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Capítulo 1

Redes de comunicaciones

1. Introducción

Las redes de computadores actuales son una composición de dispositivos, metodologías y métodos de comunicación que han ido apareciendo prácticamente hacia el final del siglo XIX, procediendo de la cuna de la invención del teléfono.

El teléfono, que inicialmente se concibió para la transmisión de voz, es hoy en día un instrumento para la conexión de ordenadores.

La información que se transfiere, no es transmitida tal y como sale del emisor, utilizando para ello caracteres comprensibles, tanto para el emisor como para el receptor, que se comunican mediante señalización física. Estos códigos serán las expresiones utilizadas y las señales, tanto sonoras como luminosas, etc. son las portadoras. La utilización de códigos y señales precisa que la información sea tratada de forma que en la transmisión y en la recepción sea la misma, empleando para ello el/los protocolos establecidos para tal fin.

Para que la transmisión de la información ocurra deben cumplirse ciertas condiciones:

1 Tanto el emisor como el receptor deben utilizar el mismo protocolo, para ello tendrán que establecerlo antes de iniciar la transmisión.

2 El medio de transmisión no debe interferir en la comunicación.

3 El medio debe estar adaptado técnicamente para el tipo de transmisión.

4 Asimismo, la información a transmitir debe ser puesta de forma tal que sea compatible con el canal.

Nadie duda de que hoy en día constituya una red básica de comunicación entre las personas; siguiendo un hilo histórico, presentando los diferentes mecanismos que se han utilizado y se utilizan para comunicarse a distancia. Igualmente, se verá el concepto de arquitectura de protocolos, fundamental en sistemas distribuidos.

Seguidamente, se abordará el estudio de las redes de área local, presentando de forma descriptiva los diferentes tipos de redes que existen, las ideas básicas de su funcionamiento y la noción de cableado estructurado, clave en el gran auge que han tenido últimamente las redes de área local.

2. Clasificación de redes

Normalmente, las redes de ordenadores se suelen clasificar por su envergadura, es decir, la extensión física de sus dispositivos, pudiendo abarcar distintos tamaños como un Campus Universitario, un edificio o un país:

1 Redes de Área Amplia o WAN “Wide Area Network”: este tipo de redes es la más amplia y suele abarcar países o varios de ellos (incluso continentes). Para su comunicación suelen utilizarse distintos medios como los satélites, cables de larga distancia como los interoceánicos, señales de radio, así como infraestructuras de telefonía, pudiendo ser tanto de carácter público como privado.

2 Red de área extendida (WAN): más de 10 km (por ejemplo, un país): su uso se encuentra concentrado en entidades de servicios públicos como bancos.

3 Redes de área metropolitana (MAN): de 1 a 10 km (por ejemplo, una ciudad). Estas redes, que son mayores que las habituales LAN que se conocen y que suelen utilizar los mismos protocolos que estas, se diferencian en un estándar del IEEE llamado DQDB (Distributed Queue Dual Bus) IEEE 802.6. Al igual que su hermana menor “LAN”, se suelen utilizar en organizaciones de gran tamaño o AAPP, no suelen contener elementos de conmutación y utilizan para ello infraestructuras externas a la propia red; al igual que la anterior pueden ser de carácter público o privado.

4 Redes de Área Local o LAN “Local Area Network”: este tipo de redes, que son las más utilizadas y conocidas, son las de menor tamaño, abarcando oficinas y edificios, e interconectando desde unos pocos equipos a varios miles de ellos.

5 Redes de área local (LAN): de 10 a 1.000 m (por ejemplo, una sala de la organización, un campus, etc.). Esta red, formada habitualmente por estaciones de trabajo y terminales, suele caracterizarse por su tamaño y topología, utilizando como medio de transmisión (por lo general) broadcast.

Actividades

1. Explique brevemente las ventajas de trabajar en una red.

2. ¿Qué diferencias existen entre una LAN y una WAN?

3. Redes de conmutación

El sistema de conmutación (switching en inglés), permite el alto tráfico de información entre los distintos usuarios de la red, evitando su congestión y aumentando su rendimiento.

Este se sitúa en la capa 2 del modelo de interconexión de sistemas abiertos, que es la capa de enlace de datos del OSI (en inglés, Open System Interconnection), permitiendo a los nodos intermedios asignar direcciones y adjuntar datos.

Básicamente, existen dos tipos de arquitecturas de redes de comunicación: conmutación de circuitos y conmutación de paquetes.

3.1. Conmutación de circuitos. Características

La conmutación de circuitos se basa en la creación de un circuito físico entre los dos interlocutores de la red. Este circuito físico se establece antes de transmitir cualquier tipo de información y está formado por diferentes enlaces entre los nodos.

En el momento de iniciarse una comunicación, el emisor debe comprobar que el destinatario del mensaje se encuentre disponible y en caso de ser así, localizar una ruta libre dentro de la red, que incluirá los respectivos conmutadores y enlaces entre este y el destinatario.

