UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA ÁREA DE INGENIERÍA CARRERA INGENIERÍA DE SISTEMAS CENTRO LOCAL ZULIA

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA ÁREA DE INGENIERÍA CARRERA INGENIERÍA DE SISTEMAS CENTRO LOCAL ZULIA PROPUESTA DE DISEÑO E INCORPORACIÓN DE LA RED LAN DEL BLOQUE (N) DE LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA A LA RED WAN DE LA INSTITUCIÓN Trabajo presentado como requisito para optar al título de Ingeniero en Sistemas Autor: Blanca Correa de Greco, C.I.: Tutor Académico: Ing. Gutiérrez Gilfrank, C.I.: Tutor Empresarial: Ing. Romero Cora, C.I.: Maracaibo, Noviembre de 2008 i

2 INDICE Pp. Agradecimientos. II Dedicatoria.. III Índice de contenido IV Índice de gráficos. V Índices de tablas VI Introducción. VII Capitulo I. El problema Planteamiento del problema Formulación del problema Objetivos Objetivo general Objetivos específicos Justificación de la investigación Delimitación de la investigación.. 5 Capitulo II. Marco teórico Antecedentes de la investigación Bases teóricas Redes de comunicación y redes de comunicación de 7 datos Ancho de banda analógico vs. Ancho de banda digital Estaciones de trabajo (Workstation) Tipos de redes de comunicación Tipos de redes de acuerdo con su tecnología de transmisión. 13 A) Redes broadcast. 13 B) Redes punto a punto Tipos de redes según su escala 15 A) Redes de Área Local (LAN) 15 B) Redes de Área Amplia (WAN) Tipos de redes según el servicio de conmutación. 18 iv

3 A)Redes de conmutación de circuitos 18 B)Redes de conmutación de paquetes Arquitectura de redes Aspectos de las topologías de red Topologías físicas. 25 a) Especificaciones de hardware para las topologías de red 25 b) Topología física bus c) Topología física estrella. 27 d) Topología física anillo Topologías lógicas de red 28 a) Topología lógica bus. 28 b) Topología lógica anillo Dispositivos de redes de área local Dispositivos LAN genéricos La tarjeta de red (NIC) El repetidor El concentrador (hub) Los puentes (bridgers) El conmutador (swithch) El enrutador (router) La nube Cableado estructurado Subsistema de cableado estructurado Conexión de redes Tipos de conexión de líneas Interfaces y servicios Servicios orientados y no orientados a conexión Primitivas de servicios Contexto organizacional v

4 Valores MISIÓN VISIÓN. 56 Capitulo III. Marco metodológico Tipo de investigación Diseño de investigación Metodología de desarrollo e investigación Fase I: Determinación de los requerimientos y puestos de 59 red Fase II: Diseño de la red e incorporación de ésta a la WAN de LUZ Fase III: Diseño del plan de implantación de la red.. 63 Capitulo IV Estrategia Metodológica y Resultados de la Investigación Fase I: Determinación de los requerimientos y puestos de red Identificar la misión y visión de la red de área local del bloque N de LUZ Identificar tipos de usuarios y sus requerimientos de red Interpretación de los resultados Inventario tanto del software como del hardware Determinar las características de la red WAN con que cuenta La Universidad del Zulia Ubicación de los puntos de red y elaboración de los diagramas de conexión de puestos propuestos Fase II: Diseño de la red e incorporación de ésta a la WAN de la Institución Determinación a través de un estudio técnico la topología de la red del bloque N de LUZ Criterio No. 1: Análisis comparativo de los aspectos técnicos Expansión 88 vi

5 Conectividad Desempeño Costo Flexibilidad Confiabilidad Criterio No. 2: Análisis comparativo de las características técnicas Método de Acceso Medio físico de transmisión Velocidad Estándar Distancia Máxima Número de estaciones Determinación de la canalización y diseño del cableado de la red Selección del medio de transmisión Selección del tipo de conexión Características de las redes internas Cableado estructurado Diseño específico de la red Determinación de los dispositivos de interfase para la red Grupo uno Grupo dos Determinar la seguridad de la red Determinar confiabilidad de la red Determinar la conectividad de la red Determinar el desempeño de la red Especificar las tareas del administrador de la red Determinar la expansión y mantenimiento de la red Incorporar la red del Bloque N a la WAN de LUZ Diseño topológico 136 vii

6 Diseño lógico Características y ubicación de los equipos de comunicación Fase III: Diseñar el plan de implantación de la red Determinar los componentes necesarios para la instalación de la red Características de los equipos requeridos Características del software requerido Estudio económico del proyecto Evaluar la plataforma tecnológica diseñada. 145 Capitulo V: Conclusiones y Recomendaciones Bibliografía. 151 Anexos 153 viii

7 INDICES GRAFICOS Pág. Gráfico 1 Comparación entre LANs y WANs 18 Gráfico 2 Hub.. 26 Gráfico 3 Topología estrella 27 Gráfico 4 Topología bus.. 29 Gráfico 5 Red tokenring. 30 Gráfico 6 Las NIC y el modelo OSI 33 Gráfico 7 Ejemplo de una NIC 34 Gráfico 8 El repetidor en el modelo OSI 35 Gráfico 9 El concentrador en el modelo OSI 36 Gráfico 10 El conmutador.. 37 Gráfico 11 Microsegmentación. 44 Gráfico 12 Conmutación simétrica 45 Gráfico 13 Conmutación asimétrica 46 Gráfico 14 El enrutador y el modelo OSI 47 Gráfico 15 La nube y el modelo OSI 48 Gráfico 16 Interfaces y servicios entre capas 52 Gráfico 17 Nivel de conocimientos en computación 73 Gráfico 18 Nivel de experiencia en redes computacionales 73 Gráfico 19 Topología de la red Reacciun2 78 Gráfico 20 Conexión Actual de LUZ a la red Reacciun2 78 Gráfico 21 Red Reacciun2 original 79 Gráfico 22 Simbología para la elaboración de los DCP 85 Gráfico 23 Distribución de conexión de puestos del bloque N 86 Gráfico 24 Tramos de cableado del bloque N (planta baja) 114 Gráfico 25 Tramos de cableado del bloque N (planta alta) 119 Gráfico 26 Ejemplos de Topologías en estrella 136 ix

