
• Tienen velocidades de acceso muy elevadas ( de 30 a 150 mebit/s y en la actualidad hasta los10 gbit/s)
• Cubren distancias medias de 10 a50 km.
• Existen algún tipo de control sobre la cantidad y tipos de enlaces permisibles.
• Regulada por la autoridad estatal y federal
• Utiliza la fibra óptica y el par trenzado como medios de transmisión
• Puede ser pública o privada
• capaz de cubrir distancias desde unos 100 hasta unos 1000 km
• utilizan sistemas de comunicación vía satélite o de radio.
• Tienen carácter público.
• cuentan con una infraestructura basada en poderosos nodos de conmutación que llevan a cabo la interconexión de dichos elementos
• la velocidad a la que circulan los datos suelen ser menor que las LAN.

TIPOS DE WAN
Centralizado: Un WAN centralizado consiste en una computadora central que esté conectada con las terminales nodos y/u otros tipos de dispositivos del Terminal.
Distribuido: Un WAN distribuido consiste en dos o más computadoras en diversas localizaciones y puede también incluir conexiones a los terminales nodos y a otros tipos de dispositivos del Terminal.

La infraestructura de redes WAN la componen, además de los nodos de conmutación, líneas de transmisión de grandes prestaciones, caracterizadas por sus grandes velocidades y ancho de banda en la mayoría de los casos. Las líneas de transmisión (también llamadas "circuitos", "canales" o "troncales") mueven información entre los diferentes nodos que componen la red.
Los elementos de conmutación (manera en que los nodos o elementos de interconexión garantizan la interconexión de dos sistemas finales, para intercambiar información.) también son dispositivos de altas prestaciones, pues deben ser capaces de manejar la cantidad de tráfico que por ellos circula. De manera general, a estos dispositivos les llegan los datos por una línea de entrada, y este debe encargarse de escoger una línea de salida para reenviarlos. A continuación, en la Figura 1, se muestra un esquema general de los que podría ser la estructura de una WAN. En el mismo, cada host está conectada a una red LAN, que a su vez se conecta a uno de los nodos de conmutación de la red WAN. Este nodo debe encargarse de encaminar la información hacia el destino para la que está dirigida.
Topologías
Enel caso de las redes WAN, su topología física puede llegar a ser más compleja y no responder a las formas básicas (bus, estrella y anillo), debido a varios factores determinantes: la distancia que deben cubrir las redes, la cantidad enorme de usuarios, el tráfico que deben soportar y la diversidad de equipos de interconexión que deben usar. Existe un grupo establecido de topologías que son las más usadas, y la implementación de cada una de ellas en particular está condicionada por necesidades especificas, como pueden ser: cantidad de nodos a conectar, distancia entre los nodos e infraestructura establecida en ellos (ej.: si se van a conectar a través de la red telefónica, o de un enlace punto-a-punto, medio de transmisión que se usa, etc.). A continuación se presentan las topologías usadas en redes WAN:
• Punto a Punto


Anillo
Estrella
Malla




CLASIFICACIÓNDE LAS REDES SEGÚN SU TOPOLOGIA (FORMA)
El término topología se divide en dos aspectos fundamentales:
• Topología Física
• Topología Lógica
La topología física se refiere a la forma física o patrón que forman los nodos que están conectados a la red, sin especificar el tipo de dispositivo, los métodos de conectividad o las direcciones en dicha red. Está basada en tres formas básicas fundamentales: bus, anillo y estrella.
Por su parte, la topología lógica describe la manera en que los datos son convertidos a un formato de trama especifico y la manera en que los pulsos eléctricos son transmitidos a través del medio de comunicación, por lo que esta topología está directamente relacionada con la Capa Física y la Capa de Enlace del Modelo OSI vistas en clases anteriores. Las topologías lógicas más populares son broadcast y transmisión de tokens. Entre las topologías lógicas usadas para redes WAN tenemos a ATM(Asynchronous Transfer Mode) que es conocido también como estándar ATM.

TOPOLOGIAS FISICAS:
Red en topología de estrella
Una red en estrella es una red en la cual las estaciones están conectadas directamente a un punto central y todas las comunicaciones se han de hacer necesariamente a través de este.
Dado su transmisión. Una red en estrella activa tiene un nodo central activo que normalmente tiene los medios para prevenir problemas relacionados con eleco.
Seutiliza sobre todo para redes locales. La mayoría de las redes de área localque tienen un enrutador (router), un conmutador (switch) o un concentrador(hub) siguen esta topología. El nodo central en estas sería el enrutador, elconmutador o el concentrador, por el que pasan todos los paquetes.