Una vez establecido el camino y transmitida la información, la red debe ser capaz de restablecer los recursos utilizados y dejarlos disponibles para las siguiente comunicaciones.

Sabía que...

RTB es la abreviatura de Red Telefónica Básica y su estructura de centralitas situadas jerárquicamente, que multiplexan los datos de voz, son un claro ejemplo de la conmutación de circuitos.

Las fases de envío de información se componen de tres fases en la conmutación de circuitos que son estas:

1 Establecimiento del circuito: esta fase es una de las más importantes de las tres, radica en la creación del circuito entre el emisor y el receptor; mediante solicitudes de los nodos intermedios cada uno de ellos solicitará al siguiente la correspondiente petición, verificando la existencia de recursos disponibles, en caso contrario, se abortará la petición, informando de ello a cada nodo que haya participado en la construcción del enlace, hasta el emisor.

2 Transferencia de datos: una vez finalizada la fase anterior, los ordenadores podrán comunicarse entre sí, efectuando la transmisión.

3 Desconexión: esta fase restablece los recursos utilizados durante la comunicación, una vez que esta haya finalizado, poniéndolos de nuevo a disposición, cuando sean necesarios, para otra comunicación.

Ejemplo

Para entender las tres fases para el establecimiento de la comunicación, se puede apreciar su representación en la figura 3; en el siguiente diagrama de tiempos se observa la intervención de dos nodos intermedios (fase 1), la transferencia de la información (fase 2), y el restablecimiento de recursos (fase 3).

Como se puede observar en la figura, en el establecimiento de la comunicación se aprecia un retardo, indicando el tiempo de propagación (tp), por lo tanto, será necesario antes de enviar la información disponer de todo el circuito de establecimiento. Una vez establecido, se podrá enviar la información sin más retardos que los inicialmente establecidos por los nodos. (tt tiempo de transmisión).

Debido a que cada nodo conmutador tiene que saber organizar el tráfico y las conmutaciones, estos deben tener el suficiente “conocimiento” como para realizar su labor eficientemente.

La conmutación de circuitos suele ser bastante ineficiente, ya que los canales están reservados, aunque no circulen datos a través de ellos.

La conmutación de circuitos, a pesar de sus deficiencias, es el sistema más utilizado para conectar sistemas informáticos entre sí a largas distancias debido a la profusión e interconexión que existe y a que una vez establecido el circuito, la red se comporta como si fuera una conexión directa entre las dos estaciones, ahorrando bastante lógica de control.

3.2. Conmutación de paquetes. Características

El típico problema de eficiencia que se suele encontrar en la conmutación de circuitos es la dedicación en exclusiva de sus recursos para el canal de comunicación, que se mantendrá a pesar de que no se transmita información por el mismo. Este problema puede verse aumentado cuando la información que fluye por el canal se efectúe de forma intermitente y no de forma constante.

Así, con el fin de mejorar el rendimiento en la conmutación de circuitos, se diseñó la conmutación de paquetes con los siguientes objetivos de optimizar el empleo de los canales de comunicación.

1 Interconectar terminales con diferentes velocidades.

2 Crear conexiones simultáneas sin reserva de recursos.

Nota

Con la conmutación de paquetes se consigue dotar a los nodos intermedios de capacidad de proceso, utilizando para ello un sistema de colas que permite almacenar la información, crear el enlace siguiente del canal de comunicación y enviar la información al siguiente nodo que corresponda.

Las ventajas de la conmutación de paquetes frente a la de circuitos son las siguientes:

1 La eficiencia del canal de comunicación es mayor, ya que cada nodo se puede compartir entre varios paquetes que quedarán almacenados en las respectivas colas hasta ser enviados cuando corresponda, evitando la exclusividad del medio.

2 Las conexiones entre distintos equipos con distintas velocidades será posible gracias al almacenamiento de la información en las colas de los nodos intermedios, siendo estos procesados cuando sea necesario.

3 En el supuesto de que el tráfico sea muy grande, no se bloqueará la información, simplemente se producirá retardo en las transmisiones.

4 Este tipo de conmutación permite el uso de prioridades, lo cual hará que el nodo que tenga información almacenada en su cola transmita determinados paquetes antes que otros, basándose en unos criterios.

La conmutación de paquetes debe permitir diferentes velocidades de transmisión, por esa razón se utilizan las colas de recepción y transmisión, tal como se muestra en la siguiente imagen. En esta se puede comprobar que un nodo de conmutación está compuesto por interfaces, que a su vez están formadas, entre otras cosas, por una cola de entrada y otra de salida al sistema, y que son utilizadas para controlar el acceso al nodo de conmutación, que ahora, en lugar de ser pasivo, procesa cada uno de los paquetes que alcanzan las colas de entrada y los sitúa en la cola de salida de la interfaz para ser enviados cuando proceda.