8 INDICES TABLAS Tabla 1 Resultados de las entrevistas 71 Tabla 2 Síntesis de resultados de las entrevistas 75 Tabla 3 Resultados de inventario de software y hardware 77 Tabla 4 Información del bloque N.. 81 Tabla 5 Ubicación de puntos de red del bloque N, y su metraje con respecto al nodo de conexión 84 Tabla 6 Dependencias ubicadas en el bloque N.. 85 Tabla 7 Aspectos técnicos 88 Tabla 8 Características técnicas. 91 Tabla 9 Comparación entre los métodos de acceso al medio 93 Tabla 10 Medios alámbricos (cables de cobre).. 94 Tabla 11 Medios alámbricos (fibra óptica).. 95 Tabla 12 Análisis de medios de transmisión.. 98 Tabla 13 Análisis de esquemas de conexión Tabla 14 Características de la red del bloque N de LUZ Tabla 15 Total de puntos de datos en el bloque N. 109 Tabla 16 Longitudes de los diferentes tramos del Instituto de Filosofía del Derecho. 113 Tabla 17 Distancia de los puntos de datos del Centro de Investigación y Estudios Laborales Tabla 18 Distancia de los puntos de datos del tramo A, del Instituto de Criminología 117 Tabla 19 Distancia de los puntos de datos del tramo B, del Instituto de Criminología Tabla 20 Distancia de los puntos de datos del Instituto de Estudios Políticos y Derecho Público. Tramo Tabla 21 Cableado UTP categoría 5e. Tramo Tabla 22 Cableado UTP categoría 5e. 123 Tabla 23 Metraje y materiales para la interconexión a la WAN de la x

9 Institución Tabla 24 Requerimientos de equipos y materiales para el proyecto Tabla 25 Características técnicas de las ofertas de los proveedores. 144 Tabla 26 Características económicas de las ofertas de los proveedores. 145 xi

10 INTRODUCCIÓN El siguiente trabajo es producto de las exigencias de las prácticas profesionales I y II (cód. 339 y 341), contempladas en la estructura curricular de la carrera de ingeniería de sistemas de la Universidad Nacional Abierta (Venezuela). El desarrollo de estas prácticas se llevaron a cabo en el Bloque N de la Universidad del Zulia (LUZ ), nuestro objetivo se baso en diseñar una propuesta de Red de Área Local, que de soporte a la investigación, a la docencia y las actividades de extensión de apoyo a la comunidad y al sector público Institucional, con la finalidad de establecerla como un punto comunicacional a la Red Wan de la institución. Partiendo de este objetivo se procedió a diseñar y desarrollar la propuesta de red para el bloque N de LUZ, en tres secuencias de fases: Fase I: Se determinó los requerimientos y puestos de red, la cual comprendió varias actividades. Fase II: Se diseñó la red e incorporación de ésta a la WAN de la Institución, la cual comprendió varias actividades Fase III: Se diseñó el plan de implantación de la red, la cual comprendió varias actividades Obteniéndose como producto final este trabajo que constituye un aporte para estas dependencias de La Universidad del Zulia que nos permitió la realización del mismo, integrando conocimientos, habilidades, destrezas, actitudes y valores que esta área y las del resto del currículo y nuestra propia vivencia nos han aportado. xii

11 1 CAPITULO I EL PROBLEMA En este capítulo se formaliza la identificación del problema en estudio, expresando su planteamiento de forma clara y precisa. Anunciándose igualmente, los objetivos que se pretenden alcanzar con la investigación y la justificación de la misma PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Durante los últimos años ha tenido lugar, dentro de los círculos académicos, una evolución hacia sociedades de información; en las que la generación de información ha proporcionado la base necesaria para incrementar la eficiencia y la productividad de estas. El computador ha sido el catalizador de esta revolución de la información, ya que es la mejor herramienta para el procesamiento, manipulación y distribución de datos para suministrar algo inteligible: información. Esta poderosa capacidad se ve fortalecida con el uso de Redes de Comunicación. Es claro, que La Universidad del Zulia es uno de los principales círculos académicos del país, la cual podrá verse inmersa dentro de esta revolución; con la incorporación del Bloque N en donde funcionan Institutos y Centros de investigación, mediante la implementación de una red LAN y su interconexión a la WAN de la institución, a la sociedad de información integrándose así con los sectores productivos, académicos y de servicios; y obteniendo un 1

12 2 proceso educativo actualizado y enriquecido con información y avances nacionales e internacionales FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Sobre la base de lo planteado, surge la necesidad de elaborar una propuesta de diseño e incorporación de la Red LAN del bloque N de La Universidad del Zulia a la red WAN de la Institución, que facilite el proceso de enseñanza aprendizaje, investigación y actividades administrativas. Como al respecto no se ha realizado ningún estudio ni planteamiento sobre esta problemática, es sintetizada en el siguiente planteamiento: Cómo hacer frente al difícil acceso a información especializada y al aislamiento en que se encuentra el bloque N de La Universidad del Zulia, de los sectores productivos y de los centros e institutos de investigación del país y del mundo? 1.3. OBJETIVOS De la formulación del problema se deriva el objetivo general y los específicos descritos a continuación, los cuales dan respuesta a la formulación del problema OBJETIVO GENERAL Diseñar una propuesta de Red de Área Local en el bloque (N) de La Universidad del Zulia que garantice la comunicación e integración de los