Ventajas:
La ventaja de la topología estrella es que si una computadora o nodo falla, esta no afecta el funcionamiento del resto de la red, pero si el hub o la computadora que hace la función de concentrador falla, falla toda la red.
La velocidad de comunicación entre dos computadoras en el extremo de la red es baja debido a que esta debe de pasar a través del hub o computadora central, en cambio la comunicación entre el hub o nodo central con cada computador puede ser mayor.
Red de topología en anillos
En la topología de anillo los nodos computadoras (nodos) están conectadas a la siguiente, formando un anillo. Cada computadora tiene una dirección única.
Cuando un mensaje es enviado, este viaja a través del lazo de computadora en computadora. Cada una de ellas examina la dirección de destino.
Si el mensaje no está direccionado a ella, reenvía el mensaje a la próxima computadora, y así hasta que el mensaje encuentre la computadora destino.
Si se daña el cable, la comunicación no es posible.



Es una mejora sobre la estrella. Tiene algunas de las mismas ventajas, pero no elimina todos los inconvenientes de la estrella. Las ventajas incluyen la facilitad de gestión y de configuración para los administradores de la red –puesto que añadir otro router es muy simple. A diferencia de la topología de estrella, el anillo proporciona cierta redundancia y, por tanto, elimina el punto crítico de fallo: todos los nodos tienen un camino alternativo a través del cual pueden ser alcanzados. No obstante, todavía es vulnerable tanto a los fallos de los enlaces como a los de los routers. Para el anillo, las tres metas competitivas quedan como sigue:
• Reducción del número de saltos: Una longitud de camino promedio de 2.5 es bastante larga para una red pequeña de ocho nodos. ¡Algunos routers (concretamente, A y E) requieren de cuatro pasos para alcanzarse el uno al otro! Muchos controladores físicos de anillo ocultan esta complejidad desde los controladores de IP para hacer que estos saltos sean invisibles a los protocolos de enrutamiento.
• Reducción de los caminos disponibles: Esta configuración tiene más geodésicos (64) que la estrella, aunque no de un modo significativo como para sobrecargar las tablas de enrutamiento ni causar demoras durante su actualización.
• Reducción de los fallos de la red: Incluso aunque la centralización de la red está al mínimo (ningún nodo es más central que otro), esta red llega al fallo rápidamente debido a su débil redundancia. La topología de anillo puede soportar el fallo de un enlace o de un router y mantener todavía una red contigua. Pero dos fallos simultáneos pueden dar lugar a que haya segmentos inalcanzables debido a su falta de redundancia.
La mayoría de las tecnologías modernas de anillo, tales como la red óptica sincrónica (Synchronous Optical Network,SONET) o el protocolo de transporte de paquetes dinámico de Cisco (CiscoDynamic Packet Transport Protocol, DPT), añaden una medida de redundancia poniendo en funcionamiento un anillo doble que se repara a sí mismo si se corta un enlace. La red se “cierra” para evitar la línea que se ha caído y opera a una menor velocidad. Un camino de dos saltos puede convertirse en un camino de seis saltos con que sólo falle un enlace. Esto puede originar la congestión dela red si el anillo doble original estuviese siendo utilizado para datos en todas las direcciones.
Red de topología de bus
También conocida como topología lineal de bus, es un diseño simple que utiliza un solo cable (backbone) al cual todas las estaciones se conectan. La topología usa un medio de transmisión de amplia cobertura, ya que todas las estaciones pueden recibir las transmisiones emitidas por cualquier estación.



Ventajas:
• Facilidad de añadir estaciones de trabajo.
• Manejo de grandes anchos de banda
• Muy económica.
• Soporta de decenas a centenas de equipos.
• Software de fácil manejo.
• Sistema de simple manejo.
Desventajas:
• Dependiendo del vínculo puede presentar poca inmunidad al ruido.
• Las distorsiones afectan a toda la red.
• La rotura de cable afecta a muchos usuarios.
• Como hay un solo canal, si este falla, falla toda la red.
• El cable central puede convertirse en un cuello de botella en entornos con un alto tráfico de comunicación, ya que todas las estaciones de trabajo comparten el mismo cable.
• El tiempo de acceso disminuye según el número de estaciones.
• Cuando el número de equipos es muy grande, el tiempo de respuesta a los mensajes es más lento (demora mucho tiempo).

Red de topología en árbol
Esta topología es un ejemplo generalizado del esquema de bus. El árbol tiene su primer nodo en la raíz, y se expande para afuera utilizando ramas, en donde se encuentran conectadas las demás terminales. Ésta topología permite que la red se expanda, y al mismo tiempo asegura que nada más existe una "ruta de datos" ( data path ) entre 2 terminal es cualesquiera.




Este tipo de topología es realmente una combinación de las topologías estrella y bus, consistente en un conjunto de subredes estrella conectadas a un bus.
La topología en árbol es similar a la topología en estrella extendida, salvo en que no tiene un nodo central. En cambio, un nodo de enlace troncal, generalmente ocupado por un hub o switch, desde el que se ramifican los demás nodos.
El enlace troncal es un cable con varias capas de ramificaciones, y el flujo de información es jerárquico. Conectado en el otro extremo al enlace troncal generalmente se encuentra un host servidor.

