REDES Y COMUNICACIONES 1
Concepto Una Red es un conjunto de ordenadores interconectados entre si mediante cable o por otros medios inalámbricos. 2
Objetivos Compartir recursos: archivos, impresoras, unidades de almacenamiento, etc. Transferir información entre ordenadores: e-mail, WWW, etc. 3
El modelo OSI es el modelo de red de referencia para los protocolos de red 4
TCP/IP es un conjunto de protocolos de red en los que se basa Internet y que permiten la transmisión de datos entre computadoras. 5
ETHERNET Ethernet es un estándar de redes de área local para computadores. Ethernet define las características de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de tramas de datos del nivel de enlace de datos del modelo OSI. Ethernet se tomó como base para la redacción del estándar internacional IEEE 802.3, siendo usualmente tomados como sinónimos. Se diferencian en uno de los campos de la trama de datos. Sin embargo, las tramas Ethernet e IEEE 802.3 pueden coexistir en la misma red. 6
Se distinguen diferentes variantes de tecnología Ethernet según el tipo y el diámetro de los cables utilizados: 7
Tipos de Redes Según la zona geográfica que abarcan, se clasifican en: LAN (Local Area Network): Redes de Área Local MAN (Metropolitan Area Network): Redes de Área Metropolitana WAN (Wide Área Network): Redes de Área Extendida Según el sistema jerárquico de red utilizado, se clasifican en : Redes Cliente-Servidor Redes Punto a Punto 8
Redes de Área Local: LAN Alcance: conecta ordenadores localizados en la misma oficina, departamento o edificio. Conexión: suele ser mediante cable (también inalámbricas) Redes Privadas: los medios de conexión de las líneas utilizadas son propiedad de la empresa. Ejemplos: Aula, Oficina, Hogar 9
Redes de Área Metropolitana: MAN Alcance: conecta varias LAN localizadas en la misma ciudad, área industrial, o varios edificios. Conexión: suele ser mediante cable (también inalámbricas) en las LAN, pero necesitan dispositivos repetidores de más alcance, alquilados a otras empresas públicas o propios. Redes Privadas o Públicas: los medios de conexión de las líneas utilizadas pueden ser propiedad de la empresa, utilizar una línea pública alquilada (Ej. ADSL de Telefónica o de ONO). Ejemplos: Red de empresas en un polígono industrial, Campus universitario, Red de servicios municipales (Ej. Molina Digital) 10
Redes de Área Extensa: WAN Alcance: conecta ordenadores localizados en cualquier sitio del mundo. Conexión: Líneas Telefónicas, Fibra óptica, satélites Redes Públicas: los medios de conexión de las líneas utilizadas son propiedad una empresa de telecomunicaciones que las alquila al público y empresas en general. Ejemplo: INTERNET 11
Redes Cliente-Servidor Son redes en las que uno o más ordenadores (SERVIDORES), son los que controlan y proporcionan recursos y servicios a otros (CLIENTES). Redes Punto a Punto Son redes en las que todos los ordenadores tienen el mismo estatus en la red y deciden que recursos y servicios dan al resto. Cada PC puede hacer de CLIENTE o SERVIDOR. 12
Sistema Cliente/Servidor Cliente Servidor Árbitro y Juez El servidor es una computadora de gran potencia y capacidad que actúa de árbitro y juez de la red, la maneja, controla su seguridad y distribuye el acceso a los recursos y los datos. En las redes punto a punto ningún ordenador está por encima de otro, sino que existe una especie de democracia y los recursos son distribuidos según desee el usuario de cada ordenador. 13
Componentes de una red local Estaciones de Trabajo (Clientes) Servidores (opcional) Tarjetas de Red (NIC) Cableado o medios de transmisión inalámbricos (antenas) Dispositivos distribuidores: Hub, Switch, Router Sistema operativo de red Recursos compartidos: Impresora de red, archivos y aplicaciones 14
Estaciones de Trabajo Son los ordenadores utilizados por los usuarios conectados a la red. Servidores Son los ordenadores que ofrecen servicios a los clientes de la red. Pueden ser de dos TIPOS: Dedicados: solo realizan tareas de red y no pueden utilizarse como un puesto normal de cliente. No dedicados: además de realizar tareas de red, se utilizan como puestos normales. 15
Tarjetas de Red También conocidas como NIC (Network Interface Card), se instalan dentro del ordenador y son las que hacen posible la conexión del PC con la Red. Traducen la información que circula por el cable/ondas de la red, al lenguaje que entiende el ordenador y viceversa. Cable Inalámbricas 16