Otra consideración importante en este entorno es el tamaño del paquete que se quiere transmitir. En un principio, se pensó que los paquetes tuvieran el mismo tamaño que el mensaje que iba a ser enviado (conmutación de mensajes), pero se comprobó de inmediato que para mensajes de gran tamaño los nodos intermedios necesitaban demasiada memoria (ya que almacenan el paquete en su totalidad antes de enviarlo y, por ello, requieren demasiado tiempo para procesarlo). En consecuencia, hoy se dividen los mensajes en un tamaño máximo fijado (generalmente, 1.500 bytes).

Conmutación de paquetes con datagramas

Cada paquete se trata de forma independiente, es decir, el emisor enumera cada paquete, le añade información de control (por ejemplo, número de paquete, nombre, dirección de destino, etc.) y lo envía hacia su destino. Puede ocurrir que por haber tomado vías diferentes, un paquete con número, por ejemplo 9, llegue a su destino antes que el número 6. Es igualmente posible que el paquete número 3 se pierda por cualquier causa. Estas hipótesis son desconocidas por el emisor, siendo necesariamente el receptor el encargado de establecer el orden de los paquetes y saber los que se han descartado (para su posible requerimiento al emisor), y para esto, debe tener el software necesario.

Conmutación de paquetes con circuito virtual

Por ejemplo, si un paquete de voz llega demasiado tarde, no podrá ser decodificado y el interlocutor notará un pequeño corte en la conversación. Para minimizar este problema apareció la denominada conmutación de paquetes con circuito virtual, cuyo objetivo es asumir las ventajas de los dos paradigmas. Así, en lugar de enviar independientemente todos los paquetes de una conexión, los circuitos virtuales deciden antes el camino (como sucede en la conmutación de circuitos), pero manteniendo el envío de paquetes individuales. De este modo, todos los paquetes seguirán el mismo camino y se podrá contar con una reserva de recursos.

Las ventajas de los circuitos virtuales frente a los datagramas son estas:

1 Al efectuarse el encaminamiento de una sola vez, para la totalidad del grupo de paquetes, el tiempo de transmisión es menor.

2 Al seguir el mismo recorrido todos los paquetes, estos llegarán siempre en el mismo orden.

3 La eficiencia es mayor, ya que cada nodo es capaz de realizar la detección de errores, solicitándolo al nodo anterior si fuese necesario, antes de continuar con toda la transmisión.

Las desventajas de los circuitos virtuales frente a los datagramas:

1 Al no tener que establecer llamada en circuito de datagramas, para un volumen pequeño esta es más eficiente que los circuitos virtuales.

2 La flexibilidad de los datagramas hace que si en un determinado momento se produce una congestión, una vez que se ha iniciado la comunicación, los siguientes mensajes podrían tomar caminos alternativos (en virtuales esta opción es imposible).

3 El envío mediante datagramas es más confiable, ya que si un nodo cae, solo se perderá un mensaje, mientras que en circuitos virtuales, se perdería la totalidad de la transmisión.

3.3. ATM y Frame Relay

En primer lugar, se tratarán las características de la red ATM. Este modo de transferencia es una tecnología de telecomunicación que nació para poder dar servicio al gran ancho de banda necesario para aplicaciones y servicios.

ATM

La conmutación de celdas en modo circuito virtual a altas velocidades permite simular las condiciones de una conmutación de circuitos y, por lo tanto, poder ofrecer servicios con una cierta calidad de servicio.

Importante

ATM se fundamenta en 3 principios:

1 Conmutación de paquetes de un tamaño reducido y fijo, denominados celdas.

2 Tecnología basada en circuitos virtuales.

3 Utilización de altas velocidades de transmisión.

ATM (Asynchronous Transfer Mode) está orientado a la conexión, como una red de conmutación de circuitos. En el momento de iniciar la comunicación hacia un destino debe establecer el camino virtual que seguirán todas las celdas desde el origen hasta el destino. Este camino no cambia durante toda la comunicación; por lo tanto, si cae un nodo la comunicación se pierde. Todos los encaminadores intermedios (o conmutadores) a lo largo del camino introducen entradas en sus tablas para encaminar cualquier paquete del circuito virtual, y también reservarán los recursos necesarios para garantizar durante toda la sesión la calidad del servicio al usuario. Por esta razón, ATM garantiza el orden de llegada de las celdas, pero no garantiza la recepción de una celda, ya que la puede descartar si no es correcto.

ATM utiliza paquetes de un tamaño fijo y reducido, denominados celdas. Cada celda tiene un tamaño de 53 bytes, de los que 5 bytes son de cabecera y los restantes 48 bytes de datos útiles (payload). La utilización de este tipo de celdas supone las siguientes ventajas:

1 Facilita la conmutación de alta velocidad.

2 Simplifica el hardware en los conmutadores y el procesamiento necesario en cada nodo.

3 Reduce el tamaño de las memorias intermedias internas de los conmutadores y permite una gestión de las memorias intermedias más rápida y eficiente.

