Los sistemas de telecomunicaciones

Transcripción

1 Técnicas Informáticas Curso Grado en Gestión y Administración Pública TEMA 5 COMUNICACIONES Y REDES UNIVERSIDAD DE ALICANTE Tema 5 CONTENIDO y y y y y y Introducción Transmisión de datos Medios de transmisión Internet Direcciones IP TEMA 5 2 página 1 de 17

2 TEMA 5 página 2 de 17 Tema 5 OBJETIVOS Y BIBLIOGRAFÍA Objetivos Proporcionar conceptos básicos relacionados con la transmisión de datos y las redes de datos. Presentar el potencial de Internet como recurso clave en la SI. Bibliografía García, Fernando; Chamorro, Félix; Molina, José M.; Informática de Gestión y Sistemas de Información. McGraw Hill. Madrid, España Prieto, Alberto; Lloris, Antonio; Torres, Juan C.; Introducción a la Informática (4ª edición). McGraw Hill. Madrid, España Ribagorda, A.; García A.; García F.; Ramos, B.; Informática para la empresa y técnicas de programación. Editorial Centro de Estudios Ramón Areces. Madrid, España Introducción PLANTEAMIENTO HISTÓRICO La necesidad de comunicación es innata al hombre El habla Sistemas de comunicación para distancias más largas La escritura: de las tablas de arcilla a la imprenta Los sistemas de telecomunicaciones Telégrafo (Samuel Finley Breese Morse en 1844) Teléfono (Alexander Graham Bell, 1876 y Elisha Gray). Teletipo La electrónica: transmisión de imágenes y digitalización Transmisión binaria de los datos Potencia de procesamiento informático Avances tecnológicos en transmisión de datos 4

3 TEMA 5 página 3 de 17 Introducción ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN Fuente de información Codificador Transmisor MEDIO Decodificador Receptor Destino Fuente de información: lo que se quiere transmitir. Codificador/Transmisor: transforma lo que se desea transmitir al formato adecuado para su transmisión. Canal: es el medio por el que se propaga la información. Decodificador/Receptor: transforma las señales del medio al tipo de información original. Destino: elemento que recibe la información transformada. 5 Introducción TIPOS DE COMUNICACIÓN Tipos de comunicación Comunicación símplex comunicación unidireccional. muy poco usada en transmisión de datos salvo en los medios de comunicación como la televisión o la radio. Comunicación semidúplex unidireccional. permite la comunicación en ambos sentidos. comunicación entre radioaficionados. Comunicación dúplex integral comunicación bidireccional. mucho más potente y exige mecanismos de comunicación más costosos. 6

4 TEMA 5 página 4 de 17 Transmisión de datos EVOLUCIÓN Proceso local tarjetas perforadas. Gran volumen, consumo y necesidades de mantenimiento. Teleproceso grandes ordenadores con terminales interconectados. introducción y obtención de datos a distancia. Proceso distribuido ordenadores geográficamente dispersos, conectados e independientes. flexibilidad, modularidad y bajos costes de transmisión. Arquitectura cliente-servidor. La red red mundial como un sistema informático global (ciberespacio). 7 8 Transmisión de datos ANALÓGICO O DIGITAL? TRANSMISIÓN ANALÓGICA Transmisión continua de los datos (onda senoidal). Desventajas en la transmisión por canales electromagnéticos Degradación de la señal Sensibilidad a los ruidos TRANSMISIÓN DIGITAL Transmisión discreta de los datos (onda cuadrada) Transmisión digital o binaria Control de errores (CRC) Velocidad de transmisión Nº de bits que pueden circular por la línea de transmisión. Se mide en bits por segundo (bps) y múltiplos (Kbps, Mbps,...). 8

5 TEMA 5 página 5 de 17 9 Transmisión de datos ANALÓGICO O DIGITAL? TRANSMISIÓN ANALÓGICA TRANSMISIÓN DIGITAL El Módem Conversión señal de digital a analógica y viceversa para adaptarlo a la línea telefónica. Velocidad de hasta 56 Kbps. Tecnología DSL Tecnología digital sobre pares de cobre Hasta 8Mbps de recepción Hasta 1Mbps de envío Las nuevas tecnologías ADSL aumentan esta velocidad a 56Mbps/12Mbps (VDSL) La tarjeta de red Intermediaria ordenador-red Adapta las señales digitales al canal de transmisión de la red, empaquetando la información ió y controlando el acceso al medio Hace uso de los protocolos de comunicación de la red Diferentes tipos dependiendo del cableado o topología de red Velocidad hasta 1Gbps 9 10 Transmisión de datos REDES DE ORDENADORES Estructura de comunicación entre ordenadores Conjunto de equipos conectados por medio de cualquier canal de comunicación con el fin de compartir recursos o servicios Hardware (impresoras, sistemas de almacenamiento, etc.) Software (aplicaciones, archivos, datos, etc.) Partes de una red de ordenadores Dispositivos de red: conjunto de elementos físicos que hacen posible la comunicación Nodos: ordenadores, encaminadores, etc. Canal de comunicación: cable, aire, etc. Programas de red: software que permite controlar el funcionamiento de la red 10

