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== REDES ==

Daniel Rodríguez García Universidad de las Palmas de Gran Canaria. Departamento de Ingeniería Telemática Curso de Redes y Servicios Telemáticos II Curso 2002-2003

Este trabajo tratará sobre las redes para la interconexión de sistemas con la finalidad de intercambiar recursos y datos, para ello se analizara progresivamente cuales son los elementos que necesitamos, realizando una pequeña descripción de cada uno de ellos, y extendiéndome un poco más en el sistema de cableado, a continuación se analizara cuales son los tipos de redes más habituales que podemos encontrar en la práctica, y por último se analizara muy brevemente los protocolos usados en estas redes para poder realizar el intercambio de datos sin problemas.

1 Introducción

La mas simple de las redes conecta dos computadoras, permitiéndoles compartir archivos e impresoras. Una red mucho mas compleja conectaría todas las computadoras de una compañía en el mundo. Para compartir impresoras basta con un conmutador, pero si se ha de compartir eficientemente archivos y ejecutar aplicaciones de red, hace falta placas de interfaz de red (NIC) y cables para conectar los sistemas. Aunque se pueden utilizar diversos sistemas de interconexión vía los puertos serie y paralelo, estos sistemas baratos no ofrecen la velocidad e integridad que necesita un sistema operativo de red seguro y con altas prestaciones que permita manejar muchos usuarios y recursos.

2 Componentes de una red

Una red de computadores esta compuesta tanto por hardware como por software. El hardware incluye tanto las placas de interfaz de red como los cables que las unen, y el software incluye los controladores y el sistema operativo de red que gestiona la red. A continuación se listan y describen los componentes: • Servidor • Estaciones de trabajo • Placas de interfaz de red (NIC) • Sistema de cableado. • Recursos periféricos y compartidos

- Servidor: el servidor ejecuta el sistema operativo de red y ofrece los servicios de red a las estaciones de trabajo. Entre estos servicios incluyen el almacenamiento de archivos, la gestión de usuarios, la seguridad, las ordenes y opciones para usuarios, de red, las ordenes del responsable de red y otras cosas.

- Estaciones de trabajo: Cuando una computadora se conecta a una red, la primera se convierte en un nodo de la ultima, y se puede tratar como una estación de trabajo o cliente. Las estaciones de trabajo pueden ser computadoras personales con el DOS, Sistemas Macintosh de Apple, sistemas basados en UNIX, sistemas con el OS/2 o estaciones de trabajo sin disco.

- Placas de interfaz de red (NIC): Toda computadora que se conecte a una red necesita de una placa de interfaz de red que soporte un esquema de red específico, como Ethernet, ArcNet o Token Ring. El cable de la red se conectara a la parte trasera de la placa. También están disponibles redes sin cales por radio o infrarrojos.

- Sistema de cableado: El sistema de cableado de la red esta constituido por el cable utilizado para conectar entre si el servidor y las estaciones de trabajo. En el caso de las redes in cable que utilizan la radio o los infrarrojos no es necesario.

- Recursos periféricos compartidos: Entre los recursos compartidos se incluyen los dispositivos de almacenamiento ligados al servidor, Las unidades de disco óptico, las impresoras, los trazadores y el resto de equipos que puedan ser utilizados por cualquiera en la red.

3 Medios de Transmisión

Podemos clasificarlos entre guiados y los no guiados (inalámbricos).

3. 1. Medios de transmisión guiados

En medios guiados, el ancho de banda o velocidad de transmisión dependen de la distancia y de si el enlace es punto a punto o multipunto.

3.1.1. Par trenzado

Es el medio guiado más barato y más usado; Consiste en un par de cables, embutidos para su aislamiento, para cada enlace de comunicación. Debido a que puede haber acoples entre pares, estos se trenza con pasos diferentes. La utilización del trenzado tiende a disminuir la interferencia electromagnética. Este tipo de medio es el más utilizado debido a su bajo coste (se utiliza mucho en telefonía) pero su inconveniente principal es su poca velocidad de transmisión y su corta distancia de alcance. Con estos cables, se pueden transmitir señales analógicas o digitales. Es un medio muy susceptible a ruido y a interferencias. Para evitar estos problemas se suele trenzar el cable con distintos pasos de torsión y se suele recubrir con una malla externa para evitar las interferencias externas.

3.1.2. Pares trenzados apantallados y sin apantallar

Los pares sin apantallar son los más baratos aunque los menos resistentes a interferencias (aunque se usan con éxito en telefonía y en redes de área local). A velocidades de transmisión bajas, los pares apantallados son menos susceptibles a interferencias, aunque son más caros y más difíciles de instalar.

