Redes de comunicaciones Contenido. Redes e interredes Redes locales Redes de área extensa Casos prácticos

Transcripción

1 Redes de comunicaciones Contenido Redes e interredes Redes locales Redes de área extensa Casos prácticos

2 Redes locales Definición Una Red Local es una RED LOCAL RED: Red de computadores LOCAL: Computadores próximos físicamente LAN: Local Area Network

3 Redes locales Características Distancias cortas (0 1 a 25 km) Alta velocidad (1 a 100 Mbps) Baja tasa de errores (10-8 a ) Red privada (no pública)

4 Redes locales Criterios de clasificación Topología Medio físico Tecnología de transmisión Protocolo de acceso al medio

5 Topologías

6 Topologías Estrella Anillo Bus Árbol

7 CABLEADO EN ESTRELLA BUS Concentrador de cableado Bus cableado en estrella Concentrador de cableado Anillo cableado en estrella

8 CABLEADO EN ESTRELLA VENTAJAS Facilidad de precableado de edificios en construcción Facilidad de instalación en edificios construidos Facilidad de expansión Facilidad de mantenimiento INCONVENIENTES Mayor longitud de cables (mayor coste) Mayor congestión de cables

9 Medios físicos Guiados Par trenzado Cable coaxial Fibra óptica No Guiados Radio Microondas Satélite

10 PAR TRENZADO Descripción física - Par de cables aislados y trenzados (arrollados en espiral) - Cables de cobre o de cobre y acero (para mayor rigidez mecánica) - Frecuentemente agrupados en cables multipares ( de 4 a 3000 pares) Características típicas de transmisión - Repetidores cada 2 a 10 Km. - Ancho de banda: Mhz. - Velocidad de transmisión: Mbps

11 PAR TRENZADO Conectividad - Punto a punto (mas usual) - Multipunto (pocas estaciones) Inmunidad al ruido - Sensible al ruido electromagnético - Presenta problemas de diafonía - Se puede proteger usando una malla externa - El trenzado reduce la interferencia de baja frecuencia Coste - Es el medio mas barato en coste por metro

12 PAR TRENZADO Uso de pantallas Sin apantallar (UTP: Unshielded Twisted Pair). Más fácil de instalar y mantener. Apantallado (STP: Shielded Twisted Pair). Mejores características eléctricas: mayor velocidad. Tipo de cables UTP UTP-3 UTP-5 Uso Paso de trenza Velocidad máxima Telefonía convencional 7-10 cm cm. Cableado de edificios (alta calidad) 16 Mbps. 100 Mbps.

13 CABLE COAXIAL Descripción física - Conductor interior rodeado coaxialmente, pero aislado, por otro conductor exterior. El conjunto se aísla del entorno mediante un dieléctrico Características típicas de transmisión - Repetidores cada 1 a 10 Kmts. - Ancho de banda: MHz. - Velocidad de transmisión: 500 Mbps.

14 CABLE COAXIAL - Conectividad - Punto a punto y multipunto - Numero de repetidores para: Coaxial de 50 ohm. en banda base: cientos Coaxial de 75 ohm. en banda base: decenas Coaxial de 75 ohm. en banda ancha: Miles - Inmunidad al ruido Mejor que la del par trenzado para altas frecuencias - Coste Intermedio entre el par trenzado y la fibra óptica

15 FIBRA ÓPTICA Descripción física - Núcleo (fibra muy fina de vidrio o plástico) capaz de conducir la luz - Revestimiento (vidrio o plástico de propiedades ópticas diferentes a las del núcleo) - Cubierta (funda protectora de plástico)

16 FIBRA ÓPTICA Características de la transmisión - Transmisión de un rayo de luz portador de una señal por medio de la reflexión interna en la fibra - La transmisión de luz se realiza mediante un diodo emisor de luz normal (LED) o de un diodo emisor de luz láser. La longitud de onda de la luz emitida influye en las características de la transmisión El LED es mas barato y menos potente El láser es mas potente y mas caro. El láser no debe mirarse directamente - La recepción de la luz y su conversión a energía eléctrica se realiza mediante dispositivos fotoeléctricos tales como el fotodiodo u otros.

