INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHIHUAHUA REDES DE COMPUTADORAS

Transcripción

1 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHIHUAHUA INGENIERIA ELECTRÓNICA REDES DE COMPUTADORAS Catedrático: Ing. Cesar J. Monárrez Aguirre TRABAJO 1 REDES ALUMNOS: Luis Roberto Ramos Campos Jesús Humberto Cobos Guerrero Víctor Hugo García Trujillo Víctor Manuel Carrillo Vázquez

2 REDES REDES DE DIFUSIÓN. Las redes de difusión tienen un solo canal de difusión compartido por todas las máquinas de la red. Los mensajes cortos (paquetes) que envía una máquina son recibidos por todas las demás. Un campo de dirección dentro del paquete especifica a quien se dirige. Al recibir un paquete, una máquina verifica el campo de dirección. Si el paquete está dirigido a ella, lo procesa. Los sistemas de difusión generalmente también ofrecen la posibilidad de dirigir un paquete a todos los destinos colocando un código especial en el campo de dirección. Este modo de operación se le llama difusión (broadcasting). Algunos sistemas también contemplan la transmisión a un subconjunto de las máquinas, conocido como multidifusión. Las redes de difusión se dividen en estáticas y dinámicas. Una asignación estática típica, divide los intervalos discretos y ejecuta un algoritmo de asignación cíclica, permitiendo a cada máquina trasmitir únicamente cuando llega su turno. La asignación estática, desperdicia la capacidad del canal cuando una máquina no tiene nada que decir durante su segmento asignado. Los métodos de asignación dinámica, pueden ser centralizados o descentralizados. En el método de asignación de canal centralizado hay una entidad, la cual determina quien es la siguiente. En el descentralizado no existe una unidad central, cada máquina debe decidir por sí misma si transmite o no. REDES DE PUNTO A PUNTO. Las redes punto a punto consisten en muchas conexiones entre pares individuales de máquinas. Para ir del origen al destino, un paquete en este tipo de red puede tener que visitar primero una o más máquinas intermedias. Como regla general, las redes pequeñas geográficamente localizadas tienden a usar la difusión, mientras que las redes más grandes suelen ser punto a punto. La principal desventaja es la pérdida de ancho de banda por mala utilización. Lo cual es casi inevitable por la propia naturaleza del tráfico. LAN (Local Area Network). Las redes de área local, se usan ampliamente para conectar computadoras con objeto de compartir de compartir recursos e intercambiar información.

3 Las LAN se distinguen de otro tipo de redes por tres características: Su tamaño. Su tecnología de transmisión. Su topología. Las LAN usan una tecnología de transmisión que consiste en un cable sencillo al cual están conectadas todas las máquinas. Tradicionalmente operan a velocidades de 10 a 100 Mbps. Y la transmisión puede ser variada; dos de ellas son BUS y ANILLO, mostradas en la figura 1. FIGURA 1. Redes de difusión. En una red de bus en cualquier instante una computadora es la máquina maestra y puede transmitir; se pide a las otras máquinas que se abstengan de enviar mensajes. Esto requiere de un sistema de arbitraje que puede ser centralizado o descentralizado. En una red de anillo, cada bit se propaga por sí mismo, sin esperar al resto del paquete al cual pertenece. Cada bit recorre el anillo entero en el tiempo que toma transmitir unos pocos bits. Las LAN con ancho de banda compartido, tienen que competir para poder acceder al medio y los protocolos para esta función son los denominados MAC (Medium Access Control). La llegada de tecnologías de medio compartido (Token Ring y Ethernet) supuso una revolución de lo que hasta entonces se había entendido por networking. Las LAN contaban a su favor con una mayor flexibilidad y una gran capacidad de proceso per cápita. Token Ring y Ethernet. Las dos arquitecturas de red de área local más extendidas, Token Ring y Ethernet, cubrirían prácticamente todas las necesidades de una LAN. La elección venía básicamente