13 3 entes académicos de la misma, con la finalidad de establecerla como un punto de comunicación de la Red WAN de la institución OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Evaluar los tipos de usuarios y sus requerimientos. 2. Investigar sobre la estructura de hardware y software existente. 3. Determinar conjuntamente con los usuarios los puestos de trabajo requeridos. 4. Diseñar la red Lan en el bloque N. 5. Evaluar la red WAN existente y su posible interconexión con la red Lan del bloque N. 6. Diseñar la interconexión a la red WAN de la institución. 7. Elaborar el Plan de Implantación de la Red diseñada. 8. Elaborar el estudio económico para la implantación de la red JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN Para este bloque de La Universidad del Zulia, contar con una infraestructura de redes de este tipo sería de gran utilidad, ya que, además de conectar internamente las dependencias que lo conforman como son: el Instituto de Filosofía, Criminología, Derecho Político y Derecho Público, Centro de Investigaciones y Estudios Laborales, y los cubículos de profesores, también podría conectarse con el resto de La Universidad del Zulia. Las redes de área local han sido ampliamente usadas en el ámbito de las universidades y de los laboratorios de investigación y desarrollo. La Universidad del Zulia actualmente tiene instalado a lo largo de su campus un

14 4 anillo de fibra óptica. La fibra óptica es un medio de transmisión muy resistente, totalmente inmune a la interferencia eléctrica, además de contar con un gran ancho de banda y una muy baja atenuación. Este anillo de fibra óptica será utilizado para resolver los problemas de telecomunicación, y como medio para la transmisión de datos, voz y video, además de lograr que todas las dependencias de La Universidad del Zulia que ya cuentan con infraestructuras técnicas de redes de área local puedan comunicarse entre si, y con el exterior. Es de resaltar que el uso de la informática puede mejorar notablemente la educación, dado que proporcionaría beneficios como: Utilización de software didáctico interactivo Desarrollo de habilidades a través del uso del computador Instrucción programada de lecciones presentadas con preguntas Uso de bibliotecas, hemerotecas y centros de investigación, nacional e internacional Uso de sistemas de información de servicios bibliográficos Reemplazo del pizarrón para la presentación de cuadros, listados, gráficos etc. Estos beneficios constituyen un gran aporte para la instrucción y enseñanza de las ciencias jurídicas y políticas, donde el proceso educativo se convertiría en uno mucho más accesible y participativo. Se conformaría un escenario de aprendizaje creativo y actualizado; y al mismo tiempo el diseño y posterior implementación de una Red de Área Local en el bloque N, permitirá la renovación y expansión del parque de equipos y periféricos de computación.

15 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN El alcance de esta investigación contemplará el diseño de una propuesta de red de área local para el bloque N, donde se elabora un plan para la implantación de la red diseñada y su interconexión a la red Wan de La Universidad del Zulia (LUZ). Este plan comprenderá la identificación del problema; la determinación de requerimientos de los futuros usuarios; el análisis de las necesidades de la red, la preparación y diseño estructural de la propuesta. Que se desarrollará en un lapso comprendido entre el segundo periodo 2007 y primer periodo En los espacios de LUZ, en diferentes bibliotecas de Institutos Universitarios y Universidades de la región zuliana; y en las instalaciones de la Universidad Nacional Abierta del Centro Local Zulia.

16 6 CAPITULO II MARCO TEÓRICO Este capítulo abarca los antecedentes de la investigación, teorías y conceptos que constituyen el marco de referencia del trabajo de investigación ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN Entre los antecedentes referentes al tema consultado en libros, documentos, direcciones electrónicas y otras fuentes que son de interés para esta investigación son las siguientes: Proyecto de cableado estructurado y diseño de red BANCOLOMBIA, Luís Goyes Alvarado/John Alexander Serna. Medellín 2007, Objetivos: 1) Con la elaboración del siguiente proyecto se pretende desarrollar y adquirir conocimientos y destrezas necesarias, que nos permita en un futuro, llevar a feliz término el estudio, diseño e implantación de una red LAN y su respectivo enlace al entorno WAN. 2) Se pretende además de adquirir nuevos conocimientos, desarrollar el espíritu investigativo y de consulta, así como aplicar todo el bagaje técnico que hasta el momento se ha adquirido, el cual es útil para poder realizar un proyecto de forma exitosa. Hallazgos: El desarrollo del anterior proyecto ha permitido adquirir conocimientos de vital importancia, que más tarde serán útiles cuando se requiera, diseñar e implementar una red LAN. En el diseño de una implementación de red, nadie 6

17 7 tiene la última palabra, por tanto es necesario conocer con precisión la reglamentación existente, ceñirse a las normas, recurrir a la experiencia y al buen sentido común. Los costos de equipos y partes, la disponibilidad de instalaciones, la estabilidad futura, el uso que se pretenda dar a la red en cuanto a grado de eficiencia, son factores fundamentales que han de considerarse al momento de diseñar una implementación de red determinada. Al seleccionar el hardware y software, lo ideal es optar por lo mejor y lo que más se acomode a nuestras necesidades. Jamás de debe adquirir elementos de segunda mano ya que pueden salir muy costosos en el futuro inmediato. Fundamental es también que todos los elementos cumplan con normas legales de importación y de licencias para no verse avocado en futuros líos jurídicos que a parte de largos son altamente costosos. Galindo Héctor. (2002) Desarrollo de una plataforma tecnológica en redes de comunicación, para la estación experimental Jaime Henao Jaramillo, su principal objetivo: Desarrollo de una plataforma tecnológica basada en redes de comunicación. Hallazgos: Estructuración detallada del desarrollo del proyecto, el cual ha significado un gran aporte a esta institución como forjadores de conocimiento BASES TEÓRICAS Esta sección comprende un conjunto de conceptos y proposiciones que permiten fundamentar la investigación Redes de Comunicaciones y Redes de Comunicación de Datos Un sistema está constituido por un conjunto de elementos los cuales trabajan entre sí con la finalidad de alcanzar un objetivo en común. Si se parte de esto, es posible afirmar que una red es un sistema.

