Redes de Computadoras ISC Unidad I: Fundamentos de Redes 1.1 Concepto de red, su origen

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1 1.1 Concepto de red, su origen Una red es un sistema de objetos o personas conectados de manera intrincada. Las redes están en todas partes, incluso en nuestros propios cuerpos. El sistema nervioso y el sistema cardiovascular son redes. El diagrama de racimo de la figura muestra algunos tipos de redes; puede pensar en algunos más. Observe la forma en que están agrupados:

2 1.1 Concepto de red, su origen

3 1.1 Concepto de red, su origen El networking surgió como resultado de las aplicaciones creadas para las empresas. Sin embargo, en el momento en que se escribieron estas aplicaciones, las empresas poseían computadores que eran dispositivos independientes y cada uno operaba de forma individual, independientemente de los demás computadores.

4 1.1 Concepto de red, su origen Muy pronto se puso de manifiesto que esta no era una forma eficiente ni rentable para operar en el medio empresarial. Las empresas necesitaban una solución que resolviera con éxito las tres preguntas siguientes: 1.cómo evitar la duplicación de equipos informáticos y de otros recursos 2.cómo comunicarse con eficiencia 3.cómo configurar y administrar una red

5 1.1 Concepto de red, su origen Las empresas se dieron cuenta de que podrían ahorrar mucho dinero y aumentar la productividad con las redes. Empezaron agregando redes y expandiendo las redes existentes casi tan rápidamente como se producía la introducción de nuevas tecnologías y productos de red.

6 1.1 Concepto de red, su origen Como resultado, a principios de los 80, se produjo una tremenda expansión del networking y sin embargo, el temprano desarrollo de la redes resultaba caótico en varios aspectos. A mediados de la década del 80, comenzaron a presentarse los primeros problemas emergentes de este crecimiento desordenado.

7 1.1 Concepto de red, su origen Muchas de las tecnologías de red que habían emergido se habían creado con una variedad de implementaciones de hardware y software distintas. Por lo tanto, muchas de las nuevas tecnologías no eran compatibles entre sí. Se tornó cada vez más difícil la comunicación entre redes que usaban distintas especificaciones

8 1.1 Concepto de red, su origen Una de las primeras soluciones a estos problemas fue la creación de redes de área local (LAN). Como eran capaces de conectar todas las estaciones de trabajo, dispositivos periféricos, terminales y otros dispositivos ubicados dentro de un mismo edificio, las LAN permitieron que las empresas utilizaran la tecnología informática para compartir de manera eficiente archivos e impresoras

9 1.1 Concepto de red, su origen A medida que el uso de los computadores en las empresas aumentaba, pronto resultó obvio que incluso las LAN no eran suficientes. En un sistema de LAN, cada departamento, o empresa, era una especie de isla electrónica.

10 1.1 Concepto de red, su origen Los que se necesitaba era una forma de que la información se pudiera transferir rápidamente y con eficiencia, no solamente dentro de una misma empresa sino de una empresa a otra.

11 1.1 Concepto de red, su origen Entonces, la solución fue la creación de redes de área metropolitana (MAN) y redes de área amplia (WAN). Como las WAN podían conectar redes de usuarios dentro de áreas geográficas extensas, permitieron que las empresas se comunicaran entre sí a través de grandes distancias.

12 1.2 Clasificación de redes De acuerdo a su tamaño: Redes de área local (LAN) Redes de área metropolitana (MAN) Redes de área global (GAN) Redes de área amplia (WAN)

13 1.2 Clasificación de redes De acuerdo a su Tecnología de interconexión: Medios guiados Medios no guiados

14 Medios guiados Redes de Computadoras ISC 1.2 Clasificación de redes Cable coaxial Grueso Delgado Cable de par trenzado Blindado (STP) Sin blindar (UTP) Cable de fibra óptica

15 Cable coaxial Redes de Computadoras ISC 1.2 Clasificación de redes

16 1.2 Clasificación de redes Cable de par trenzado

17 1.2 Clasificación de redes Cable de fibra óptica

18 Medios no guiados 1.2 Clasificación de redes Radio Infrarrojos Microondas Láser otras redes inalámbricas

19 1.2 Clasificación de redes Radio La Red por radio es aquella que emplea la radiofrecuencia como medio de unión de las diversas estaciones de la red. Utilizan diversos protocolos como el Wi- Fi: El estándar IEEE Existen otros estándares como el HomeRF, Bluetooth y ZigBee

20 Infrarrojos Redes de Computadoras ISC 1.2 Clasificación de redes Las redes por infrarrojos permiten la comunicación entre dos nodos usando una serie de leds infrarrojos para ello. Se trata de emisores/receptores de las ondas infrarrojas entre ambos dispositivos, cada dispositivo necesita "ver" al otro para realizar la comunicación por ello es escasa su utilización a gran escala

21 Microondas Redes de Computadoras ISC 1.2 Clasificación de redes Utiliza microondas como medio de transmisión. El protocolo más frecuente es el IEEE b y transmite a 2.4 GHz, alcanzando velocidades de 11 Mbps (Megabits por segundo).