Figura nº 01. Par Trenzado sin apantallar

Figura nº 02. Par Trenzado apantallado

3.1.3. Cable coaxial

Consiste en un cable conductor interno (cilíndrico) separado de otro cable conductor externo por anillos aislantes o por un aislante macizo. Todo esto se recubre por otra capa aislante que es la funda del cable. Este cable, aunque es más caro que el par trenzado, se puede utilizar a más larga distancia, con velocidades de transmisión superiores, menos interferencias y permite conectar más estaciones. Se suele utilizar para televisión, telefonía a larga distancia, redes de área local, conexión de periféricos a corta distancia, etc... Se utiliza para transmitir señales analógicas o digitales. Sus inconvenientes principales son: atenuación, ruido térmico, ruido de intermodulación. Para señales analógicas, se necesita un amplificador cada pocos kilómetros y para señales digitales un repetidor cada kilómetro.

Figura nº 03. Cable coaxial

3.1.4. Fibra óptica

Se trata de un medio muy flexible y muy fino que conduce energía de naturaleza óptica. Su forma es cilíndrica con tres secciones radiales: núcleo, revestimiento y cubierta. El núcleo está formado por una o varias fibras muy finas de cristal o plástico. Cada fibra está rodeada por su propio revestimiento que es un cristal o plástico con diferentes propiedades ópticas distintas a las del núcleo. Alrededor de este conglomerado está la cubierta (constituida de material plástico o similar) que se encarga de aislar el contenido de aplastamientos, abrasiones, humedad, etc... Es un medio muy apropiado para largas distancias e incluso últimamente para LAN’s. Sus beneficios frente a cables coaxiales y pares trenzados son:

• Permite mayor ancho de banda • Menor tamaño y peso. • Menor atenuación. • Aislamiento electromagnético. • Mayor separación entre repetidores

Su rango de frecuencias es todo el espectro visible y parte del infrarrojo. El método de transmisión es: los rayos de luz inciden con una gama de ángulos diferentes posibles en el núcleo del cable, entonces sólo una gama de ángulos conseguirán reflejarse en la capa que recubre el núcleo. Son precisamente esos rayos que inciden en un cierto rango de ángulos los que irán rebotando a lo largo del cable hasta llegar a su destino. A este tipo de propagación se le llama multimodal. Si se reduce el radio del núcleo, el rango de ángulos disminuye hasta que sólo sea posible la transmisión de un rayo, el rayo axial, y a este método de transmisión se le llama monomodal. Los inconvenientes del modo multimodal es que debido a que dependiendo al ángulo de incidencia de los rayos , estos tomarán caminos diferentes y tardarán más o menos tiempo en llegar al destino , con lo que se puede producir una distorsión ( rayos que salen antes pueden llegar después ) , con lo que se limita la velocidad de transmisión posible . Hay un tercer modo de transmisión que es un paso intermedio entre los anteriormente comentados y que consiste en cambiar el índice de refracción del núcleo. A este modo se le llama multimodo de índice gradual. Los emisores de luz utilizados son: LED (de bajo coste, con utilización en un amplio rango de temperaturas y con larga vida media) y ILD (más caro, pero más eficaz y permite una mayor velocidad de transmisión).

Figura nº 04. Cable Fibra Óptica

3. 2. Transmisión inalámbrica

SE utilizan medios no guiados, principalmente el aire. Se radia energía electromagnética por medio de una antena y luego se recibe esta energía con otra antena. Hay dos configuraciones para la emisión y recepción de esta energía: direccional y omnidireccional. En la direccional, toda la energía se concentra en un haz que es emitido en una cierta dirección, por lo que tanto el emisor como el receptor deben estar alineados. En el método omnidireccional, la energía es dispersada en múltiples direcciones, por lo que varias antenas pueden captarla. Cuanto mayor es la frecuencia de la señal a transmitir, más factible es la transmisión unidireccional. Por tanto, para enlaces punto a punto se suelen utilizar microondas (altas frecuencias). Para enlaces con varios receptores posibles se utilizan las ondas de radio (bajas frecuencias). Los infrarrojos se utilizan para transmisiones a muy corta distancia (en una misma habitación).