4 Reduce el retraso de procesamiento, ya que pueden ser procesadas rápidamente y además permiten realizar esta operación por hardware.

5 Disminuye la variabilidad del retraso al tener todas las celdas la misma medida, lo que resulta esencial para aquellos servicios sensibles a la cuestión temporal, como son los de voz o vídeo.

Otras características de ATM son:

1 El estándar ATM define un conjunto total de protocolos de comunicación, desde una API del nivel de aplicación hasta el final a través de la capa física.

2 ATM puede funcionar sobre cualquier capa física. A menudo, funciona sobre fibra óptica, utilizando el estándar SONET (Synchronous Optical Network, Red Óptica Síncrona) a velocidades entre 155,52 Mbps y 622 Mbps, e incluso más elevadas (del orden del gigabit). Se eligió la velocidad de 155 Mbps porque es lo que se necesita para la televisión de alta definición y para que sea compatible con el sistema de transmisión SONET. La velocidad de 622 Mbps se eligió para que 4 canales de 155 Mbps se pudieran transmitir simplemente en uno.

3 ATM es un sistema flexible, diseñado para soportar una amplia variedad de tipo de tráfico: de tasa constante de bits (CBR), de tasa variable de bits (VBR), de tasa disponible de bits (ABR) y de tasa no especificada de bits (UBR).

4 Permite convertir cualquier tipo de tráfico en celdas de 53 bytes y transportarlo sobre una columna vertebral* o WAN. Permite multiplexar las conexiones de diferentes flujos de datos sobre la misma interfaz física debido a las altas velocidades a las que funcionan los equipos ATM. Nota: en inglés, backbone. Se trata de la columna vertebral de la red, normalmente donde se aloja la electrónica de red.

5 ATM no proporciona retransmisiones en términos de enlace a enlace. Si un conmutador* detecta un error en una cabecera de celda ATM, intenta corregir el error utilizando códigos correctores de errores. Si no puede corregir el error, desecha la celda, en lugar de solicitar una nueva retransmisión desde el conmutador precedente. Nota: en inglés, switch (conmutador).

6 ATM solo proporciona control de congestión para un determinado tipo de tráfico (ABR). Los conmutadores ATM proporcionan realimentación al terminal emisor para ayudar a regular su tasa de transmisión en los momentos de congestión de la red.

Formato de las celdas ATM

Son estructuras de datos de 53 bytes compuestas por dos campos principales:

1 Header: sus cinco bytes tienen las siguientes funciones principales:La identificación del canal.Detección de errores y activación o desactivación de la célula.Información concerniente a la corrección de errores y el número correspondiente de la secuencia.

2 Payload: sus 48 bytes se componen de los datos de usuario y protocolos (denominados AAL).

Dos de las especificaciones más importantes de ATM son los canales virtuales y sus rutas virtuales, que se materializan en 2 identificadores del header de cada célula (VCI y VPI), ambos determinan la ruta entre los nodos.

La definición del estándar marca el protocolo de conexión que las transmite, siendo los dos formatos de celda los siguientes:

1 NNI (interfaz red a red), hace referencia a la conexión conmutada ATM en redes privadas.

2 UNI (interfaz usuario a red), hace referencia a la conexión de un conmutador ATM (puede ser pública o privada), a un terminal ATM de un usuario (este último es el más usado).

Nota

NNI son las siglas de Network to Network Interface.

UNI son las siglas de User to Network Interface.

Conexiones virtuales ATM

Las conexiones lógicas ATM están relacionadas con las conexiones de los canales virtuales (VCC), que indican el camino fijo que debe seguir la celda. La conexión entre dos sistemas finales se puede realizar mediante:

1 Caminos de transmisión (TP): conexión física entre un sistema final y un conmutador o entre dos conmutadores.

2 Camino virtual (VP): conjunto de una o más conexiones entre dos conmutadores. El campo VPI de la celda ATM identifica un camino virtual.

3 Circuito virtual (VC): todas las celdas que pertenecen al mismo mensaje viajan por el mismo circuito virtual y mantienen su orden original hasta llegar al destino. El campo VCI de la celda ATM identifica un canal virtual.

Nota

TP son las siglas de Transmission Path.

VP son las siglas de Virtual Path.

VC son las siglas de Virtual Channel.

Varios circuitos virtuales forman un camino virtual. Y la concatenación de varios caminos virtuales forma un canal físico de transmisión.

Dos tipos de conexiones se ofrecen en ATM:

1 Los circuitos conmutados virtuales, como son las llamadas telefónicas de voz (se establecen dinámicamente).

2 Los circuitos virtuales permanentes, que son solicitados manualmente por el usuario final (por ejemplo, para enviar un fax). La ventaja sobre la conmutación virtual de circuitos es que no es necesario ningún tipo de tiempo para establecer el circuito, los paquetes se mueven instantáneamente. Los troncales ATM en Internet utilizan, a menudo, circuitos virtuales permanentes, lo que evita la necesidad de establecimiento o destrucción de VC dinámicos.