Cableado Conectan cada una de las tarjetas de red (NIC) de los ordenadores que componen la red, normalmente a través de un concentrador (HUB), constituyendo los canales de comunicación de la red. Según la Clase de red, Velocidad de transmisión que se desea, y Alcance geográfico que queremos conseguir se emplean varios TIPOS DE CABLE: Coaxial: Fibra óptica: Par trenzado: 17
Dispositivos Distribuidores Son dispositivos capaces de concentrar, distribuir, incluso guiar, las señales eléctricas de las estaciones de trabajo de la red. HUB (Concentrador): solamente recoge y distribuye señales entre los ordenadores de la red. SWITCH (Conmutador): además de concentrar señales, puede seleccionar el envío de paquetes y lleva estadísticas de tráfico y errores en la red. ROUTER (Encaminador): además de las tareas anteriores es capaz de guiar una transmisión por el camino mas adecuado (Enrutamiento). Es el utilizado para la conexión de un PC o una red a INTERNET. 18
Sistema Operativo de Red Son programas que gestionan la red y sus recursos. Existen 2 TIPOS básico: S.O. para redes PUNTO A PUNTO: donde los ordenadores tienen el mismo estatus. Es suficiente con que cada ordenador tenga Windows 98, XP o Vista. S.O. para redes con SERVIDOR DEDICADO: donde hay servidores dedicados con mayor estatus en la red. Estos suelen tener S.O. específicos para gestión de red como Windows NT SERVER. EL resto de Clientes, pueden tener este SO, o cualquiera de las anteriores (W-98, W-XP o W-Vista). 19
Recursos compartidos Una de las ventajas de la red es que permite compartir recursos de hardware y software, con el AHORRO que esto implica. Impresora Escáner HARDWARE Unidades de almacenamiento: discos duros. Unidades lectoras/grabadoras de CD/DVD Módem Archivos y Carpetas SOFTWARE Programas de Aplicación 20
Ejemplo: INTERNET B El ordenador B tiene una conexión a Internet que todos comparten. RED A C El ordenador C tiene un gran disco duro en el que otros usuarios almacenan gran cantidad de trabajos. El ordenador A tiene una impresora laser que todos utilizan. D E Los ordenador D y E pueden acceder a todos los servicios de los demás. 21
Topologías de Red Topología Física de Red: es una representación gráfica o mapa de cómo se unen las estaciones de trabajo de la red, mediante el cable. Factores a tener en cuenta: La distribución espacial de los equipos. El tráfico que va a soportar la red. El presupuesto (relación inversión/prestaciones) Topologías Puras: Anillo Bus Estrella 22
Topología de Anillo Consta de varios nodos unidos formando un círculo lógico. Los mensajes se mueven de nodo a nodo en una sola dirección. El cable forma un bucle cerrado formando un anillo Ventajas: Fácil detectar si un PC cae Inconvenientes: Se rompe el cable o no funciona una de las estaciones, se paraliza toda la red 23
Topología de Bus Consta de un único cable (BUS) al que se conecta cada ordenador. Los extremos del cable se terminan con una resistencia denominada terminador. Ventajas: Fácil de instalar y mantener. Si falla una estación, no cae la red. Inconvenientes: Si se rompe el cable principal (BUS) se inutiliza la red. 24
Topología de Estrella Es la más utilizada en redes LAN. Todos las estaciones de la red deben pasar a través de un dispositivo central de conexiones conocido como concentrador de cableado (HUB), que controla el flujo de datos. Ventajas: Si se rompe un cable no se inutiliza la red. Fácil detectar averías. Inconvenientes: Mas cara (utiliza más cable y un concentrador) 25
Topología en estrella de una red LAN de 4 PC s con acceso a internet INTERNET HUB ROUTER (del PSI) Para montar esta red en estrella de 4 PC con acceso a internet, necesito el siguiente material: 4 PC s, un HUB y un ROUTER de acceso a internet 4 Tarjetas de red ethernet 10 conectores de cable RJ-45 5 cables 26
Topología Lógica de Red: es la sistema de acceso y comunicación que se emplea para conectar las estaciones de la red. Para que dos estaciones se comuniquen necesitan entender el mismo idioma, por lo que se establece un Protocolo( reglas) estándar de comunicación: el PROTOCOLO TCP/IP TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Se trata del lenguaje que utiliza cualquier plataforma de ordenadores en Internet para enviar y recibir la información. Por eso se toma como estándar. PROTOCOLO TCP / IP Es el que divide la información en paquetes y el que las vuelve a unir en su orden adecuado cuando van llegando a su destino. Es el responsable de identificar cada uno de estos paquetes de información con su dirección apropiada. 27