17 - Multimodo FIBRA ÓPTICA Tipos de fibra De salto de índice (índice de refracción) De índice gradual - Monomodo Núcleo muy delgado Multimodo Salto de índice Multimodo Indice gradual

18 FIBRA ÓPTICA Fibra multimodo de salto de índice Fibra multimodo de índice gradual Fibra monomodo

19 FIBRA ÓPTICA Multimodo salto de índice Multimodo índice gradual Monomodo Fuente de luz LED o láser LED o láser Láser Ancho de banda 200 MHz/km 3 GHz/km 50 GHz/km Conexiones Difíciles Difíciles Difíciles Aplicaciones típicas Enlace de computadores Líneas telef. media dist. Líneas telf. gran distancia Coste Moderado Alto Muy alto Diámetro del núcleo (micras) 50 a a a 8 Diámetro del revestimiento 125 a a a 60 Atenuación (db/km) a a 2

20 FIBRA ÓPTICA Otras características de transmisión (valores típicos) - Repetidores cada 10 a 100 Km. - Ancho de banda: 2 GHz. - Velocidad de transmisión máxima: 2 Gbps Inmunidad al ruido - La transmisión no resulta afectada por interferencias electromagnéticas Coste - Mayor que el del par trenzado y el coaxial en pts/mt - Menor que el del par trenzado y el coaxial en pts/bps

21 CRITERIOS DE ELECCIÓN DEL MEDIO Topología Capacidad de transmisión (bps) Fiabilidad Tipos de información que puede transmitir (datos, voz, TV) Condiciones del entorno (ruido, humedad,...) Coste

22 RESUMEN DEL PAR TRENZADO Barato y fácil de manejar De menor ancho de banda y velocidad que el coaxial Apropiado para redes locales en un solo edificio con trafico moderado de información. Ejemplo típico: Oficinas con terminales, PC's y estaciones de trabajo inteligentes, con unos pocos minicomputadores departamentales

23 RESUMEN DEL COAXIAL Más caro que el par trenzado pero de mayor capacidad Más difícil manejo que el par (rigidez, peso, conexiones) El más apropiado para la mayoría de las redes locales, excepto aquellas en la que abunden terminales no inteligentes, o en las que el tráfico sea intensísimo Ejemplo típico: Entidades con elevado numero de minis o mainframes, periféricos comunes de alta velocidad (discos, cintas,...), etc.

24 RESUMEN DE LA FIBRA ÓPTICA La más cara pero de grandes prestaciones Principalmente útil en conexiones punto a punto Especialmente apropiada para redes en anillo Manipulación muy especializada (derivaciones, conexiones) Perdidas de potencias en conexiones Apropiada para ser usada como medio de interconexión de gran velocidad de redes de menores prestaciones.

25 Relaciones topología-medio Medio Topología Bus Árbol Anillo Estrella Par trenzado Coaxial Banda Base Coaxial Banda Ancha Fibra óptica

26 TECNOLOGÍAS DE TRANSMISIÓN Banda base Señales digitales Uso total del ancho de banda Bidireccional Topología en bus Distancia: pocos kilómetros Banda ancha Señales analógicas (modem) Posibilidad de multiplexar en frecuencia datos, voz, vídeo. Unidireccional Topología en bus o árbol Distancia: decenas de km.

27 TECNOLOGÍAS DE TRANSMISIÓN Transmite en ambas direcciones Banda base Convertidor de frecuencia (headend) Recibe en f2 Transmite en f1 Banda ancha con division de frecuencia Recibe en f1 Convertidor de frecuencia pasivo Transmite en f1 Banda ancha con doble cable

28 MODELO OSI PARA REDES LOCALES Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Físico LLC MAC Físico

29 ENLACE DE DATOS EN REDES LOCALES Subnivel LLC Función: Transformar un canal real en uno virtual libre de errores Detección/corrección errores Sincronismo de trama Control de flujo Gestión del trafico en línea Virtualización canal contra: Subnivel MAC Función: Control de acceso al medio físico Gestión del acceso a un medio compartido - Multifuente - Multidestino - Alteración de tramas - Perdida de tramas - Duplicación de tramas

30 TÉCNICAS DE MAC CONTIENDA Existe lucha entre los nodos por conseguir el medio SELECCION Se le concede acceso al medio a cada nodo según diversas técnicas RESERVA Cada nodo tiene reservado un "trozo" del medio físico