18 8 Ejemplo II.1 Redes de comunicación Ejemplo II.2 Redes de comunicación de datos En el caso de una red eléctrica de distribución de potencia, todos los elementos interconectados buscan compartir un recurso: la energía eléctrica, para llevarlo desde la fuente hasta la carga. En el caso de una red de vendedores de algún producto, todos sus elementos (los vendedores) se relacionan entre sí con la finalidad de vender su mercancía y, entre ellos, intercambian información sobre técnicas para captar nuevos clientes, etc. Nótese que en los dos ejemplos, los componentes relacionados comparten algún atributo, ello se debe a que una red es un sistema donde sus elementos se encuentran interconectados con la finalidad de compartir algún recurso. Por ende, si el recurso que se va a compartir es información, se estará hablando de una red de comunicaciones. Si la información viene expresada en señales eléctricas variantes en el tiempo, se hará sobre una red de comunicaciones eléctricas. En el caso que la red tenga la capacidad de interconectar ubicaciones distantes, se disertará acerca de una red de telecomunicaciones. Por último, si la red comparte información en formato digital, se estará refiriendo a una red de datos. Las redes de datos pueden ser redes de comunicaciones eléctricas o redes de telecomunicaciones.

19 9 Según Tanenbaum (1997), el propósito de un sistema de comunicación de datos es intercambiar información entre dos agentes. Los sistemas de datos están conformados por tres bloques: Sistema fuente, conformado por el dispositivo de entrada y transmisor. Sistema destino, conformado por el receptor y dispositivo de salida. Medio de telecomunicación. Según INICTEL (2003), se tiene el mensaje de entrada m (agente entrada) en el dispositivo de entrada, el dispositivo de entrada entrega en el transmisor la señal de entrada digital g(t) es variable en el tiempo, ésta para ser transmitida es convertida en una señal analógica s(t), la cual debe estar adaptada a las características del medio de transmisión. En el otro extremo, el receptor recibe señal analógica r(t) la cual podría diferir de la señal s(t) y la convierte en señal g(t) esta es igual a g(t). Finalmente el dispositivo de salida entrega el mensaje m (agente de salida). Modulación de señales digitales INICTEL (2003) continúa diciendo que, por ejemplo, se tendría como agente de entrada a un mensaje "Bienvenido" en un sistema de correo electrónico, se tiene como dispositivo de entrada a un teclado, el cual ingresará y almacenará en una memoria los caracteres enviados como una secuencia de bits (señal digital). Un módem (transmisor)

20 10 Modulación de señales digitales deberá convertir estos bits en señales analógicas para adaptar al medio de transmisión. De igual modo, un módem como receptor recibirá las señales analógicas y las convertirá en un tren de bits, los cuales ingresaran a la memoria de un servidor de correo. De esta manera, el servidor de correo enviará el mensaje al usuario indicado y el mensaje se mostrará en el monitor (dispositivo de salida) Ancho de Banda Analógico vs. Ancho de Banda Digital El ancho de banda originalmente es analógico y se define como el diferencial entre las frecuencias máxima y mínima que se tienen para una transmisión. Si se observa el espectro de frecuencias, se podrá notar que entre la frecuencia mayor y menor de transmisión existen infinitas frecuencias, las cuales al verlas una al lado de otra parece que formaran una faja o banda, la que a su vez tendrá un ancho mayor o menor, dependiendo de que tan separadas estén sus frecuencias laterales superior e inferior. Es de allí de donde proviene el nombre de ancho de banda, como si se refiriera a la anchura de un cinturón construido en base a frecuencias.

21 11 Se sabe que según el tamaño del ancho de banda del canal de transmisión, se podrá transmitir mayor o menor información por unidad de tiempo. Si se intentase pasar por una banda de frecuencias una foto en analógico a mayor ancho de banda, la imagen llegaría más nítida. Esto se debe a que todos los detalles de esta foto, como lo son el brillo, los colores, etc., lo constituyen los armónicos, con una mayor separación entre las bandas laterales superior e inferior, se filtrarán menos armónicos; pero si estas frecuencias laterales se comienzan a cerrar, cada vez la imagen tendrá menos detalles, porque los armónicos se empezarán a filtrar cada vez más. En el mundo digital, para transmitir una imagen con altos detalles, ya no se hablará de pasar gran cantidad de armónicos, sino que se necesitará un mayor número de muestras, lo cual implicará una cantidad de códigos mayor. Entonces, para transmitir señales digitales que implique muchos códigos, se tendrá que tener una capacidad de canal grande expresada en algún múltiplo de los bits por segundo (bps). A mayor magnitud de bps, mayor cantidad de información digital se podrá transmitir por unidad de tiempo. En el trabajo cotidiano se observó que en el analógico, a más ancho de banda, mayor cantidad de información podía pasar por el canal por unidad de tiempo y que algo similar sucedía en el ambiente digital, donde a mayor velocidad de transmisión de bits, se podía llevar de una ubicación a otra una mayor cantidad de información digital. Por tal motivo se decidió adoptar una convención, llamando a los bps "ancho de banda digital", únicamente por una analogía o semejanza con el comportamiento en canales analógicos.

22 Estaciones de trabajo (Workstation) Según CISCO SYSTEMS (2001), es un microprocesador que se encuentra conectada físicamente al servidor por medio de algún tipo de cable. Que en la mayor parte de los casos esta computadora ejecuta su propio sistema operativo y, posteriormente, se añade al ambiente de la red Tipos de redes de comunicación A continuación se presentan los tipos de redes de comunicación que se clasifican utilizando los siguientes criterios: tecnología de transmisión, escala y por servicio de conmutación, según Tanenbaum (1997). Cuadro 1. Tipos de redes de comunicación De acuerdo a: Tipos Tecnología de transmisión Redes broadcast (que significa radiodifusión en inglés) Redes punto a punto Escala Redes de área local (LAN o Local Area Network) Redes de área extensa o amplia (WAN o Wide Area Network) Servicio de conmutación Redes de conmutación de circuitos Redes de conmutación de paquetes