4 condicionada por dos parámetros: el precio o bien por la predecibilidad bajo condiciones de carga. Cuando el primero era el factor de mayor peso, la elección recaía en Ethernet, pero, si lo era el segundo, entonces Token Ring resultaba elegido. Ethernet es un protocolo de comunicación usado por las computadoras para transmitir, con él, las computadoras pueden transmitir cuando quieran; y si dos o más paquetes chocan, cada computadora genera un tiempo de espera aleatoria y lo vuelve a intentar. Implementaciones de las LAN. Para satisfacer las necesidades de las aplicaciones devoradoras de ancho de banda y proporcionar a los usuarios, tiempos de respuesta acordes con los requerimientos de tales aplicaciones, han surgido nuevas tecnologías que ofrecen un mayor ancho de banda que las Token Ring y Ethernet. Entre algunas de ellas podemos mencionar: LAN conmutadas. Full Duplex. Virtual LAN. Las redes locales de medio físico compartido deben implementar un mecanismo que arbitre el acceso al medio, y la capacidad de transmisión queda dividida. Estos sistemas tienen el inconveniente de que todas las tramas pasan por todas las estaciones. Si se quieren evitar estos problemas y a la vez aumentar la capacidad agregada de toda la red, se pueden utilizar conmutadores que proporcionen anchos de banda dedicados a cada una de las estaciones conectadas. Con esto, hemos pasado en anchos de banda compartidos a anchos de banda dedicados para cada estación, el primer paso hacia las LAN de alta velocidad. En las LAN con ancho de banda compartido las estaciones tienen que competir para poder acceder al medio; los protocolos para esta función son denominados MAC. En LAN conmutadas, con sólo una estación conectada en cada segmento, estos protocolos quedan bastante simplificados, ya que no se compite para acceder al medio. Una estación puede transmitir en el momento en el que tenga algo que enviar así como también puede recibir tramas en cualquier momento. Esta es la modalidad Full Duplex, y con ella se duplica el ancho de banda agregado. Este sería el segundo paso hacia las LAN de alta velocidad. Estas redes pueden ser configuradas como un segmento único, ya que al disponer de enlaces dedicados no tienen necesidad de segmentar para aumentar el throughput (flujo de información),

5 aunque dicha segmentación proporciona algunas ventajas organizacionales, operativas e incluso de seguridad al quedar muchas transmisiones limitadas a los miembros del segmento. Los objetivos de las VLAN es conseguir redes que: Integren usuarios remotos móviles. Den seguridad y flexibilidad a los grupos virtuales de trabajo. Permitan más alto rendimiento en todos los nodos de la red corporativa. Logren organizaciones más flexibles. Eliminen las limitaciones geográficas al crear grupos virtuales en toda la red. Permitir añadir, eliminar o cambiar usuarios vía software. LAN de tecnología ATM (LATM). LAN inalámbricas. Limitaciones actuales de la LAN. Es una tecnología orientada a conexión full duplex. Soporta tráfico a ráfagas y tráfico isócrono, por lo tanto es capaz de transportar datos, voz y video. Es una tecnología que abarca las LAN, MAN y WAN. Esto es debido a que ATM es la tecnología que puede marcar de forma significativa el futuro de las comunicaciones. Alternativa válida en entornos donde sea imposible realizar el cableado, o bien, sea muy caro. Una LAN inalámbrica puede funcionar como LAN autónoma o para formar parte de una LAN cableada. Las velocidades de transmisión conseguidas por las WLAN suelen ser inferiores a las obtenidas con sus equivalentes cableadas. A pesar del notable avance de las tecnologías LAN (Ethernet, Token Ring, FDDI), el ancho de banda siempre tiene que ser compartido por todas las estaciones. Pero esta no es la única limitación de las LAN segmentadas: 1. Se considera que se está llegando al límite de las LAN con tecnología de bus compartido, como las Token Ring y Ethernet no pudieron soportar un crecimiento indefinido de sus prestaciones. 2. Los routers que conmutan y filtran mensajes entre las LAN, están basados en una tecnología de conmutación de paquetes poco escalable en velocidad y número de ports. 3. El aumento progresivo de la potencia de las estaciones de trabajo en términos de MIP, velocidades de BUS, memoria, capacidad de los