31 TECNICAS DE CONTIENDA ALOHA Testeo de portadora (CSMA) - No persistente (CSMA-NP) - 1 persistente (CSMA-1P) - p persistente (CSMA-pP) Testeo de portadora con detección de colisiones (CSMA/CD) - No persistente (CSMA/CD-NP) - 1 persistente (CSMA/CD-1P) - p persistente (CSMA/CD-p) CSMA: Carrier Sense Multiple Access CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

32 ALOHA ALOHA Un nodo transmite siempre que quiere Puede haber colisiones Si hay colisiones - Los nodos emisores se dan cuenta - Esperan un tiempo aleatorio - Vuelven a transmitir ALOHA TROCEADO (SLOTTED ALOHA) Existe una señal periodica de sincronismo Solo se puede transmitir una trama al llegar dicha señal El resto de cuestiones igual que ALOHA

33 CSMA El CSMA añade al ALOHA que: Antes de transmitir se comprueba si el canal esta libre o no. El CSMA/CD añade al CSMA que: En el momento que se detecta una colisión se para la transmisión

34 TECNICAS DE SELECCIÓN Un nodo accede al medio cuando es seleccionado para ello No existen colisiones La técnica mas usual es el sondeo (polling): - Lista Un nodo central va "pasando lista" y concediendo permiso a los demás nodos - Hub-polling Un nodo inicial (el central) le da permiso al siguiente, y este al siguiente y asi sucesivamente - Paso de testigo (token-passing) En bus: token bus En anillo: token ring

35 En bus (token bus) TECNICAS DE SELECCIÓN Paso de testigo Es un "hub-polling" descentralizado En anillo (token ring) - No existen mensajes explicitos de un nodo a otro para concesion de permiso - Un testigo (token: patron de bits) pasa de un nodo a otro - Si al recibir el testigo un nodo tiene algo que transmitir Primero envia el mensaje Despues envia el testigo

36 TOKEN BUS A C R=C T=D R=B T=A B D R=D T=C R=A T=B

37 TOKEN RING 1) B 2) B A Token libre C A C Datos D D 3) B 1) El transmisor (A) busca un token libre Lo cambia por un token ocupado y le añade los datos 2) El receptor (C) copia los datos A Token libre Datos C 3) El transmisor genera un token libre después de recibir la cabecera de su anterior mensaje D

38 PROBLEMAS DEL PASO DE TESTIGO El protocolo de paso de testigo debe resolver: La inicialización del anillo lógico La inclusión de un nuevo nodo La desconexión del nodo actual Los errores lógicos - En bus: Direcciones duplicadas (dos nodos creen que es su turno) Anillo lógico roto (ningún nodo cree que es su turno) - En anillo: Perdida del testigo Trama no retirada

39 CSMA/CD vs. TOKEN BUS Ventajas CSMA/CD Inconvenientes Algoritmo simple Uso muy extendido Buenas prestaciones con trafico bajo y moderado Acceso al medio equitativo TOKEN BUS Requiere detección colisiones Tamaño de paquete mínimo Malas prestaciones con trafico elevado Retardos no deterministas Excelente prestaciones incluso con trafico elevado Acceso al medio regulable Retardos deterministas Algoritmo complejo Tecnología emergente

40 BUS EN BANDA BASE Componentes de una red local en bus en banda base Controlador Cable del transceptor Transceptor Cable de 50 ohmios (coaxial) Terminadores de 50 ohmios Repetidores

41 BUS EN BANDA BASE Especificaciones redes IEEE Parámetro Velocidad Long. segmento (max) Alcance de la red Nodos por segmento Dist. nodos (min) Diámetro del cable 10Base-5 10 Mbps 500 m 2500 m m 0.4 in 10Base-2 10 Mbps 185 m 1000 m m 0.25 in

42 BUS EN BANDA BASE Arquitectura Ethernet e implementación típica Niveles sup. Enlace datos Nivel físico Coaxial Interfaz estación Encaps. datos Gestión línea Codifica y decodifica Transmite y recibe Controlador Transceptor Cable transceptor Al bus de E/S

43 BUS EN BANDA BASE Configuración típica Repetidor Transceptor Controlador Terminador

44 Estrella con pares trenzados IEEE 10Base-T HUB

45 Estrella con pares trenzados IEEE 10Base-T HHUB IHUB IHUB

46 Estrella con pares trenzados IEEE 10Base-T

47 Estrella con pares trenzados IEEE 100Base-T 100Base-T 100Base-X 100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX 4 UTP clase 3 o 5 2 UTP clase 5 2 STP 2 fibras ópticas