23 Tipos de redes de acuerdo con su tecnología de transmisión. Las redes, de acuerdo a su tecnología de transmisión, se clasifican en broadcast y de punto a punto, las cuales se explican a continuación. A) Redes Broadcast Tanenbaum (1997) dice que en este tipo de redes el medio de transmisión es compartido por todos los computadores interconectados. Normalmente, cada mensaje transmitido es para un único destinatario, cuya dirección aparece en el mensaje, pero para saberlo cada máquina de la red ha de recibir o "escuchar" cada mensaje, analizar la dirección de destino y averiguar si va o no dirigido a ella; las normas establecen que un computador debe descartar, sin más análisis, todo mensaje que no vaya dirigido a él; sin embargo, algunos programas llamados sniffers se dedican a cotillear todo lo que pasa por el cable, independientemente de quién sea su destinatario. La única protección efectiva en las redes broadcast es el encriptado de la información. A veces, en una red broadcast, lo que se quiere es precisamente enviar un mensaje a todas las máquinas conectadas. Esto se llama un envío broadcast. Así mismo, es posible enviar un mensaje dirigido a un subconjunto de todas las máquinas de la red (subconjunto que ha de estar definido previamente); esto se conoce como envío multicast (y el subconjunto se denomina grupo multicast). El caso cuando el mensaje va dirigido a una máquina concreta, se denomina envío unicast.

24 14 Ejemplo II.3 Ejemplo de redes Broadcast: Tanenbaum (1997) señala que, como ejemplos de estas, se pueden citar casi todas las tecnologías de red local Ethernet (en sus diversos tipos). También son redes broadcast las basadas en transmisión vía satélite. En una red broadcast la capacidad o velocidad de transmisión indica la capacidad agregada de todas las máquinas conectadas a la red. Ejemplo II.4 Por ejemplo la velocidad de Transmisión de Broadcast: La red conocida como Ethernet tiene una velocidad de 10 Mbps, lo cual significa que la cantidad máxima de tráfico agregado de todos los equipos conectados no puede superar este valor. B) Redes punto a punto En palabras de Tanenbaum (1997), las redes punto a punto se construyen por medio de conexiones entre pares de computadores, también llamadas líneas, enlaces, circuitos o canales. Una vez que el paquete es depositado en la línea, el destino es conocido de forma unívoca y no es preciso, en principio, que lleve la dirección de destino. Los enlaces que constituyen una red punto a punto pueden ser de tres tipos, de acuerdo con el sentido de la transmisión: 1. Simplex: la transmisión se realiza en un sólo sentido. 2. Semi-duplex o half-duplex: la transmisión se puede realizar en ambos sentidos, pero no simultáneamente.

25 15 3. Duplex o full-duplex: la transmisión puede efectuarse en ambos sentidos a la vez. En los enlaces semi-duplex y duplex, la velocidad de conexión es generalmente la misma en ambos sentidos, por lo que se dice que el enlace es simétrico; en caso contrario se dice que es asimétrico. La gran mayoría de los enlaces en líneas punto a punto son duplex simétricos. Así, cuando se habla de un enlace de 64 Kbps sin especificar más, se quiere decir 64 Kbps en cada sentido, por lo que la capacidad total del enlace es de 128 Kbps. Tanenbaum (1997) igualmente señala que, al unir múltiples máquinas con líneas punto a punto, es posible llegar a formar redes de topologías complejas en donde no sea trivial averiguar cuál es la ruta óptima a seguir para ir de un punto a otro, ya que puede haber múltiples caminos posibles con distinto número de computadores intermedios, con enlaces de diversas velocidades y distintos grados de ocupación. Como contraste, en una red broadcast el camino a seguir de una máquina a otra es único, no existen computadores intermedios y el grado de ocupación es el mismo para todas ellas Tipos de redes según su escala Las redes, según su escala, se clasifican en: Área Local (LAN) y Área Amplia (WAN), las cuales se explican a continuación. A) Redes de Área Local (LAN) Son aquellas donde las PC pueden estar a más de 10 metros de separación; pero sin embargo los hosts se encuentran relativamente

26 16 adyacentes. Según Tanenbaum (1997), las LANs tienen generalmente las siguientes características: 1. Tecnología broadcast: medio compartido. 2. Cableado específico, instalado normalmente a propósito. 3. Velocidad de 1 a 100 Mbps. 4. Extensión máxima de unos 3 Km (FDDI llega a 200 Km) Las LANs más conocidas y extendidas son la Ethernet a 10 Mbps, la IEEE o Token Ring a 4 y 16 Mbps, y la FDDI a 100 Mbps. Estos tres tipos de LAN han permanecido prácticamente sin cambios desde finales de los '80, por lo que a menudo se les denomina en la literatura como "LANs tradicionales" para distinguirlas de otras más modernas aparecidas en los '90, tales como la Fast Ethernet (100 Mbps). Según INICTEL (2003), a menudo las LANs requieren un tipo de cableado específico (de cobre o de fibra); esto no suele ser un problema, ya que al instalarse en una fábrica, campus o similar, se tiene un control completo sobre el entorno y las condiciones de instalación. El alcance limitado de las LANs permite saber el tiempo máximo que un paquete tardará en llegar de un extremo a otro de la red, lo cual permite aplicar diseños que de otro modo no serían posibles y simplifica la gestión de la red. Como consecuencia del alcance limitado y del control en su cableado, las redes locales suelen tener un retardo muy bajo en las transmisiones (decenas de microsegundos) y una tasa de errores muy baja. La topología básica de las redes locales suele ser de bus (Ethernet) o de anillo (Token Ring o FDDI). Sin embargo, pueden hacerse topologías más