6 TEMA 5 página 6 de Transmisión de datos MEDIOS DE TRANSMISIÓN Soporte físico que facilita el transporte de datos entre emisor y receptor Guiados: conducen las ondas a través de un campo físico (cables) Par trenzado Coaxial Fibra óptica No guiados: proporcionan un soporte para que las ondas se transmitan, pero no las dirigen (aire) Infrarrojos Microondas Satélite Medios de transmisión PAR TRENZADO El más antiguo y todavía el más usado Dos hilos de cobre aislados que se enrollan entre sí para reducir la interferencia por el acoplamiento capacitivo entre los hilos (diafonía) Su aplicación más frecuente es la telefonía, especialmente en el bucle de abonado Pueden transmitir datos a varios kms sin amplificadores En el caso de grandes distancias se precisan repetidores para amplificar la señal Los cables de pares trenzados se pueden usar tanto para la transmisión analógica como la digital Bajo coste y rendimiento aceptable 12

7 TEMA 5 página 7 de Medios de transmisión CABLE COAXIAL Hilo de cobre como núcleo, rodeado de un aislante encapsulados en un conducto cilíndrico constituido por una malla de cobre y todo cubierto de un plástico protector Transmisión digital: cable coaxial en banda base elevado ancho de banda inmunidad a los ruidos eléctricos Velocidad puede ser de hasta 10Mbps en 1km Uso habitual en redes de área local y en telefonía de largas distancias Transmisión analógica: cable coaxial de banda ancha estándar usado para la televisión Más costoso de instalar y mantener que el par trenzado, pero permite varios canales lógicos de forma simultánea y puede transmitir datos, voz y vídeo por el mismo cable a decenas de kilómetros Medios de transmisión FIBRA ÓPTICA Partes de un sistema óptico de transmisión de datos: Emisor: diodo láser que emite un punto luminoso cuando se le aplica una corriente eléctrica Medio de transmisión: fibra de vidrio ultrafino Detector: fotodiodo que genera un pulso eléctrico cuando incide sobre él el punto luminoso Empleada cada vez más por los operadores de telefonía y cable. Decenas de tendidos submarinos con fibra óptica alrededor de todo el mundo. Ventajas: delgada, inmune al ruido eléctrico, a las interferencias electromagnéticas y a los corrosivos químicos Inconvenientes: instalación delicada y no es capaz de transportar energía eléctrica 14

8 TEMA 5 página 8 de Medios de transmisión TRANSMISIÓN INALÁMBRICA Para determinadas frecuencias, las señales electromagnéticas pueden propagarse por el medio atmosférico. Se usan dos antenas (radioenlaces): emisor y receptor que manejan ondas de radio en diferentes frecuencias Distancias cortas: rayos infrarrojos y láser Ventajas: baratos y de transmisión digital Desventajas: muy sensibles a los agentes atmosféricos. Además, el haz producido obliga a una alineación muy precisa de las antenas. Grandes distancias: microondas terrestres emitidas y recibidas por antenas parabólicas Ventajas: se puede alcanzar una gran distancia Desventajas: el haz se dispersa muy rápidamente, la interceptación es relativamente fácil y son muy sensibles a las tormentas eléctricas. Microondas por satélites: situados en órbitas geoestacionarias. nuevos satélites situados en órbitas más cercanas a la tierra. 15 CONMUTACIÓN Transmisión de la información entre los nodos (o conmutadores) que encaminan la señal por un circuito concreto de un conjunto de ellos. Conmutación de circuitos: Camino físico dedicado entre los dos equipos. Pasos: Establecimiento del circuito Transferencia de datos Desconexión del circuito Ineficiente: el circuito está ocupado aunque no haya transacción de datos. Conmutación de paquetes Información dividida en paquetes de igual longitud Existen dos formas de manejar el flujo de paquetes: Datagrama: cada paquete se trata de forma independiente Circuito virtual: se establece un canal lógico antes del envío. 16