48 Estrella conmutada Conmutador (Switch) Conmutador HHUB IHUB IHUB

49 Estrella conmutada LAN ATM Conmutador ATM 155 Mbps

50 Estrella conmutada LAN ATM Conmutador ATM 155 Mbps Conmutador de acceso Conmutador de acceso HHUB IHUB IHUB

51 Estrella conmutada LAN ATM 622 Mbps Conmutador ATM 622 Mbps Conmutador ATM 155 Mbps Conmutador ATM 155 Mbps Conmutador de acceso Conmutador Conmutador de acceso de acceso Conmutador Conmutador de acceso de acceso

52 BUS EN BANDA ANCHA Componentes de una red local en bus en banda ancha: Controlador (incluye modem) Cable del acoplador Acoplador Cable de 75 ohmios (coaxial) Terminadores de 75 ohmios Amplificador de señal Splitter

53 BUS EN BANDA ANCHA Ida Vuelta Cable Acoplador Cable Estacion Ida Vuelta Cable Cable Splitter Cable

54 BUS EN BANDA ANCHA División de frecuencias Formato Banda de ida Banda de vuelta Ancho de banda Subdivisión 5 a 30 MHz 54 a 400 MHz 25 MHz Medio-división 5 a 116 MHz 168 a 400 MHz 111 MHz Alta división 5 a 174 MHz 232 a 400 MHz 169 MHz Cable dual 40 a 400 MHz 40 a 400 MHz 360 MHz

55 BUS EN BANDA ANCHA Distribución típica del espectro MHz canales 64 Kbps Canales de TV circuitos cerrados TV 10 canales T1 Canales de TV canales 5 Mbps

56 BUS EN BANDA ANCHA Tipos de acceso al canal DEDICADO Modem Modem Modem Modem F0 F1 F0 F1... CONMUTADO Modem Modem Modem Modem F0 F0...FN F0...FN F0...FN... MÚLTIPLE Modem Modem Modem Modem F0 F0 F0 F0...

57 BANDA BASE versus BANDA ANCHA Ventajas Banda base Desventajas Mas barato (no usa modem) Tecnología más simple Fácil de instalar Un solo canal Capacidad limitada Distancia limitada Banda ancha Alta capacidad Tipo de trafico múltiple Configuraciones mas flexibles Mayor área de cobertura Tecnología CATV muy madura Coste del modem Complejidad de instalación Complejidad de mantenimiento Retardo de propagación doble

58 REDES EN ANILLO El anillo consiste en un cierto numero de repetidores, cada uno de los cuales esta conectado a otros dos por enlaces unidireccionales, formando en conjunto un bucle cerrado Los datos son enviados bit a bit alrededor del anillo, de un repetidor al siguiente Cada repetidor recibe, regenera y retransmite cada bit Las redes en anillo trabajan normalmente en banda base Estación Repetidor

59 ESTADO DE ESCUCHA Mira el mensaje Lo retransmite Lo pasa a la estación REDES EN ANILLO Estados del repetidor A la estación De la estación Retardo de 1 bit ESTADO DE TRANSMISIÓN Envía mensaje Recibe mensaje - El mismo que envía (reconocimiento automático) - De otras estaciones (lo almacena y retransmite) ESTADO DE BYPASS Aisla fallos Desconecta estaciones no activas Se realiza mediante relés A la estación A la estación De la estación De la estación

60 REDES EN ANILLO Ventajas e inconvenientes VENTAJAS Enlaces punto a punto - Mayor distancia entre nodos - Posibilidad de usar fibra óptica - Facilidad de diseño y mantenimiento Facilidad de aislar y solucionar averías Fácil detección de estaciones con dirección duplicada Mayores prestaciones con trafico elevado: no colisiones INCONVENIENTES Vulnerabilidad de los cables Vulnerabilidad ante fallos en el repetidor Difícil localización de averías Difícil instalación/ampliación Alteración del sincronismo de los datos Limitaciones de tamaño por fiabilidad y alteración del sincronismo (varios cientos de estaciones) Difícil inicialización y tratamiento de errores