3.2.1. Microondas terrestres

Suelen utilizarse antenas parabólicas. Para conexionas a larga distancia, se utilizan conexiones intermedias punto a punto entre antenas parabólicas. Se suelen utilizar en sustitución del cable coaxial o las fibras ópticas ya que se necesitan menos repetidores y amplificadores, aunque se necesitan antenas alineadas. Se usan para transmisión de televisión y voz. La principal causa de pérdidas es la atenuación debido a que las pérdidas aumentan con el cuadrado de la distancia (con cable coaxial y par trenzado son logarítmicas). La atenuación aumenta con las lluvias. Las interferencias es otro inconveniente de las microondas ya que al proliferar estos sistemas, pude haber más solapamientos de señales.

3.2.2. Microondas por satélite

El satélite recibe las señales y las amplifica o retransmite en la dirección adecuada. Para mantener la alineación del satélite con los receptores y emisores de la tierra, el satélite debe ser geoestacionario. Se suele utilizar este sistema para: • Difusión de televisión. • Transmisión telefónica a larga distancia. • Redes privadas. El rango de frecuencias para la recepción del satélite debe ser diferente del rango al que este emite, para que no haya interferencias entre las señales que ascienden y las que descienden. Debido a que la señal tarda un pequeño intervalo de tiempo desde que sale del emisor en la Tierra hasta que es devuelta al receptor o receptores, ha de tenerse cuidado con el control de errores y de flujo de la señal. Las diferencias entre las ondas de radio y las microondas son: • Las microondas son unidireccionales y las ondas de radio omnidireccionales. • Las microondas son más sensibles a la atenuación producida por la lluvia. • En las ondas de radio , al poder reflejarse estas ondas en el mar u otros objetos, pueden aparecer múltiples señales "hermanas”.

3.2.3. Infrarrojos

Los emisores y receptores de infrarrojos deben estar alineados o bien estar en línea tras la posible reflexión de rayo en superficies como las paredes. En infrarrojos no existen problemas de seguridad ni de interferencias ya que estos rayos no pueden atravesar los objetos (paredes por ejemplo). Tampoco es necesario permiso para su utilización (en microondas y ondas de radio si es necesario un permiso para asignar una frecuencia de uso).

4 Clasificación de las redes de Internet según su extensión

4.1 Redes de Área Local (LAN)

Cuando se requiere aprovechar las capacidades de un elemento microinformático, no sólo se realizarán con el mismo tratamiento y edición de texto también se realizarán con el mismo equipo labores de programación que resuelvan problemas concretos, o como punto de acceso a una red pública de datos. Las redes de área local (LAN) surgieron en el entorno de las universidades o centros de desarrollo de redes de comunicaciones de paquetes. Una red local se caracteriza por el área que cubre, limitándose a distancias cortas que comprenden desde centenares de metros a unos pocos kilómetros. Normalmente estas distancias cubren un edificio o algunos edificios cercanos entre sí. Su velocidad de transmisión es notoriamente superior a la lograda en las redes de gran área (varia entre 1 y 30 Mb/s).

Una LAN (Local Area Network) es un sistema de interconexión de equipos de equipos informáticos basado en líneas de alta velocidad (decenas o cientos de megabits por segundo) y que suele abarcar, como mucho, un edificio. Las principales tecnologías usadas en una LAN son: Ethernet, Token ring, ARCNET y FDDI (ver el apartado Protocolos de Bajo Nivel en la primera parte de la documentación. Un caso típico de LAN es en la que existe un equipo servidor de LAN desde el que los usuarios cargan las aplicaciones que se ejecutarán en sus estaciones de trabajo. Los usuarios pueden también solicitar tareas de impresión y otros servicios que están disponibles mediante aplicaciones que se ejecutan en el servidor. Además pueden compartir ficheros con otros usuarios en el servidor. Los accesos a estos ficheros están controlados por un administrador de la LAN.

4.2 Redes de Área Metropolitana (MAN)

Una MAN (Metropolita Área Network) es un sistema de interconexión de equipos informáticos distribuidos en una zona que abarca diversos edificios, por medios pertenecientes a la misma organización propietaria de los equipos. Este tipo de redes se utiliza normalmente para interconectar redes de área local.

4.4 Redes de Área Extensa (WAN)

Una WAN (Wide Area Network) es un sistema de interconexión de equipos informáticos geográficamente dispersos, que pueden estar incluso en continentes distintos. El sistema de conexión para estas redes. Normalmente involucra a redes públicas de transmisión de datos.