Dirección IP Cada ordenador conectado a la red debe disponer de una dirección única para una correcta identificación y efectiva localización. A dicha dirección se la conoce como IP, y se encuentra formada por 4 números de 0 a 255 (xxx) separados por puntos. xxx.xxx.xxx.xxx 0..255 Para que dos equipos pertenezcan a la misma red deben tener una IP con la parte de red igual Máscara de Red Secuencia de 4 números de la misma estructura que la IP, que se utiliza para distinguir qué parte de la IP identifica la red y qué parte a los equipos. Ejemplo: En Redes Clase A la Mascara de red es 255.0.0.0, lo que significa que el primer grupo de bits de la IP es para la red y el resto identifica los equipos 28
MASCARA DE RED Mediante la máscara de red un sistema (ordenador, puerta de enlace, router, etc...) podrá saber si debe enviar un paquete dentro o fuera de la subred en la que está conectado. Por ejemplo, si el router tiene la dirección IP 192.168.1.1 y máscara de red 255.255.255.0, entiende que todo lo que se envía a una dirección IP con formato 192.168.1.X, se envía hacia la red local, mientras que direcciones con distinto formato de direcciones IP serán buscadas hacia afuera (internet, otra red local mayor, etc...). Supongamos que tenemos un rango de direcciones IP desde 10.0.0.0 hasta 10.255.255.255. Si todas ellas formaran parte de la misma red, su máscara de red sería: 255.0.0.0. Que también se podría expresar como: 10.0.0.0/8 Una máscara de red representada en binario son 4 octetos de bits (11111111.11111111.11111111.11111111). La representación utilizada se define colocando en 1 todos los bits de red (máscara natural) y en el caso de subredes, se coloca en 1 los bits de red y 0 los bits de host usados por las subredes. Así, en esta forma de representación (10.0.0.0/8) el 8 sería la cantidad de bits puestos a 1 que contiene la máscara en binario, comenzando desde la izquierda. Para el ejemplo dado (/8), sería 11111111.00000000.00000000.00000000 y en su representación en decimal sería 255.0.0.0. 29
PUERTA DE ENLACE La pasarela (en inglés gateway) o puerta de enlace es el dispositivo que actúa de interfaz de conexión entre aparatos o dispositivos, y también posibilita compartir recursos entre dos o más computadoras. Su propósito es traducir la información del protocolo utilizado en una red inicial, al protocolo usado en la red de destino. La pasarela es normalmente un equipo informático configurado para dotar a las máquinas de una red de área local (Local Area Network,LAN) conectadas a él de un acceso hacia una red exterior, generalmente realizando para ello operaciones de traducción de direcciones de red (Network Address Translation, NAT). Esta capacidad de traducción de direcciones permite aplicar una técnica llamada "enmascaramiento de IP" (IP Masquerading), usada muy a menudo para dar acceso a Internet a los equipos de una LAN compartiendo una única conexión a Internet, y por tanto, una única dirección IP externa. Un equipo que haga de puerta de enlace en una red debe tener necesariamente dos tarjetas de red 30
Clases de Direcciones IP: Clase A: se asigna el primer octeto para identificar la red, reservando los tres últimos para que sean asignados a las estaciones de trabajo, de modo que la cantidad máxima de estaciones que pueden pertenecer a esa misma red es de 16.777.214 de máquinas. Clase B: se asigna los dos primeros octetos para identificar la red, reservando los dos últimos para que sean asignados a las estaciones de trabajo, de modo que la cantidad máxima de estaciones que pueden pertenecer a esa misma red es de 65.534 máquinas. Clase C: se asigna los tres primeros octetos para identificar la red, reservando el último para que sea asignado a las estaciones de trabajo, de modo que la cantidad máxima de estaciones que pueden pertenecer a esa misma red es de 254 máquinas. Clase Rango IP Nº Redes Nº Estaciones Máscara de red A 1. 0. 0. 0 127.255.255.255 126 16.777.214 255.0.0.0 B 128. 0. 0. 0 191.255.255.255 16.384 65.534 255.255.0.0 C 192. 0. 0. 0 223.255.255.255 2.097.152 254 255.255.255.0 31