Funcionamiento de ATM

El funcionamiento de ATM se basa en el establecimiento de un camino entre el emisor y el receptor, pasando por los nodos intermedios que sean necesarios; su principal componente es el conmutador.

Emisor

Antes de que una fuente pueda comenzar a enviar celdas a un destino, la red ATM debe establecer un canal o circuito virtual (VC) desde la fuente al destino. Cada VC es un recorrido que consta de una secuencia de enlaces entre la fuente y el destino. En cada uno de los enlaces, el VC tiene un identificador de circuito virtual (VCI).

En el terminal transmisor, la información es escrita byte a byte en el campo de información de usuario de la celda y, a continuación, se le añade la cabecera. Cada celda incluye en su cabecera un campo para el número de circuito virtual, VCI, que es utilizado para encaminar la celda hacia su destino.

Conmutación

El componente principal de una red ATM es el conmutador, diseñado para transmitir información a muy alta velocidad. El conmutador enruta individualmente cada celda ATM basándose en el camino virtual (VPI) y en el circuito virtual (VCI) de su cabecera. Cuando una celda llega a un encaminador, este le cambia el encabezado según la tabla que posee y lo envía al siguiente enlace con un VPI y/o un VCI nuevo.

Receptor

En el extremo distante, el receptor extrae la información, igualmente byte a byte, de las celdas entrantes y, por convenio con la información de cabecera, la envía donde esta le indique, pudiendo ser un terminal u otro módulo ATM para ser encaminada a otro destino.

3.4. Frame relay

Frame relay (que significa retransmisión de tramas) es una técnica simplificada de conmutación de paquetes para el transporte de información de datos. Frame relay representa la evolución de la red X.25. Al igual que su antecesor, Frame relay solo regula la interfaz usuario-red.

Frame relay confía en la utilización de medios digitales de alta velocidad y muy fiables (baja tasa de error). Por esa razón, elimina funciones como el control de flujo y la corrección de errores de las capas de enlace y de red, dejando estas funcionalidades para los niveles superiores.

Si Frame relay recibe una trama errónea, simplemente la descarta, confiando en que sea el protocolo de nivel superior de un equipo final quien pida la retransmisión de la trama. De este modo, esta conmutación se ha convertido en el complemento perfecto del protocolo TCP/IP.

Debido a esta reducción de funcionalidades, todo el mundo considera que Frame relay no es un protocolo de nivel de red, sino de nivel de enlace.

Frame relay, dado que se orienta a la conexión, proporciona uniones entre usuarios a través de una red pública de conmutación de paquetes, del mismo modo que lo haría una red privada con circuitos punto a punto. Está a medio camino entre una red de conmutación de paquetes como X.25 y una red de conmutación de circuitos como RDSI. Por ello, este tipo de red se considera una red de conmutación de paquetes en modo circuito virtual.

La retransmisión de trama ofrece dos tipos de circuitos virtuales:

1 Circuitos virtuales conmutados (SVC): estos solo han sido definidos en el estándar propuesto por la ITU-T y no por el estándar de facto.

2 Circuitos virtuales permanentes (PVC): están definidos en todos los estándares.

Nota

SVC son las siglas de Switched Virtual Circuit.

PVC son las siglas de Permanent Virtual Circuit.

Los circuitos virtuales permanentes se diferencian de los primeros en que tienen el origen y el destino prefijados, asignados por el operador de la red, y, por lo tanto, no son necesarias las fases de establecimiento y liberación.

El servicio que suelen ofrecer los operadoras de redes Frame relay solo incluye PVC y se utiliza típicamente para dar servicios de comunicaciones dentro de una corporación.

Importante

La característica principal de las redes Frame relay es la alta disponibilidad de la que disponen. Por todo ello, muchas compañías lo usan para cursar tráfico telefónico, en el que lo más importante (más que la probabilidad de error) es tener una elevada disponibilidad. Aunque Frame relay no es un protocolo especialmente diseñado para soportar tráfico multimedia, audio y vídeo en tiempo real, sí que se utiliza para la transmisión de datos combinado con TCP/IP.

Arquitectura Frame relay

A diferencia de X.25, Frame relay realiza una separación física del plano de control y del plano de usuario. El plano usuario es la parte de la arquitectura de protocolo por la que circulan los datos del usuario y el plano control es la parte de la arquitectura de protocolo por la que circulan datos entre el usuario y la red, para su supervisión. Frame relay no tiene temporizador, por lo que supervisa el estado del acceso físico mediante protocolo de señalización, para informar de que se ha dañado o se han producido errores.