9 TEMA 5 página 9 de 17 REDES DE ÁREA LOCAL: Introducción Tipos de redes en función de su extensión: Redes de área local (RAL o LAN) Pequeñas extensiones. Líneas fiables, de alta velocidad y de expansión geográfica reducida. Redes de área extensa (RAE o WAN) Las conexiones abarcan una extensión geográfica muy grande. Las velocidades descienden. Redes de área metropolitana (RAM o MAN) Redes de extensión media con características de las dos anteriores. Red de área local: conjunto de dispositivos físicos o lógicos que permiten comunicar a un número moderado de equipos informáticos situados en un área geográfica pequeña con el objetivo principal de compartir recursos. 17 REDES DE ÁREA LOCAL: Aspectos fundamentales Alcance: entre pocos metros y algunos kilómetros. Velocidad de transmisión: elevada en comparación con las líneas telefónicas (1Gbps aunque nuevas tecnologías amplían esta velocidad). Topología: posición relativa de los equipos conectados. Protocolos de acceso al medio: definidos por un conjunto de reglas o convenciones usadas para establecer y controlar las comunicaciones. Gestión: es responsabilidad de su propietario su gestión y mantenimiento (remota, centralizada o descentralizada). 18

10 TEMA 5 página 10 de 17 REDES DE ÁREA LOCAL: Topologías BUS Nodos conectados a un bus o canal principal en cuyos extremos se instalan unos terminadores. Topología barata y de fácil ampliación Comunicación limitada a la capacidad del bus La caída de uno de los nodos provoca la caída de la red La ampliación de la potencia de la red exige el cambio de los adaptadores y del propio bus. 19 REDES DE ÁREA LOCAL: Topologías ANILLO Nodos conectados formando un anillo. Similar a la topología en bus pero sin terminadores Red barata y de fácil ampliación La caída de uno de los nodos provoca la caída de la red La ampliación de la potencia de la red exige el cambio de los adaptadores. Para su funcionamiento correcto, todos los adaptadores han de estar encendidos permanentemente. 20

11 TEMA 5 página 11 de 17 REDES DE ÁREA LOCAL: Topologías ESTRELLA Todos los nodos se conectan a un nodo central que controla la red. Gestión es sencilla por estar todo controlado o o por un único equipo, Dependencia del nodo central: si falla toda la red se verá afectada. Un fallo en uno de los nodos no afecta a toda la red La ampliación de la potencia de la red exige sólo en cambio del nodo central El nodo central es el único que debe estar conectado permanentemente. REDES DE ÁREA LOCAL: Componentes SO de red: programas necesarios para la gestión de la red, el control de las comunicaciones, etc. Tarjeta de red: transforma las señales digitales a transmitir en señales adecuadas al canal de transmisión de la red, empaquetando la información y controlando el acceso al medio. Cableado: es la materialización del medio de transmisión. Usa los cables antes detallados aunque actualmente se instalan redes sin hilos (Redes Locales Inalámbricas). Interconexión con otras RAL cercanas: que facilitan la conexión de un área local con otra

12 TEMA 5 página 12 de INTERCONEXIÓN DE REDES Concentrador (hub) Centraliza el cableado de una red y permite ampliarla. Recibe una señal y la repite emitiéndola por sus diferentes puertos. Puente (bridge) Interconecta redes de diferentes topologías y diferentes protocolos de acceso. Realiza las adaptaciones necesarias de una LAN a otra, de forma que se pueden intercambiar información, salvando los obstáculos de incompatibilidad que las separan. Conmutador (switch) Segmenta una red para aumentar su rendimiento. A diferencia del puente, sólo permite conectar redes que utilizan los mismos protocolos de acceso. A diferencia del concentrador, envía las tramas exclusivamente por el puerto de salida donde se encuentra la estación destinataria. 23 Internet INTRODUCCIÓN Se presenta como una inmensa red de ordenadores diferentes conectados entre sí y distribuidos por todo el planeta. Interconexión de redes más pequeñas de una manera transparente al usuario que, si no es experto, no será capaz de precisar si está trabajando con su ordenador o con un ordenador situado al otro lado del mundo. Las ventajas de Internet son evidentes: acceso cómodo, intuitivo, sencillo y rápido. Es universal y permite acceder a cualquier tipo de información. 24

13 TEMA 5 página 13 de 17 Internet HISTORIA Origen: experimento del gobierno de EEUU: Red de ordenadores militares y universitarios para compartir información sobre las investigaciones científicas y analizar formas de que las conexiones se mantuvieran ante un conflicto bélico. 1969: red Arpanet a la que se añadieron poco a poco más redes 1983: segregación de Arpanet de las conexiones entre ordenadores militares para hacer su propia red de defensa (MilNet). (MlN )Nacimiento de INTERNET (INTERnational NETwork of Computers). Problema: protocolo de comunicaciones potente y versátil 1974: diseño de la familia de protocolos TCP/IP TCP (Transport Control Protocol): responsable de transferir los datos de un ordenador a otro de manera fiable IP (Internet Protocol): encargado del direccionamiento individual de los datagramas entre los nodos de la red. 25 Internet ORGANIZACIÓN Internet tiene una fama merecida de red anárquica Conjunto de instituciones encargadas de organizar y controlar aspectos como los procedimientos de coordinación y los mecanismos de interconexión. ISOC (Internet Society): sociedad sin ánimo de lucro constituida por individuos y organizaciones públicas y privadas involucradas en Internet Estructurada en varios órganos encargados de la orientación tecnológica y los estándares de la red, la coordinación de trabajos de información y la asignación de recursos. 26