27 17 complejas utilizando elementos adicionales, tales como repetidores, puentes y conmutadores, entre otros, tal y como se verá más adelante. B) Redes de Área Amplia (WAN) Según INICTEL (2003), las redes de amplio alcance se utilizan cuando no es factible tender redes locales, bien porque la distancia no lo permite, por el costo de la infraestructura o simplemente porque es preciso atravesar terrenos públicos en los que no es posible tender infraestructura propia. En todos estos casos, lo normal es utilizar para la transmisión de los datos los servicios de una empresa portadora. Las redes WAN se implementan casi siempre haciendo uso de enlaces telefónicos que han sido diseñados principalmente para transmitir la voz humana, ya que este es el principal negocio de las compañías telefónicas. Normalmente, la infraestructura está fuera del control del usuario, y supeditado el servicio disponible a la zona geográfica de que se trate. Conseguir capacidad en redes WAN suele ser costoso, por lo que generalmente se solicita el mínimo imprescindible. Así mismo, INICTEL (2003) afirma que, hasta tiempos recientes, las conexiones WAN se caracterizaban por su lentitud, costo y tasa de errores relativamente elevada. Con la paulatina introducción de fibras ópticas y líneas digitales en las infraestructuras de las compañías portadoras, las líneas WAN han reducido apreciablemente su tasa de errores; también se han mejorado las capacidades y reducido los costos. A pesar del inconveniente que en ocasiones pueda suponer el uso de líneas telefónicas, tienen la gran virtud de llegar prácticamente a todas partes, que no es poco.

28 18 Gráfico 1. Comparación entre LANs y WANs. Fuente: INICTEL (2003) Tipo de redes según el servicio de conmutación Las redes, según el tipo de servicio, se clasifican en: de conmutación de circuitos y de conmutación de paquetes, las cuales se explican a continuación. A) Redes de conmutación de circuitos Según INICTEL (2003), estas son las características de una red de conmutación de circuitos: 1. Establecimiento de circuito temporal, mientras dura una comunicación. 2. Se establece un canal dedicado con un ancho de banda fijo. 3. Los usuarios pagarán sólo el tiempo que dura la comunicación en el uso del ancho de banda fijo.

29 19 4. Principales desventajas: retardo de conexión, ancho de banda fijo (no maneja avalancha de tráfico, requiriendo frecuentes retransmisiones), circuito virtual fijo, sin tener alternativas de caminos (saturación de tráfico). B) Redes de conmutación de paquetes Las características de una red de conmutación de paquetes son: 1. La conmutación por paquetes se divide en datagramas y circuitos virtuales. 2. Los datagramas son paquetes con información de direccionamiento individual. 3. Los circuitos virtuales establecen el camino para la ruta al principio de la sesión y después transmiten los paquetes sin información de direccionamiento de forma secuencial, como en un circuito conmutado. Se les dice circuitos virtuales, porque a pesar de que se comportan como un circuito conmutado, a diferencia de éstos, los circuitos virtuales comparten el medio de transmisión de forma simultánea. Existen dos tipos de circuitos virtuales, los circuitos virtuales permanentes (PVC) y los circuitos virtuales conmutados (SVC). 4. Los circuitos virtuales conmutados inician la sesión antes de transmitir los paquetes y después liberan el canal. 5. Los circuitos virtuales permanentes son iniciados por el administrador de red y se quedan perennemente activos, esperando la transmisión de datos entre ubicaciones, sin necesidad de direccionamiento en los paquetes.

30 20 6. Los datos se transmiten paquete a paquete en un entramado de red o nube. 7. Los datagramas pueden tomar caminos alternativos para llegar a su destino, lo que hace un ancho de banda variable (evita líneas colapsadas o congestionadas) Arquitectura de Redes. Según Tanenbaum (1997), las primeras redes de computadores tuvieron unos inicios muy similares a los primeros computadores: Las redes y los protocolos se diseñaban pensando en el hardware a utilizar en cada momento, sin tener en cuenta la evolución previsible ni, por supuesto, la interconexión y compatibilidad con equipos de otros fabricantes. A medida que la tecnología avanzaba y se mejoraba la red, se vivieron experiencias parecidas a las de los primeros computadores: los programas de comunicaciones, que habían costado enormes esfuerzos de desarrollo, tenían que ser reescritos para utilizarlos con el nuevo hardware y, debido a la poca modularidad, prácticamente nada del código era aprovechable. El problema se resolvió de forma análoga a lo que se había hecho con los computadores. Cada fabricante elaboró su propia arquitectura de red, que permitía independizar las funciones y el software del hardware concreto utilizado. De esta forma, cuando se quería cambiar algún componente, sólo la función o el módulo afectado tenía que ser sustituido. La primera arquitectura de redes fue anunciada por IBM en 1974, justo diez años después de anunciar la arquitectura S/360, y se denominó SNA (Systems Network Architecture).

31 21 Tanenbaum (1997) comenta que la arquitectura SNA se basa en la definición de siete niveles o capas, cada una de las cuales ofrece una serie de servicios a la siguiente, la cual se apoya en ésta para efectuar los suyos, y así sucesivamente. Cada capa puede realizarse en hardware, software o una combinación de ambos. El módulo (hardware y/o software) que implementa una capa en un determinado elemento de la red debe poder sustituirse sin afectar al resto de la misma, siempre y cuando el protocolo utilizado se mantenga inalterado. Dicho en otras palabras, SNA es una arquitectura altamente modular y estructurada. No se entrará en más detalles sobre la arquitectura SNA, pero sí se recalcará que el modelo de capas que utiliza ha sido la base de todas las arquitecturas de redes actualmente en uso, incluidas las basadas en el modelo OSI (Open Systems Interconnection) y el TCP/IP (Transmisión Control Protocol/Internet Protocol) que se verá en detalle más adelante. Las ideas básicas del modelo de capas son las siguientes: 1. La capa n ofrece una serie de servicios a la capa n La capa n sólo "ve" los servicios que le ofrece la capa n-1. La capa n en un determinado sistema sólo se comunica con su homóloga en el sistema remoto (comunicación de igual a igual o peer-to-peer). Esa "conversación" se efectúa de acuerdo con una serie de reglas conocidas como protocolo de la capa n. La comunicación entre dos capas adyacentes en un mismo sistema se realiza de acuerdo con una interfaz. La interfaz es una forma concreta de implementar un servicio y no forma parte de la arquitectura de la red.