Estándares asociados

Frame relay es un estándar especificado por el CCITT (ahora ITU-T) y el ANSI en varias recomendaciones que definen las señales y la transmisión de datos al nivel de enlace (nivel 2 de OSI):

1 Recomendación del CCITT I.122 que describe el servicio Frame relay, incluyendo SVC y PVC. Es similar a la ANSI T1.606. La multiplexión de circuitos se realiza a nivel 2, en lugar de a nivel 3, como sucede en el caso del protocolo X.25.

2 Recomendación CCITT Q.922, equivalente a la ANSI T1.618, en la que se define el servicio Frame relay como el nivel 2 de RDSI.

3 Recomendación del CCITT Q.933, equivalente a la ANSI T1.617, que define los procedimientos de señalización para el establecimiento de los SVC.

4 Recomendación del CCITT I.433, que especifica la interfaz física, tanto para los PVC como los SVC.

5 Recomendación del CCITT I.370, equivalente a la ANSI T1S1/90-175R4 (addendum de la T1.606). Describe los métodos opcionales para el control de la congestión y gestión dinámica del ancho de banda.

Sabía que...

Además, existe el Frame relay Forum, creado en 1990 por varios fabricantes con el objetivo de promover su utilización y editar especificaciones complementarias (algunas han sido incorporadas posteriormente por el CCITT).

Frame relay y su forma de trabajo

Una red Frame relay está formada por nodos y terminales conectados a estos. El terminal (DTE) envía tramas a la red, cada una con un código de identificación DLCI (Data Link Circuit Identifier) que indica el destino de esta.

Durante el proceso de llamada o al contratar el servicio al operador, todos los nodos en el camino hacia el destino final reservan un canal específico identificado con un DLCI, por el que las tramas con el mismo identificador deberán enviarse. Los nodos encaminan las tramas hacia su destino leyendo su código de identificación.

Se aprecia cómo, a diferencia de otros circuitos de conmutación, en Frame relay hay DLCI diferentes en el UNI para datos entrantes y salientes de la red. Además, cada circuito se trata de un CVP, y no de un CVC.

Tabla de conmutación de Frame Relay

La tabla de conmutación Frame Relay consta de cuatro entradas: dos para el puerto y DLCI entrante, y dos para el puerto y DLCI saliente.

El DLCI se puede, por lo tanto, reasignar a medida que pasa a través de cada switch; el hecho de que se pueda modificar la referencia de puerto explica por qué el DLCI no varía aun cuando la referencia de puerto pueda ser modificada.

Control de congestión

El tráfico que puede cursar un nodo depende del tráfico que le llega y de su capacidad de conmutación. Cuando a un nodo le llegan datos que no puede cursar, los descarta y se quedan sin alcanzar su destino (es cuando la curva cae).

Para evitar entrar en la zona de congestión, Frame relay utiliza el mecanismo de notificación y descarte, funcionalidad implementada en el nivel 2 del plano del usuario. Si no lo hace, la red descartará mediante técnicas estadísticas los datos que considere oportunos, notificando al DTE del usuario que disminuya su tasa de tráfico.

Cabe señalar que la congestión es unidireccional, pues puede haber caminos distintos para los dos sentidos de la transmisión y mientras uno puede estar sufriendo problemas de tráfico (congestión), el otro puede no tenerlos.

QoS

Frame relay permite contratar una cierta calidad de servicio o ancho de banda asegurado para cada circuito virtual. Dicha calidad está definida mediante ciertos parámetros:

1 CIR. (bits/s): es la tasa de información comprometida, es decir, el caudal medio garantizado que la red se compromete a dar en una conexión durante un intervalo de tiempo definido (Tc). Es un parámetro asociado a cada sentido de la transmisión de cada circuito virtual y puede hacerse asimétrica, es decir, dar un valor distinto del CIR para cada sentido.

2 EIR: margen de tolerancia que se dará al usuario, es decir, cuánto se le va a permitir exceder el CIR contratado puntualmente y siempre que no haya congestión en la red.Tc: intervalo de observación. Parámetro del algoritmo para calcular el CIR.Bc: volumen de información comprometida por la compañía durante el intervalo Tc:Bc = CIR · TcBe: volumen de información en exceso:Be = EIR · Tc

Nota

CIR es la sigla de Committed Information Rate.

EIR es la sigla de Excess Information Rate.

Tc denota Commited Rate Measurement Interval.

Bc denota Committed Burst Size.

Be denota Excess Burst Size.

Si la información cursada durante el intervalo Tc:

1 No sobrepasa Bc, está garantizada su transmisión.

2 Está entre Bc y Bc + Be, no se sabe si llegará o no a su destino (la compañía no lo garantiza). Existe un bit en la trama (bit DE) que es activado por la red en tramas que superen Bc (es decir, aquellas que pertenezcan a Be) para indicar que esas tramas deberían ser descartadas en preferencia a otras, si es necesario.