61 REDES EN ANILLO Anillo con cableado en estrella Estación Repetidor

62 REDES EN ANILLO El concentrador de cableado soluciona o alivia algunos de los inconvenientes de las redes en anillo Vulnerabilidad de los cables (ALIVIADO) Vulnerabilidad ante fallos en el repetidor (ALIVIADO) Difícil localización de averías (SOLUCIONADO) Difícil instalación/ampliación (SOLUCIONADO) Alteración del sincronismo de los datos Limitaciones de tamaño por fiabilidad y alteración del sincronismo (varios cientos de estaciones) Difícil inicialización y tratamiento de errores Los inconvenientes que añade esta solución son: Fiabilidad dependiente del concentrador Mayor longitud de cables

63 REDES EN ANILLO Uso de varios concentradores Mejora la fiabilidad Disminuye la longitud de los cables

64 REDES EN ANILLO Uso de varias redes unidas por un puente Puente

65 REDES EN ANILLO Ventajas e inconvenientes del uso de puentes VENTAJAS Incrementa el numero de estaciones Mejora las prestaciones (divide el trafico) Mejora la fiabilidad INCONVENIENTES No existe reconocimiento automático de mensajes Posible despilfarro si existe mucho trafico entre los anillos conectados al puente

66 REDES EN ANILLO Redes en anillo con varios puentes Puente 1 Puente 2 Puente 3

67 REDES CON FIBRA ÓPTICA VENTAJAS Mayor ancho de banda/velocidad Tamaño reducido Peso ligero Menor atenuación Inmunidad electromagnética Menor numero de repetidores INCONVENIENTES Mayor coste (en fibra y en equipos) Mayor dificultad de instalación y manipulación (derivaciones, conexiones,...)

68 REDES CON FIBRA ÓPTICA Estrella pasiva Varias fibras fundidas juntas División equitativa de la potencia de entrada entre cada una de las salidas Numero limitado de estaciones/fibras de salida (pocas decenas) Estación Estación... Estación... Estrella pasiva...

69 REDES CON FIBRA ÓPTICA Estrella activa (FIBERNET II) Estación X R Estación Estación Tx Tx Rx opt Rx opt Tx Rx opt Estrella activa Rx LED Estación Estación Rx Rx LED LED Estación FIBERNET II: 10 Mbps S/NET: 20 Mbps Detector colisiones ESTRELLA ACTIVA

70 REDES CON FIBRA ÓPTICA FDDI y FDDI-II FDDI: Fiber Distributed Data Interface Norma ANSI X3T9.5 Velocidad: 100 Mbps Distancia: 200 Km Numero de estaciones: 1000 Emisión por LED (seguridad física) Topología: doble anillo (con o sin cableado en estrella)

71 REDES CON FIBRA ÓPTICA Configuración típica con FDDI Anillo FDDI

72 REDES CON FIBRA ÓPTICA Conexiones en bus Fibra óptica Detector óptico Decodif. Codif. Fuente de luz Fibra óptica Nodo CONEXION ACTIVA Fibra óptica O/E Receptor E/O Transmisor CONEXIÓN PASIVA Nodo

73 Doble fibra REDES CON FIBRA ÓPTICA Configuraciones en bus Conector activo Conector activo Conector activo Nodo Nodo Nodo BUS ACTIVO Doble fibra Conector pasivo Conector pasivo Conector pasivo BUS PASIVO LINEAL Nodo Nodo Nodo Fibra única Conector pasivo Conector pasivo Conector pasivo Nodo Nodo Nodo BUS PASIVO EN BUCLE

74 NORMATIVA IEEE 802 (ISO 8802) Aplicación Presentación Sesión Transporte LLC Red Enlace Físico MAC Físico CSMA/ CD TOKEN TOKEN BUS BUS RING

75 La red de la Universidad CA Rectorado CA Com. ATM CA 155 Mbps 155 Mbps Reina Mercedes 1 Com. ATM Com. ATM Reina Mercedes 2 CA CA CA CA CA CA INF1 INF2

76 La red de la Facultad R Red ATM R Reina Mercedes 1 INF1 Com. ATM CA H H H H 155 Mbps 10/100 base T LANE Secretaría LANE Biblioteca LANE Profesores LANE Alumnos H H H H Com. ATM CA Reina Mercedes 2 INF2

77 Com. ATM La red de alumnos S S S S Com. ATM CA H H CA S Cortafuegos Red de prácticas 10/100 base T

78 La red en cifras Usuarios 3000 alumnos,120 profesores,30 administr. Máquinas Total servidor general (RISC-6000) 4 servidores específicos en WS 5 servidores específicos en PC