6 servidores, etc., las convierten en máquinas capaces de manipular información por encima de los 100 Mbps. 4. Las nuevas aplicaciones multimedia, necesitan anchos de banda elevados y requieren calidades de servicio específicas. Por estos motivos, la tendencia actual es hacia las LAN conmutadas que proporcionan de forma nativa los soportes de multimedia, alta escalabilidad y unos anchos de banda que van desde 10 Mbps a 1 Gbps sobre los diferentes tipos de cableado. MAN (Redes de área metropolitana). Es básicamente una versión más grande de una LAN. Una MAN puede manejar datos y voz, solo tiene uno o dos cables y no contiene elementos de conmutación, los cuales desvían los paquetes por una de varias líneas de salida potenciales. La principal razón para distinguir las MAN como una categoría especial, es que se ha adoptado un estándar en ellas, se llama DQDB (bus dual de cola distribuida). Consiste en dos buses unidireccionales, a los cuales están conectadas todas las computadoras, donde cada bus tiene una cabeza terminal. WAN (Wide Area Network). Una red de área amplia, se extiende sobre un área geográfica extensa. Se les nombra host. Los host están conectados por una subred y el trabajo de ésta es conducir mensajes de una host a otra. En muchas redes de área amplia, la subred tiene dos componentes distintos: las líneas de transmisión y los elementos de conmutación. Las líneas de transmisión mueven bits de una máquina a otra. Los elementos de conmutación son computadoras especializadas que conectan dos o más líneas de transmisión. Cuando los datos llegan por una línea de entrada, el elemento de conmutación debe escoger una línea de salida para reenviarlos (enrutadores). Si dos o más enrutadores que no comparten un cable desean comunicarse, deberán hacerlo indirectamente, por medio de otros enrutadores. FIGURA 2. Arquitectura de la MAN DQDB.

7 TOPOLOGÍAS. La figura 3, muestra las topologías que a través de la historia de las redes se han implementado. Cada una de ellas tiene tienes sus ventajas y desventajas, pero su implementación aun es vigente. FIGURA 3. Posibles topologías para una subred punto a punto. (a)intersección de anillos. (b) Árbol. (c) Completa. (d) Estrella. (e) Irregular REDES INALÁMBRICAS. Las redes inalámbricas son aquellas que no utilizan una conexión física para su comunicación. Son usadas por aquellas computadoras que se encuentran lejos o en movimiento. Tienen una enorme ventaja ya que no requieren de infraestructura, y por esta razón llegan a ser de menor costo que una red estacionaria. Por otro lado, tiene como desventaja de ser menos confiable, debido a la posible pérdida de la información por interferencias. También tiene una capacidad menor, típicamente de 1 a 2 Mbps en contraste con los 16 Mbps que tiene una LAN alambrada.