5 Topologías típicas en las redes LAN

Topología de la LAN la define el hardware. Hay tres topologías básicas:

5.1 Estrella

Se la llama así pues hay un centro denominado Hub hacia el cual convergen todas las líneas de comunicación. Cada máquina tiene un enlace exclusivo con el Hub. Los sistemas host - terminales también usan una topología estrella, con el host en el centro, pero se diferencian por la forma de comunicación. En las LANs, el Hub es un dispositivo que, sea activo o pasivo, permite que todas las estaciones reciban la transmisión de una; en los sistemas con host, sólo el host recibe. En una red, la comunicación entre dos estaciones es directa; en un sistema con host, una terminal se comunica con el host y el host con la otra.

Figura nº 05. Topología estrella

5.2 Bus

En esta topología hay un cable que recorre todas las máquinas sin formar caminos cerrados ni tener bifurcaciones. Eléctricamente, un bus equivale a un nodo pues los transceptores de todas las máquinas quedan conectados en paralelo. A los efectos de mantener la impedancia constante en el cableado de la red, se deben conectar dos "terminadores" en ambos extremos del cableado de la misma.

Figura nº 06. Topología Bus

5.3 Anillo

En este caso, las líneas de comunicación forman un camino cerrado. La información generalmente recorre el anillo en forma unidireccional, cada máquina recibe la información de la máquina previa, la analiza, y si no es para ella, la retransmite a la siguiente.

Figura nº 07. Topología Bus

6 Protocolos de arbitraje

Se denomina así al acceso a la posibilidad de transmitir datos por la red; hay dos formas básicas: CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collission Detection): En este caso, cualquier máquina puede iniciar una comunicación (acceso múltiple) con sólo verificar que no haya ninguna otra comunicación en el cable; para ello detecta la presencia de portadora (Carrier Sense) /*Fase A*/. La información que se está transmitiendo tarda un cierto tiempo en recorrer la red. Una estación a la que todavía no le llegaron los primeros bits podría iniciar una transmisión basada en que en ese momento no hay señal /*Fase B*/. Un instante después le empezarán a llegar dichos bits, pero como la transmisión ya había comenzado, las estaciones comprendidas entre ambas máquinas recibirán la suma de las dos señales/*Fase C*/. Esto se denomina "colisión". El segundo transmisor debe seguir transmitiendo un tiempo suficiente como para que el primero se entere de la colisión. /*Fase D*/. Esta acción recibe el nombre de atascamiento (jamming).

Figura nº 08.Grafico de posibles colisiones en una red

El peor caso de colisión se produce cuando las estaciones están a la mayor distancia posible y la segunda comienza a transmitir justo antes de recibir el primer bit, pues al tiempo de propagación de la señal de la primera estación a la segunda, hay que sumarle el de propagación del atascamiento de la segunda a la primera. La suma de esos tiempos define la "ventana de colisión". Para asegurarse la ausencia de colisiones indetectadas, se deben cumplir dos condiciones:

1. la transmisión debe durar más que la ventana de colisiones. Por ejemplo: en Ethernet el paquete mínimo es de 46 bytes y el máximo de 1500 bytes.

2. la estación transmisora debe chequear la ausencia de colisiones durante ese tiempo; después no es necesario. Una vez detectada la colisión, ambas estaciones deben dejar pasar un tiempo determinado pseudoleatoriamente antes de intentar retransmitir. Si se produce otra colisión, se reintenta esperando un tiempo mayor. El tiempo promedio de demora se duplica con cada reintento. Puede haber colisiones múltiples. Es posible que una estación no pueda comunicarse durante mucho tiempo debido a una sucesión de colisiones.

7 Conclusiones

7.1 Conclusiones propias

Este trabajo me ha servido principalmente, ahora que estoy terminando la carrera, de repaso de un aspecto muy importante, como es la construcción de redes de ordenadores, de ahí que me decidiera ha realizar este trabajo

7.2 Conclusiones de especialistas en la materia

Dada la forma de realización del trabajo, no he obtenido conclusiones de especialistas en la materia, porque no se si acudir a libros, aunque no me parece razonable, ya que el trabajo no ha sido realizado mediante libros, o si ir a los profesores de las asignaturas de las cuales he ido sacando la información para el trabajo, que podría ser buena opción, pero no lo he hecho, porque dadas las fechas y el tiempo que me queda.

8 Webgrafia y bibliografía usada

En realidad para realizar este trabajo no he tenido que acudir ha diferentes libros, sino que lo he hecho básicamente recopilando información de distintas asignaturas de la carrera, como Transporte de datos, Fundamentos de telemática, Sistemas de Transmisión, etc. En lo que se refiere a las imágenes, parte las he realizado yo, y las otras las he obtenido de Internet introduciendo palabras claves y buscando imágenes en el famoso buscador Google.

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