32 22 En palabras de Tanenbaum (1997), la arquitectura de una red queda perfectamente especificada cuando se describen las capas que la componen, su funcionalidad, los servicios que implementan y los protocolos que utilizan para hablar con sus "iguales". El conjunto de protocolos que utiliza una determinada arquitectura en todas sus capas se denomina pila de protocolos (protocol stack, en inglés). Es frecuente oír hablar de la pila de protocolos OSI, SNA, TCP/IP o DECNET. Para comprender mejor cómo funciona el modelo de arquitectura de redes basado en capas, Tanenbaum (1997) propone una analogía: Ejemplo II.5 Modelo de arquitectura de redes basado en capas Tanenbaum Suponga que un ejecutivo de la empresa "A" desea enviar de forma urgente un importante informe a un colega suyo en la empresa "B". Para esto, hablará con aquél, notificándole el envío y a continuación pasará el informe a su secretaria con las instrucciones correspondientes. La secretaria de "A" llamará a la secretaria de "B" para averiguar la dirección exacta, pondrá el informe en un sobre y contactará a un servicio de mensajería, que enviará a un motorista para que recoja el paquete y lo lleve al aeropuerto. Cuando el paquete llega al

33 23 Ejemplo II.5 Modelo de arquitectura de redes basado en capas Tanenbaum aeropuerto, es recogido allí por otro motorista que lo lleva a la oficina de la empresa "B" y lo entrega a la secretaria respectiva; ésta se ocupará de los trámites administrativos (pagar al mensajero, abrir el paquete, comprobar su contenido, acusar recibo a la secretaria de "A", etc.) y lo pasará después a su jefe, el cual una vez estudiado el informe, llamará al ejecutivo de "A". Observe que en el proceso anterior existen niveles claramente diferenciados: los ejecutivos, las secretarias, los motoristas y, por último, la empresa de líneas aéreas que se ocupa del transporte físico de la mercancía. En todos los niveles (menos, probablemente, en el más bajo) hay dos entidades: la transmisora (A) y la receptora (B). Si todo ocurre según lo previsto, cada entidad sólo hablará con su correspondiente en el otro lado y con sus entidades vecinas, es decir, el jefe de "A" sólo habla con el jefe de "B" y con su secretaria, la secretaria habla con su jefe, con el motorista y con la otra secretaria para confirmar el envío, etc. En ningún caso se contempla que la secretaria de "A" hable con el ejecutivo de "B".

34 24 Ejemplo II.6 Modelo de Capa I Si, por enfermedad, la secretaria de "A" es sustituida por otra persona, los procedimientos seguirán funcionando, siempre y cuando la secretaria suplente desarrolle la misma función. Las variaciones de carácter interno sólo han de ser conocidas por las entidades contiguas. Modelo de Capas II El motorista de "B" podría ser reemplazado por una furgoneta de reparto, y este hecho sólo ha de ser conocido por la secretaria de "B" y por la persona que entrega los paquetes en el aeropuerto. Esto es lo que denominamos una interfaz. Observe que el modelo de capas simplifica considerablemente la tarea de cada una de las entidades, que sólo tiene que preocuparse de una pequeña parte de todo el mecanismo. En esencia, se trata de aplicar a la resolución de problemas la vieja fórmula de "divide y vencerás". Cuando un sistema desea enviar un mensaje a un sistema remoto, normalmente la información se genera en el nivel más alto; conforme va descendiendo se producen diversas transformaciones. La adición de cabeceras, de colas, de información de control, la fragmentación en paquetes más pequeños si es muy grande (o más raramente la fusión con otros si es demasiado pequeño) u otras operaciones, se invierten en el sistema remoto en las capas correspondientes, llegando en

35 25 cada caso a la capa correspondiente en el destino, un mensaje igual al original Aspectos de las topologías de Red Una topología de red es una representación pictórica de una capa de red. Los tipos de topología de red tienen dos aspectos: Topologías Físicas. Topologías Lógicas Topologías Físicas de Red Según INICTEL (2003), una topología física de red define cómo los dispositivos que están conectados. Para comprender esto, se necesitarán los siguientes conceptos: a. Especificaciones de hardware para las topologías de red. b. Topología física bus. c. Topología física estrella. d. Topología física anillo. a) Especificaciones de Hardware para las topologías de red: Los cables, servidores y estaciones son parte de la topología física de una red. Además se necesitará conocer acerca de otros dos componentes usados en una red: hubs y repetidores. - Hubs: Un hub es un simple dispositivo que puede ser usado para conectar múltiples dispositivos a una red, por ejemplo, estaciones de

36 26 trabajo e impresoras. El hub provee un punto común de conexión física para los dispositivos de red. Gráfico 2: Hub. Fuente: SIN FUENTE - Repetidores: Los repetidores incrementan las distancias sobre las cuales las señales de red pueden viajar. Como una señal viaja a través del cable, ésta se debilita dada la resistencia del mismo. Cuando un repetidor recibe una señal débil, éste retransmite a su destino pero manteniendo la señal intacta, esto quiere decir que el repetidor amplifica la señal. La mayoría de los hubs tienen un repetidor incluido en el propio dispositivo. b) Topología bus: El término bus es bastante usado en electrónica y tiene que ver con el transporte (bussing) de señales desde un punto a otro. Una topología física de red en bus es una simple topología que usa un cable largo llamado backbone. Los cables cortos, llamados drop, pueden ser conectados al backbone usando conectores tipo "T".