3 Excede de Bc + Be, seguro que no llegará.

En la interfaz usuario-red se controla, para cada circuito virtual, que los usuarios se ajusten a los parámetros Bc y Be que han negociado. Si la red está bien diseñada, no debe perder datos que no superen el tráfico comprometido.

Aplicación práctica

Usted está administrando la red de un Campus Universitario y está conectado a un nodo con un software de tipo sniffer (aplicación software que captura tramas que circulan por una red) para analizar las tramas; su red es una Frame Relay y observa cómo el bit DE se ha puesto a 1, ¿es posible que este haya sido manipulado por el nodo que está atravesando?

¿Podría un host manipular el bit?

SOLUCIÓN

El conmutador podrá poner el bit DE a 1 en aquellas tramas que no puedan ser enviadas.

Un host puede poner a 1 el bit DE cuando considere que los mensajes son de escasa importancia, reservando su capacidad para otros procesos.

4. Redes de difusión

Se consideran redes de difusión aquellas en las que cualquier dispositivo que comparta el medio y emita una señal, pueda ser recibida por todas las estaciones.

Estos sistemas suelen permitir la difusión de una transmisión a todos los computadores que conforman la red, cuando esta lleva en su cabecera un código específico en el campo de la dirección, a esta modalidad de difusión se le denomina broadcasting.

Básicamente existen tres topologías posibles:

1 Topología en estrella. Todos los dispositivos se conectan físicamente a un hub o switch (concentrador o conmutador).

2 Topología en bus. Todos los dispositivos que comparten el medio reciben la misma información.

3 Topología en anillo. Se basa en el conexionado de sus dispositivos con el anterior y posterior computador que conforman el anillo.

Definición

La topología de la red

Camino físico que siguen los datos por la red, la manera lógica en que se conectan los diferentes dispositivos que la forman. A menudo hay que diferenciar entre la topología lógica y la topografía o diseño físico (la manera en que se “tiran” los cables).

Actividades

3. Trate de explicar con sus palabras qué es una red de difusión.

4.1. Redes en bus

La topología en bus consiste en compartir un medio físico, generalmente un cable rígido del tipo RG-58, donde se conectan todos los dispositivos de la red.

Los dispositivos conectados al medio escuchan si existe actividad de transmisión; en el instante en que uno de ellos ponga una trama en el medio, el resto de equipos la capturarán para comprobar si son los destinatarios de esta.

Nota

En los extremos de una red con cable coaxial deben existir dos piezas denominadas terminadores, para cerrar el circuito, tienen un valor de 50 ohmios.

Sus características son las siguientes:

1 Los nodos no retransmiten ni amplifican la información.

2 El tiempo de retención de la información en los nodos es nulo.

3 Todos los mensajes llegan a todos los nodos.

4 No es necesario ningún encaminamiento de la información.

5 La fiabilidad de la comunicación depende únicamente del bus (punto crítico).

6 La configuración es flexible y modular.

7 Ofrece facilidad para interceptar la información circulante.

4.2. Redes en anillo

La topología en anillo se basa en el conexionado de sus dispositivos, con el anterior y posterior computador que conforman el anillo. En el momento en que un computador requiera enviar una transmisión a otro, la información circulará por todos los nodos que puedan existir entre ellos, siendo la circulación por el medio unidireccional.

El dispositivo que conecta el ordenador al anillo es un repetidor, un circuito que consta de tres conexiones.

El repetidor trabaja en tres modalidades:

1 Modo escucha: en esta modalidad el repetidor captura los mensajes por A pasándolos de forma instantánea a B y C, para que la información continúe viajando a través del medio, de tal forma que todas las computadoras recibirán la misma información para proceder al análisis de su contenido. En caso de que uno de ellos sea el destinatario, la captura y, en el caso contrario, la descarta.

2 Modo transmisión: el dispositivo pone en circulación un mensaje, lo hace a través de C; el mensaje cruza el repetidor y sale por B hacia el siguiente periférico del anillo.

3 Modo cortocircuito: esta modalidad es usada cundo un dispositivo se encuentra apagado, pasando la información directamente de A en B, sin que el ordenador se quede con una copia, continuando la funcionalidad del anillo.

Las características de esta topología son las siguientes:

1 Cada nodo amplifica y repite la información que recibe.

2 Los mensajes viajan por el anillo nodo a nodo, de manera que todas las informaciones pasan por todos los módulos de comunicación de las estaciones (facilidad para interceptar la información).

3 No hay que dirigir el encaminamiento de la información.

4 La fiabilidad del anillo depende de cada uno de los nodos y de la vía de comunicación que forma el anillo. La caída de una sola estación podría provocar que la red entera dejara de funcionar.

4.3. Pseudología de las redes inalámbricas

La topología inalámbrica no utiliza ningún medio físico para la transmisión, el medio utilizado es el vacío, se podría asimilar a la topología en bus por la forma en que la información llega a sus destinatarios.