14 TEMA 5 página 14 de 17 Internet ARQUITECTURA Cuatro capas o niveles y los distintos protocolos realizan su tarea correspondiente a la comunicación en cada nivel: Capa de enlace y acceso a red (o al medio): codifica los datos y los transmite por los canales oportunos. Capa de red: dirige y encamina los datos, comprueba errores y atiende las peticiones de retransmisión de paquetes. Capa de transporte: establece la conexión, asegura la fiabilidad de la transferencia (libre de errores, sin pérdidas, duplicaciones y en el orden correcto) y la desconexión. Capa de aplicación: suministra los servicios de aplicación a los usuarios finales (correo electrónico, transferencia de ficheros, etc.). Esta estructura proporciona una conexión potente, versátil y transparente al usuario. 27 Internet PROTOCOLOS Conjunto de reglas formuladas para el intercambio de datos entre dos partes de una comunicación. Dígame? Si no se siguen las reglas del protocolo estrictamente, la comunicación no se realizará satisfactoriamente. Los protocolos usados en Internet son más de 100, aunque hablaremos sólo de los más significativos: Protocolos de acceso al medio: Protocolo PPP Protocolo de red: protocolo IP Protocolos de transporte: Protocolo de control de transporte TCP Protocolos de Aplicación Protocolo de transferencia de ficheros: FTP Protocolo de transferencia de correo: SMTP 28

15 TEMA 5 página 15 de 17 Internet SERVICIOS Son muy numerosos y todos están apoyados en los protocolos antes vistos y en otros menos relevantes. Servicio de telefonía Correo electrónico ( ) Transferencia de ficheros Servicios de conversación Servicios de búsqueda de Información Buscadores de Internet (Google, Yahoo, Lycos,...) Intranet Internet LAS DIRECCIONES EN INTERNET Cada nodo u ordenador conectado a una red que use el protocolo IP (p. ej. Internet) debe identificarse de manera unívoca Para ello usa la dirección IP IP dinámica o estática IP estática: siempre es la misma. Servidores. IP dinámica: puede variar con cada conexión. Clientes. Economiza el gastos de las compañías de telecomunicaciones IP pública o privada IP pública: visible desde el exterior (Internet). Dirección única. Asignada en régimen de alquiler por los organismos competentes. IP privada: visible sólo dentro de la misma red. Se puede repetir en redes diferentes. Gratuita. Los datagramas se transforman de privados a públicos a través del NAT 30

16 TEMA 5 página 16 de Direcciones IP LA IP ES UN NÚMERO EN BINARIO Tamaño fijo de 32 bits (en la versión 4 del protocolo, IPv4) Versión IPv6 es de 128 bits Directamente en binario Notación decimal con puntos nodos = nodos No todos se pueden utilizar Direcciones IP QUÉ SECRETOS ESCONDEN LOS NÚMEROS DE LA IP? Identificador: dirección IP Números de 4 bytes separados por puntos Una parte identifica a la red lógica del equipo y otra distingue al ordenador de los restantes de la misma red. Diferenciamos tres clases de redes: Clase Primer octeto Id red Id nodo Nº redes Nº de nodos A 0XXXXXXX (0-127) a b.c.d 2 7 = = B 10XXXXXX ( ) a.b c.d 2 14 = = C 110XXXXX ( ) a.b.c d 2 21 = = 256 Así, identifica a un ordenador definido por el cuarto byte (233) dentro de una red determinada por los tres primeros bytes. 32

17 TEMA 5 página 17 de Direcciones IP ENRUTADOR, SERVIDOR DE NOMBRES Y PUERTA DE ENLACE Enrutador (router): se encarga de decidir hacia dónde deben ir los datagramas (dentro o fuera de la red). Si corresponde, traduce las IP s privadas a públicas (NAT) Puerta de enlace (gateway): invoca al DNS para la resolución de nombres externos y dirige los datagramas desde el interior hacia el exterior y viceversa. Tiene dos dispositivos de red: interior (ip privada) y exterior (ip pública) El sistema de nombres de dominio (DNS) traduce un nombre en Internet a la cadena de dígitos (ip) correspondiente. Escribir en el navegador La Network Information Center (NIC) se encarga de registrar los nombres de dominio y actualizar los DNS Lo que conocemos como router ADSL esta, en realidad, formado por un router, un módem y una puerta de enlace. 33