22 1.2 Clasificación de redes Láser es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza controlados

23 1.2 Clasificación de redes Redes inalámbricas Las redes inalámbricas (en inglés wireless) son aquellas que se comunican por un medio de transmisión no guiado (sin cables) mediante ondas electromagnéticas. La transmisión y la recepción se realiza a través de antenas

24 1.2 Clasificación de redes De acuerdo a su tipo de conexión Conexión Sin conexión

25 1.2 Clasificación de redes Conexión (sistema telefónico). Los pares en el nivel de red establecen conexiones con características tal como la calidad, el costo, y el ancho de banda. Se entregan los paquetes en orden y sin errores, la comunicación es dúplex, y el control de flujo es automático

26 1.2 Clasificación de redes Sin conexión (Internet). La subred no es confiable; porta bits y no más. Los hosts tienen que manejar el control de errores. El nivel de red ni garantiza el orden de paquetes ni controla su flujo. Los paquetes tienen que llevar sus direcciones completas de destino

27 1.2 Clasificación de redes De acuerdo a su relación De Igual a Igual (peer to peer) Cliente - Servidor

28 1.2 Clasificación de redes De Igual a Igual (peer to peer) Se refiere a una red que no tiene clientes ni servidores fijos, sino una serie de nodos que se comportan simultáneamente como clientes y como servidores de los demás nodos de la red. Son mejor conocidas como p2p

29 1.2 Clasificación de redes Cliente - Servidor Esta arquitectura consiste básicamente en que un programa -el Cliente informáticorealiza peticiones a otro programa -el Servidor- que le da respuesta

30 1.2 Clasificación de redes Ventajas de la arquitectura Cliente - Servidor Centralización del control: los accesos, recursos y la integridad de los datos son controlados por el servidor de forma que un programa cliente defectuoso o no autorizado no pueda dañar el sistema. Escalabilidad: se puede aumentar la capacidad de clientes y servidores por separado

31 1.2 Clasificación de redes Los tipos específicos de servidores incluyen los servidores web, los servidores del uso, los servidores de archivo, los servidores terminales, y los servidores del correo, entre otros. Mientras que sus propósitos varían algo, la arquitectura básica sigue siendo igual.

32 1.3 Descripción del Modelo OSI La Organización Internacional para la Normalización (ISO) realizó varias investigaciones acerca de los esquemas de red. La ISO reconoció que era necesario crear un modelo de red que pudiera ayudar a los diseñadores de red a implementar redes que pudieran comunicarse y trabajar en conjunto (interoperabilidad) y por lo tanto, elaboraron el modelo de referencia OSI en 1984

33 1.3.1 Modelo de capas El concepto de capas le ayudará a comprender la acción que se produce durante el proceso de comunicación de una computadora a otra. En la figura siguiente se plantean preguntas que involucran el movimiento de objetos físicos como por ejemplo, el tráfico de autopistas o los datos electrónicos. Este desplazamiento de objetos, sea este físico o lógico, se conoce como flujo.

34 1.3.1 Modelo de capas

35 1.3.1 Modelo de capas Ahora, examine la figura siguiente, el cuadro "Comparación de redes". Qué red está examinando? Qué fluye? Cuáles son las distintas formas del objeto que fluye? Cuáles son las normas para el flujo? Dónde se produce el flujo? Las redes que aparecen en este esquema le ofrecen más analogías para ayudarlo a comprender las redes informáticas

36 1.3.1 Modelo de capas

37 1.3.1 Modelo de capas Como lo ilustra la figura siguiente, la información que viaja a través de una red se conoce como paquete, datos o paquete de datos. Un paquete de datos es una unidad de información, lógicamente agrupada, que se desplaza entre los sistemas de computación. Incluye la información origen junto con otros elementos necesarios para hacer que la comunicación sea factible y confiable en relación con los dispositivos destino.