Ventajas:
• Cableado punto a punto para segmentos individuales.
• Es soportado por una multitud de vendedores de software y hardware.
Desventajas:
• Configurado es de gran complejidad.
• Si se viene abajo el segmento principal (bus principal) todo el segmento se viene abajo con él.
• La medida de cada segmento viene determinada por el tipo de cable utilizado.

Red de topología en malla
La topología en malla principalmente nos ofrece redundancia. En esta topología todas las computadoras están interconectadas entre sí por medio de un tramado de cables. Esta configuración provee redundancia porque si un cable falla hay otros que permiten mantener la comunicación. Esta topología requiere mucho cableado por lo que se la considera muy costosa. Muchas veces la topología MALLA se va a unir a otra topología para formar una topología híbrida.




Las redes en malla son aquellas en las cuales todos los nodos están conectados de forma que no existe una preeminencia de un nodo sobre otros, en cuanto a la concentración del tráfico de comunicaciones.
Estas redes permiten en caso de una iteración entre dos nodos o equipos terminales de red, mantener el enlace usando otro camino con lo cual aumenta significativamente la disponibilidad de los enlaces.
• Baja eficiencia de las conexiones o enlaces, debido a la existencia de enlaces redundantes.
• Por tener redundancia de enlaces presenta la ventaja de posibilitar caminos alternativos para la transmisión de datos y en consecuencia aumenta la confiabilidad de la red.
• Como cada estación está unida a todas las demás existe independencia respecto de la anterior.
• Poco económica debido a la abundancia de cableado.
• Control y realización demasiado complejo pero maneja un grado de confiabilidad demasiado aceptable.


Red de topología en malla completa
En una topología de malla completa, cada nodo se enlaza directamente con los demás nodos. Las ventajas son que, como cada todo se conecta físicamente a los demás, creando una conexión redundante, si algún enlace deja de funcionar la información puede circular a través de cualquier cantidad de enlaces hasta llegar a destino. Además, esta topología permite que la información circule por varias rutas a través de la red.
La desventaja física principal es que sólo funciona con una pequeña cantidad de nodos, ya que de lo contrario la cantidad de medios necesarios para los enlaces, y la cantidad de conexiones con los enlaces se torna abrumadora.




Por tanto, una red en malla completamente conectada necesita n(n-1)/2 canales físicos para enlazar n dispositivos. Para acomodar tantos enlaces, cada dispositivo de la red debe tener sus puertos de entrada/salida (E/S).
Una malla ofrece varias ventajas sobre otras topologías de red. En primer lugar, el uso de los enlaces dedicados garantiza que cada conexión sólo debe transportar la carga de datos propia delos dispositivos conectados, eliminando el problema que surge cuando los enlaces son compartidos por varios dispositivos. En segundo lugar, una topología en malla es robusta. Si un enlace falla, no inhabilita todo el sistema.
Otra ventaja es la privacidad o la seguridad. Cuando un mensaje viaja a través de una línea dedicada, solamente lo ve el receptor adecuado. Las fronteras físicas evitan que otros usuarios puedan tener acceso a los mensajes.


CONCLUSION

Hoy en día las redes de computadoras son un verdadero desarrollo tecnológico, sirviendo como recurso fundamental tanto para las compañías grandes como para las medianas, pues la información computarizada es vital para ellas.
Si todas las computadoras de un banco se cayeran, este duraría más de cinco minutos; lo mismo pasaría con una moderna industria de manufactura, pues sus actividades dependen de las interconexiones que existen entre las computadoras.
A lo que me refiero es que los seres humanos dependen en gran medida de las redes de las computadoras, ya que estás controlan muchas actividades al mismo tiempo usando más de una computadora para ello. Regularmente, en estos días, es muy popular usar las redes para poder comunicarse con otros usuarios en tiempo real, y al mismo tiempo intercambiar información.
Sin embargo, las redes tienen sus desventajas, pues mediante ellas, se pueden transmitir datos como virus y otros tipos de información que perjudican a los usuarios que se encuentran dentro de la red (generalmente en la WAN), así como infiltraciones de personas a sistemas privados.
Hay que saber darle un uso adecuado a las redes de computadoras y tener en mente tanto sus ventajas como sus desventajas y la influencia que ejercen hoy por hoy en el mundo.
Hemos comprendido, pues, mediante este trabajo, que las redes son necesarias para poder intercambiar información y poder comunicarse, y que detrás de ellas existen muchos elementos que en conjunto hacen de la red un maravilloso sistema en el que muchos países dependen de ellas tanto para la comunicación, como para su desarrollo empresarial y financiero.