8 Es posible hacer la combinación de redes alámbricas e inalámbricas. Un enrutador simple en el avión mantiene un enlace de radio con algún enrutador en tierra, cambiando de enrutador según avanza el vuelo. Esta conexión (dentro del aeroplano) es una LAN tradicional, excepto que su conexión al mundo externo resulta ser un enlace de radio en lugar de una línea alambrada. Ya está en funcionamiento en Europa la segunda generación de redes inalámbricas cuyos máximos representantes son el GMS (Global System for Mobile communications) para áreas extensas y el DECT (Digital European Corderless Telecomunications) para entornos departamentales. Una tercera generación de redes inalámbricas, conocidas por el nombre genérico de UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) está dispuesta para saltar a la arena de las comunicaciones con objetivos tan ambiciosos como la integración de estaciones móviles con la ISDN de banda ancha con soporte global de voz, datos y video. Desde principios de los años noventa se dispone de redes locales inalámbricas o WLAN (Wireless LAN) que progresivamente van incrementando sus prestaciones hasta acercarse a las de sus equivalentes cableadas. INTERREDES. Existen muchas redes en el mundo, a veces con diferentes hardware y software. La gente conectada a una red a menudo quiere comunicarse con gente conectada a una red distinta. Esto requiere conectar redes diferentes y con frecuencia incompatibles, algunas veces usando máquinas llamadas pasarelas para hacer la conexión y realizar la traducción necesaria, ambas en términos de hardware y software. Una colección de redes interconectadas se llama interred. Una forma común de interred es una colección de LAN conectas por una WAN. Si el sistema dentro de una "nube" contiene únicamente enrutadores, es una subred; si contiene tanto enrutadores como hosts con sus propios usuarios, es una WAN. Se forma una interred cuando se conectan distintas redes entre sí.

9 ANSI: American National Standards Institute. GLOSARIO. ATM: Asynchronous Transfer Mode. Estándar ITU-T (CCITT) para la transmisión por conmutación de células en sistemas avanzados de comunicaciones de banda ancha (BISDN). Opera en modo TDM. B-ISDN: Broadband ISDN, o RDSI en banda ancha cuyas velocidades van a partir de 2 Mbps. CCITT: Comité Consultivo Internacional de Teléfonos y Telégrafos. Antiguo organismo de la UIT que a partir de 1992 pasó al sector de telecomunicaciones o ITU-T. CSMA/CD: Carrier Sense Múltiple Access with Collision Detection. Protocolo que utilizan los dispositivos ETH para acceder al medio físico. Es un sistema diseñado para las redes locales con topología en bus, en los que los dispositivos "escuchan" antes de transmitir para determinar si el canal está libre y vuelven a escuchar mientras transmiten para determinar si ocurren colisiones. DECT: Digital European Cordless Telecomunication. Sistema europeo para accesos inalámbricos. DQDB: Distributed Queued Dual Bus. Mecanismo de control de acceso al medio empleado por las redes metropolitanas. funciona manejando una cola en cada estación que determina cuándo puede acceder a un bus dual. ETHERNET: Conjunto de especificaciones que definen el funcionamiento de redes locales CSMA/CD. ETSI: Europaen Telecomunications Standards Institute. Organismo europeo de normalización equivalente al americano ANSI ATIS (entes ECSA). FDDI: Fiber Distributed Data Interface. Estándar ANSI que especifica una red token-ring a 100 Mbps con arquitectura dual en anillo y cableado en fibra óptica. FPLMTS: Future Public Land Mobile Telecomunication System. GMS: Global Special for Mobile comunications. Especificaciones europeas (ETSI) para la transmisión digital de telefonía móvil celular. ISDN: Integrated Services Digital Network. Red de comunicaciones que tiene como objetivo la comunicación de voz, datos e imágenes a través de una sola conexión física. ITU-T: International Telecomunications Union Telecomunications Standarization Section. LAN: Local Area Network. Red de area local. Se refiere a redes en las que el entorno geográfico suele limitarse a un edificio o complejo industrial. MAC: Médium Access Control. Subnivel inferior del nivel de enlace de redes de área local.

10 ROUTER: Dispositivo de internetworking que encamina datagramas basándose en la dirección de red incluida en la cabecera de éstos. TOKEN RING: Red con topología en anillo y método de acceso por paso de testigo. UMTS: Universal Mobile Telecomunications System. Núcleo de la red inalámbrica de banda ancha FPLMTS. VLAN: Virtual Local Area Network. Redes Virtuales locales. WAN: Wide Area Network. WLAN: Wireless Local Area Network. BIBLIOGRAFÍA. REDES DE BANDA ANCHA. José M. Caballero COMUNICACIONES Y REDES DE PROCESAMIENTO DE DATOS. González Saenz Nestor.