37 27 El cable backbone necesita en los extremos unos elementos que le indiquen el inicio y el fin de la red, así como también evitar que la señal siga buscando otro dispositivo. Este dispositivo se llama terminador y está conectado a un punto de tierra. En la topología bus se permite que la señal electromagnética viaje en diferentes direcciones. c) Topología Anillo: Una topología anillo es igual a un círculo (un enlace cerrado entre puntos). Cada dispositivo se conecta al anillo a través de un dispositivo similar a un hub que también provee un cable de conexión especial. d) Topología Estrella: La topología estrella usa un dispositivo central con cables extendiéndose en todas direcciones. Cada dispositivo es conectado al hub a través de una conexión punto a punto. Gráfico 3: Topología estrella. Fuente: INICTEL (2003)

38 28 En la topología estrella, las señales eléctricas y electromagnéticas viajan desde el dispositivo conectado por cable hasta el hub. Desde ahí la señal es enviada a los otros dispositivos de red Topologías Lógicas de Red Después de planear el esquema físico de la red, se debe considerar el esquema lógico. Según INICTEL (2003), hay dos topologías lógicas muy comunes: Bus Anillo Las diferentes formas de cómo el tráfico puede fluir en un sistemas de calles, es un ejemplo de topología lógica. Esta es, en esencia, una estrategia para direccional el flujo de la señal. Esta metáfora del tráfico es una manera muy válida para entender una topología lógica. Como se puede ver, los términos tráfico de red y colisiones son comúnmente usados en la terminología de red. Las topologías lógicas son una parte fundamental de una red, porque las señales eléctricas deben mantenerse separadas y diferenciadas de las otras, para evitar choques y distorsiones. Los dispositivos que envían la señal también deben mantener un orden. Estos deben "hablar" para tomar turnos, o "mirar" el tráfico de la red antes de enviar sus mensajes. a) Topología lógica bus: En una topología lógica bus, los dispositivos generan señales y las envían a través de la red, independientemente de la

39 29 ubicación del receptor. Una topología lógica bus puede sólo ser usada con las topologías físicas bus y estrella. Gráfico 4: Topología bus. Fuente: INICTEL (2003) El mensaje enviado a todos los dispositivos, en una topología lógica bus, contiene información que dice cuál dispositivo debe de recibir el mensaje. El dispositivo que supuestamente recibió el mensaje, lo recibirá. Otros lo ignorarán. Una topología bus es recomendable porque los dispositivos de red no están enterados de las ubicaciones físicas de los otros dispositivos. No se puede dar a un dispositivo instrucciones para enviar mensajes directamente a otro dispositivo. Un dispositivo no puede conocer que otro está localizado a tres nodos al sur sobre el lado derecho. Por tanto, un dispositivo debe enviar el mensaje en todas las direcciones. Entonces, cada dispositivo determina si el mensaje fue precisamente para él mismo. b) Topología lógica anillo: En una topología lógica anillo, la señal es generada y viaja a través de una ruta ya especificada en una simple dirección

40 30 Gráfico 5: Red Token Ring. Fuente: INICTEL (2003) La topología lógica anillo puede ser usada con la topología física anillo y con la topología física estrella. La diferencia entre el anillo lógico y el bus lógico está en que la señal enviada en una lógica bus va en todas direcciones. Las señales enviadas en un anillo lógico pueden ir sólo en una dirección. Una topología física estrella puede manipular una topología lógica anillo, porque las señales entran en el hub y son enviadas de regreso a los dispositivos de red en un orden predeterminado. La topología física puede ser usada con cualquiera de las dos topologías. La estrella física es también relativamente fácil de instalar y fácil de reconfigurar, además de ser muy común.

41 Dispositivos de Redes de Área Local Entre los dispositivos de Redes de Área Local (LAN) se pueden nombrar: dispositivos LAN genéricos, tarjetas de red (NIC), repetidores, concentradores (hubs), puentes (bridges), conmutadores (switches), enrutadores (routers) y la nube, los cuales se explican a continuación: Dispositivos LAN genéricos. En palabras de CISCO SYSTEMS (2001), los dispositivos que se conectan de forma directa a un segmento de red se denominan hosts. Estos hosts incluyen computadores, tanto clientes como servidores, impresoras, escáners y varios otros dispositivos de usuario. Estos dispositivos suministran a los usuarios conexión a la red, por medio de la cual los usuarios comparten, crean y obtienen información. Los dispositivos host pueden existir sin una red, pero sin la red las capacidades de los hosts se ven sumamente limitadas. Los dispositivos host no forman parte de ninguna capa. Tienen una conexión física con los medios de red, ya que poseen una tarjeta de interfaz de red (NIC) y las otras capas OSI se ejecutan en el software ubicado dentro del host. Esto significa que operan en todas las 7 capas del modelo OSI. Ejecutan todo el proceso de encapsulamiento y desencapsulamiento para realizar la tarea de enviar mensajes de correo electrónico, imprimir informes, escanear gráficos o acceder a las bases de datos. La función básica de los computadores de una LAN es suministrar al usuario un conjunto de aplicaciones prácticamente ilimitado. El software moderno, la microelectrónica y relativamente poco dinero, le permiten ejecutar programas de procesamiento de texto, presentaciones, hojas de

42 32 cálculo y bases de datos. También le permiten ejecutar un navegador de Web, que le proporciona acceso instantáneo a la información a través de la World Wide Web (WWW). De este modo puede enviar correos electrónicos, editar gráficos, guardar información en bases de datos, jugar y comunicarse con otros computadores ubicados en cualquier lugar del mundo La tarjeta de red (NIC) Según CISCO SYSTEMS (2001), una tarjeta de interfaz de red (NIC) se conecta a una tarjeta madre y suministra los puertos para la conexión. Esta tarjeta puede estar diseñada como una tarjeta Ethernet, una tarjeta Token Ring o una tarjeta FDDI. Las tarjetas de red se comunican con la red a través de conexiones seriales y con el computador a través de conexiones en paralelo. Son las conexiones físicas entre las estaciones de trabajo y la red. Las tarjetas de red requieren una IRQ, una dirección E/S y direcciones de memoria superior para DOS y Windows 95/98. Al seleccionar una tarjeta de red, deben tenerse en cuenta los siguientes factores: 1. El tipo de red (por ejemplo, Ethernet, Token Ring, FDDI u otro) 2. El tipo de medios (por ejemplo, cable de par trenzado, cable coaxial o fibra óptica) 3. El tipo de bus del sistema (por ejemplo, PCI e ISA) Las NIC ejecutan funciones importantes de la capa de enlace de datos (Capa 2) como, por ejemplo, las siguientes: 1. Control de enlace lógico: Se comunica con las capas superiores del computador.