32
DHCP DHCP (siglas en inglés de Dynamic Host Configuration Protocol, en español «protocolo de configuración dinámica de host») es un protocolo de red de tipo cliente/servidor en el que generalmente un servidor posee una lista de direcciones IP dinámicas y las va asignando a los clientes conforme éstas van quedando libres, sabiendo en todo momento quién ha estado en posesión de esa IP, cuánto tiempo la ha tenido y a quién se la ha asignado después. Así los clientes de una red IP pueden obtener sus parámetros de configuración automáticamente 33
PUERTOS TCP/IP Diversos programas TCP/IP pueden ejecutarse simultáneamente en Internet (por ejemplo, pueden abrirse diferentes navegadores de manera simultánea o navegar por páginas HTML mientras se descarga un archivo de un FTP). Cada uno de estos programas funciona con un protocolo. A veces el equipo debe poder distinguir las diferentes fuentes de datos. Por lo tanto, para facilitar este proceso, a cada una de estas aplicaciones puede serle asignada una dirección única en equipo, codificada en 16 bits: un puerto (por consiguiente, la combinación de dirección IP + puerto es una dirección única en el mundo denominada socket). De esta manera, la dirección IP sirve para identificar de manera única un equipo en la red mientras que el número de puerto especifica la aplicación a la que se dirigen los datos. Así, cuando el equipo recibe información que va dirigida a un puerto, los datos se envían a la aplicación relacionada 34
PUERTOS TCP/IP Existen miles de puertos (codificados en 16 bits, es decir que se cuenta con 65536 posibilidades). Es por ello que la IANA (Internet Assigned Numbers Authority [Agencia de Asignación de Números de Internet]) desarrolló una aplicación estándar para ayudar con las configuraciones de red. Los puertos del 0 al 1023 son los "puertos conocidos" o reservados. En términos generales, están reservados para procesos del sistema (daemons) o programas ejecutados por usuarios privilegiados.. Los puertos del 1024 al 49151 son los "puertos registrados". Pueden ser usador por cualquier aplicación Los puertos del 49152 al 65535 son los "puertos dinámicos y/o privados". Usados para conexiones P2P. (Peer to peer) Puertos conocidos -> 35
Configuración de Software de una red Instalación de la tarjeta de red. Configurar los componentes de red: Protocolo TCP/IP Configurar una red doméstica o para pequeña oficina: crear Grupo de Trabajo. Compartir recursos. 36
Instalación de la tarjeta de red Si no se trata de NIC de conexión USB, debemos seguir los siguientes pasos: 1. Desconectar PC de red eléctrica. 2. Extraer carcasa del PC, conectar tarjeta de red en ranura PCI. 3. Enchufar PC. 4. Windows XP y posteriores detecta el nuevo hardware e instala sus drivers, si no (paso 5) 5. Introduce CD con los drivers de la tarjeta. 37
Configurar la conexión Buscamos en: Inicicio/configuración/panel de control/conexiones de red y aparecerá la conexión de la tarjeta de red que hemos instalado. Botón derecho sobre la conexión: propiedades 38
Configurar la conexión Comprobar que la conexión tiene marcados los elementos: Clientes para redes Microsoft Compartir impresoras y archivos para redes Microsoft Programador de paquetes QoS Protocolo Internet: (TCP/IP) Seleccionar Protocolo TCP/IP y marcar propiedades 39
Configurar el Protocolo TCP/IP Tenemos 2 opciones: Obtener IP automática router permite DHCP Usar una IP manual para cada PC: si el escribir Dirección IP Máscara de subred Puerta enlace predeterminada Servidores DNS 40
Configurar un red doméstica o para pequeña oficina Para ello utilizaremos el asistente de Windows que facilita bastante la tarea: Buscamos en: Inicio/configuración/panel de control/conexiones de red/configurar un a red domestica o para pequeña oficina 41
Configurar un red doméstica o para pequeña oficina 1ª opción: si es el equipo principal, fuente de acceso a internet 2ª opción: si es un cliente que se conecta a internet a través de otro equipo 42
Configurar un red doméstica o para pequeña oficina Descripción del Equipo Nombre del equipo 43
Configurar un red doméstica o para pequeña oficina GRUPO DE TRABAJO: es el nombre que va a tener la red, e identifica al conjunto de PC que se unen para compartir información y recursos. TODOS los PC de la red deben tener el mismo nombre de grupo de trabajo 44