38 1.3.1 Modelo de capas

39 1.3.1 Modelo de capas El modelo de referencia OSI (Nota: No debe confundirse con ISO.), lanzado en 1984, fue el esquema descriptivo que crearon. Este modelo proporcionó a los fabricantes un conjunto de estándares que aseguraron una mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de tecnología de red utilizados por las empresas a nivel mundial

40 1.3.1 Modelo de capas

41 1.3.1 Modelo de capas Ventajas del modelo OSI: 1.Divide la comunicación de red en partes más pequeñas y sencillas. 2.Normaliza los componentes de red para permitir el desarrollo y el soporte de los productos de diferentes fabricantes. 3.Permite a los distintos tipos de hardware y software de red comunicarse entre sí. 4.Impide que los cambios en una capa puedan afectar las demás capas, de manera que se puedan desarrollar con más rapidez. 5.Divide la comunicación de red en partes más pequeñas para simplificar el aprendizaje

42 1.3.1 Modelo de capas Capa 7: La capa de aplicación La capa de aplicación es la capa del modelo OSI más cercana al usuario; suministra servicios de red a las aplicaciones del usuario. La capa de aplicación establece la disponibilidad de los potenciales socios de comunicación, sincroniza y establece acuerdos sobre los procedimientos de recuperación de errores y control de la integridad de los datos.

43 1.3.1 Modelo de capas

44 1.3.1 Modelo de capas Capa 6: La capa de presentación Garantiza que la información que envía la capa de aplicación de un sistema pueda ser leída por la capa de aplicación de otro. De ser necesario, la capa de presentación traduce entre varios formatos de datos utilizando un formato común.

45 1.3.1 Modelo de capas

46 1.3.1 Modelo de capas Capa 5: La capa de sesión Establece, administra y finaliza las sesiones entre dos hosts que se están comunicando. La capa de sesión proporciona sus servicios a la capa de presentación. También sincroniza el diálogo entre las capas de presentación de los dos hosts y administra su intercambio de datos. Ofrece disposiciones para una eficiente transferencia de datos, clase de servicio y un registro de excepciones acerca de los problemas de la capa de sesión, presentación y aplicación

47 1.3.1 Modelo de capas

48 1.3.1 Modelo de capas Capa 4: La capa de transporte Segmenta los datos originados en el host emisor y los reensambla en una corriente de datos dentro del sistema del host receptor. La capa de transporte establece, mantiene y termina adecuadamente los circuitos virtuales. Al proporcionar un servicio confiable, se utilizan dispositivos de detección y recuperación de errores de transporte

49 1.3.1 Modelo de capas

50 1.3.1 Modelo de capas Capa 3: La capa de red La capa de red es una capa compleja que proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas de hosts que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas

51 1.3.1 Modelo de capas

52 1.3.1 Modelo de capas Capa 2: La capa de enlace de datos Proporciona un tránsito de datos confiable a través de un enlace físico. Al hacerlo, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico (comparado con el lógico), la topología de red, el acceso a la red, la notificación de errores, entrega ordenada de tramas y control de flujo

53 1.3.1 Modelo de capas

54 1.3.1 Modelo de capas Capa 1: La capa física Define las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales. Las características tales como niveles de voltaje, temporización de cambios de voltaje, velocidad de datos físicos, distancias de transmisión máximas, conectores físicos y otros atributos similares se definen a través de las especificaciones de la capa física

55 1.3.1 Modelo de capas

56 1.3.2 Proceso de encapsulado de datos Todas las comunicaciones de una red parten de un origen y se envían a un destino, y que la información que se envía a través de una red se denomina datos o paquete de datos. Si una computadora (host A) desea enviar datos a otra (host B), en primer término los datos deben empaquetarse a través de un proceso denominado encapsulamiento.

57 1.3.2 Proceso de encapsulado de datos El encapsulamiento rodea los datos con la información de protocolo necesaria antes de que se una al tránsito de la red. Por lo tanto, a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI, reciben encabezados, información final y otros tipos de información. Nota: La palabra "encabezado" significa que se ha agregado la información correspondiente a la dirección.

58 1.3.2 Proceso de encapsulado de datos Las redes deben realizar los siguientes cinco pasos de conversión a fin de encapsular los datos: 1.Crear los datos 2.Empaquetar los datos para ser transportados de extremo a extremo 3.Anexar (agregar) la dirección de red al encabezado 4.Anexar (agregar) la dirección local al encabezado de enlace de datos 5.Realizar la conversión a bits para su transmisión

59 1.4 Topologías de redes La arquitectura o topología de red es la disposición física en la que se conectan los nodos de una red de computadoras o servidores, mediante la combinación de estándares y protocolos.