Compartir información y recursos Una vez que la red y el grupo de trabajo están configurados, podemos compartir recursos e intercambiar información. Carpeta Documentos Compartidos: al configurar la red se crea automáticamente esta carpeta donde colocamos las carpetas o archivos que queremos compartir con el resto de usuarios de la red. Compartir y Seguridad: esta opción del menú contextual de carpetas, archivos y unidades de disco permite Compartir o Privatizar el recurso. 45
Compartir y utilizar una impresora en la red Compartir una impresora: supone permitir al resto de la red que utilice la impresora que tenemos instalada en nuestro equipo. Para esto: Inicio/configuración/impresoras y faxes/(botón derecho sobre impresora) compartir y escribir el nombre que la impresora tendrá en la red. Utilizar una impresora compartida: supone instalar y utilizar una impresora instalada y compartida por otro usuario de la red. Para esto: Inicio/configuración/impresoras y faxes/agregar una impresora y seguir el sencillo asistente que detecta e instala las impresoras compartidas por los equipos de la red y transmite el driver correspondiente. Para utilizar esa impresora, el equipo donde está instalada debe estar funcionando. 46
PROFIBUS 47
48
49
50
51
52
AS-Interface o AS-i fue diseñado en 1990 como una alternativa económica al cableado tradicional. El Objetivo fundamental fue determinar un sistema de comunicación único para todos los fabricantes de sensores y actuadores. La idea original fue crear una red simple para sensores y actuadores binarios, capaz de transmitir datos y alimentación a través del mismo bus, manteniendo una gran variedad de topologías que faciliten la instalación de los sensores y actuadores en cualquier punto del proceso con el menor esfuerzo posible y que cumpliera con las normativas de seguridad. Desde entonces, el concepto AS-Interface se ha extendido considerablemente y las especificaciones iniciales se han revisado para adaptar el bus a las nuevas circunstancias y necesidades del mercado 53
54
COMPONENTES RED ASi Los Esclavos contienen la electrónica de AS-Interface y también posibilidades de conexión para sensores y actuadores, y pueden usarse en el campo o en el armario eléctrico. Los esclavos intercambian cíclicamente sus datos con un maestro, el cual será el encargado de gestionar el tráfico de datos a través de la red. En un bus AS-i pueden conectarse hasta 62 esclavos. Las estructuras compactas y descentralizadas son posibles tanto en armarios eléctricos como a pie de máquina, p. ej., en módulos con un alto grado de protección. Pueden ser esclavos digitales o esclavos analógicos. 55
COMPONENTES RED ASi Las Fuentes de Alimentación para el bus AS-i son específicas, ya que deben proporcionar potencia a los esclavos conectados y realizar el acoplamiento de los datos sobre la alimentación. Proporcionan tensiones entre 29.5 y 31.5 V DC. Normalmente son resistentes a cortocircuitos y sobrecargas. Cada segmento de la red (si se utilizan repetidores) requiere su propia fuente de alimentación. Las salidas de los módulos se alimentan mediante fuentes auxiliares 24 V DC a través del cable negro. La potencia máxima que podrán consumir los esclavos de la red dependen de la fuente de alimentación que se escoja para el sistema, por lo que es conveniente hacer un estudio de la potencia que será necesaria antes de adquirir la fuente de alimentación del sistema. La situación ideal de la fuente es junto al dispositivo o conjunto de dispositivos que mayor potencia consuman, para así limitar la circulación de corriente por el menor trozo de cable posible. En la imagen puede observarse la fuente de alimentación 3RX9307-0AA00 de Siemens AG que proporciona un máximo de 2.4 A. 56
TIPOS DE CABLES Como cable de red puede emplearse cualquier bifilar de 2 x 1.5 mm2 sin apantallamiento ni trenzado, sin embargo, se recomienda utilizar el Cable Amarillo por sus virtudes: Conectable por perforación de asilamiento. Codificación mecánica para evitar los cambios de polaridad, es decir, el perfil del cable es asimétrico, lo que impide que sea conectado de forma inadecuada a los restantes dispositivos de la red. Grado de protección IP65/67. Autocicatrizante, lo que permite la desconexión segura de los esclavos manteniendo el grado de protección IP65/67. El cable negro se utiliza para alimentar los esclavos. 57