60 1.4 Topologías de redes Define las reglas de una red y cómo interactúan sus componentes. Estos equipos de red pueden conectarse de muchas y muy variadas maneras. La conexión más simple es un enlace unidireccional entre dos nodos

61 1.4 Topologías de redes Se tienen dos tipos de topologías: Topología Física que consiste en la configuración o disposición del cableado y equipos de comunicación. Topología Lógica que define cómo los datos fluyen a través de la red

62 1.4 Topologías de redes Hay tres topologías físicas básicas: - Bus: típicas de las redes Ethernet antiguas - Anillo: típicas en las redes Token Ring y FDDI - Estrella: utilizadas en todas las LAN actuales en substitución de los buses y los anillos

63 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA LINEAL O BUS: Consiste en un solo cable al cual se le conectan todas las estaciones de trabajo. En este sistema una sola computadora por vez puede mandar datos los cuales son escuchados por todas las computadoras que integran el bus, pero solo el receptor designado los utiliza

64 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA LINEAL O BUS: Ventajas: Es la más barata. Apta para oficinas medianas y chicas. Desventajas: 1.Si se tienen demasiadas computadoras conectadas a la vez, la eficiencia baja notablemente. 2.Es posible que dos computadoras intenten transmitir al mismo tiempo provocando lo que se denomina colisión, y por lo tanto se produce un reintento de transmisión. 3.Un corte en cualquier punto del cable interrumpe la red

65 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA LINEAL O BUS:

66 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA ESTRELLA En este esquema todas las estaciones están conectadas a un concentrador o HUB con cable por computadora. Para futuras ampliaciones pueden colocarse otros HUBs en cascada dando lugar a la estrella jerárquica. Por ejemplo en la estructura CLIENTE- SERVIDOR: el servidor está conectado al HUB activo, de este a los pasivos y

67 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA ESTRELLA Ventajas: 1.La ausencia de colisiones en la transmisión y dialogo directo de cada estación con el servidor. 2.La caída de una estación no anula la red. Desventajas: Baja transmisión de datos

68 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA ESTRELLA

69 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA ANILLO (TOKEN RING) Consiste en conectar cada estación con otras dos formando un anillo. Los servidores pueden estar en cualquier lugar del anillo y la información es pasada en un único sentido de una a otra estación hasta que alcanza su destino. Cada estación que recibe el TOKEN regenera la señal y la transmite a la siguiente

70 Ventajas: No existen colisiones, pues cada paquete tiene una cabecera o TOKEN que identifica al destino. Desventajas: 1.La caída de una estación interrumpe toda la red. Actualmente no hay conexiones físicas entre estaciones, sino que existen centrales de cableado o MAU que implementa la lógica de anillo sin que estén conectadas entre si evitando las caídas. 2.Es cara, llegando a costar una placa de red lo que una estación de trabajo. Redes de Computadoras ISC 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA ANILLO (TOKEN RING)

71 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA ANILLO (TOKEN RING)

72 En esta topología que es una generalización del tipo bus, el árbol tiene su primer nodo en la raíz y se expande hacia fuera utilizando ramas, en donde se conectan las demás terminales. Esta topología permite que la red se expanda y al mismo tiempo asegura que nada más existe una ruta de datos entre dos terminales cualesquiera Redes de Computadoras ISC TOPOLOGÍA ÁRBOL 1.4 Topologías de redes

73 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA ÁRBOL

74 1.4 Topologías de redes TOPOLOGÍA MESH Es una combinación de más de una topología, como podría ser un bus combinado con una estrella. Este tipo de topología es común en lugares en donde tenían una red bus y luego la fueron expandiendo en estrella.

75 TOPOLOGÍA MESH 1.4 Topologías de redes

76 TOPOLOGÍA MESH 1.4 Topologías de redes Dentro de estas topologías encontramos: Topología anillo en estrella: se utilizan con el fin de facilitar la administración de la red. Físicamente la red es una estrella centralizada en un concentrador o HUBs, mientras que a nivel lógico la red es un anillo

77 TOPOLOGÍA MESH 1.4 Topologías de redes Topología bus en estrella: el fin es igual al anterior. En este caso la red es un bus que se cable físicamente como una estrella mediante el uso de concentradores. Topología estrella jerárquica: esta estructura se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales. Por medio de concentradores dispuestos en cascada para formar una red jerárquica.

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