La topología condiciona los mecanismos de acceso al medio que se pueden usar en una red local. En el caso de las redes inalámbricas esto es particularmente determinante.

En la mayoría de las topologías existentes se pueden apreciar los siguientes problemas:

1 Dificultad, o imposibilidad incluso, para hacer llegar el cableado cuando el sitio es físicamente de difícil acceso.

2 Necesidad de hacer una estimación de crecimiento de la red y desarrollar más infraestructura de la que se necesita en un principio para poder prever este crecimiento en el futuro.

3 En todos los casos hay que agujerear las paredes o el suelo para tirar el cableado necesario.

Para poder resolver este tipo de problemas, han aparecido las llamadas redes locales sin hilo, es decir, redes basadas en ondas de radio.

Nota

Las redes locales sin hilo son denominadas en inglés wireless local area network (WLAN).

Las redes locales sin hilo pueden operar en modo ad-hoc o en modo infraestructura:

1 Modo ad-hoc (cliente frente a cliente): todas las máquinas que se encuentran dentro de la misma zona de alcance se pueden comunicar entre sí directamente. No es habitual, aunque es práctico, por ejemplo, para intercambiar la información entre dos ordenadores (sería similar a la conexión de dos ordenadores mediante un cable trenzado).

2 Modo infraestructura (cliente frente a punto de acceso): las estaciones se comunican con los llamados puntos de acceso, que actúan de repetidores y difunden la información al resto de la red.

Sabía que...

El IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) ha definido la norma 802.11 (y posteriores) para regular el funcionamiento de las redes sin hilo. La más extendida es la norma 802.11g, con velocidades de hasta 50 Mbps. Emite dentro de la banda de 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical).

4.4. Redes en estrella

Esta topología es una de las más utilizadas en las LAN (Local Area Network), en estos momentos. Su implementación se basa en conectar todos sus dispositivos a un hub o switch central (concentrador o conmutador). El switch (conmutador) que es el dispositivo más utilizado en este tipo de redes, está dotado de gestión con capacidad de diagnóstico, pudiendo detectar y corregir errores.

En esta topología, cuando una señal circula a través del medio, procediendo de la tarjeta de red de la computadora hacia el hub (concentrador), este procederá al reenvió de la información a todos sus puertos. Este tipo de comunicación se asemeja a la de bus, todos los dispositivos reciben el mensaje, pero solo el ordenador con una dirección igual a la dirección del emisor podrá leer la información.

Una de las diferencias que radica en la topología en bus es que una topología en estrella es mucho más fiable, ya que al eliminar una de las conexiones, el resto de la red sigue operativa.

Cada estación tiene un cable de salida hacia el repetidor central y otro de entrada desde este. Este esquema se comporta como una topología en bus y, por tanto, puede haber colisiones de mensajes, para lo cual se divide el sistema en subsistemas a los cuáles solo algunas tienen acceso (segmentación).

Estrella jerárquica

Esta estructura jerárquica se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales por medio de concentradores dispuestos en cascada para formar una red jerárquica.

Cuando se aplica a una red basada en la topología estrella, este concentrador central reenvía todas las transmisiones recibidas de cualquier nodo periférico a todos los nodos periféricos de la red, algunas veces incluso al nodo que lo envió.

Todos los nodos periféricos se pueden comunicar con los demás transmitiendo o recibiendo del nodo central solamente. Un fallo en la línea de conexión de cualquier nodo con el nodo central provocaría la incomunicación de ese nodo respecto de los demás, pero el resto de sistemas permanecería intacto.

Esta topología varía de la estrella extendida en que, en vez de estar conectada con hubs o switch, los nodos se conectan a un ordenador central que controlará el tráfico de la red.

Los problemas asociados a las topologías anteriores radican en que los datos son recibidos por todas las estaciones sin importar cuál es el receptor.

Este es uno de los motivos por lo que se hace imprescindible dotar a la red de elementos que permitan identificar al destinatario de los mensajes, para que estos puedan ser recogidos en su destino.

Además, debido a la presencia de un medio de comunicación compartido entre varios dispositivos, se puede llegar a producir saturación entre las distintas señales que se propagan, originando que cuando dos o más estaciones transmiten al mismo tiempo se produzcan colisiones.

Actividades

4. ¿Qué tipología de red usaría para un instituto? Razone su respuesta.

5. Suponiendo que en su domicilio dispone de un enrutador/conmutador con acceso a Internet y tiene cuatro equipos que conectar, dibuje un esquema e indique qué topología usaría.

Aplicación práctica

Suponiendo que como encargado de sistema de su empresa, le encargan el montaje y conexión de 4 ordenadores y una impresora para una oficina que se dedica a la correduría de seguros, ¿qué tipo de red instalaría?

SOLUCIÓN

En este caso, se montaría una red en estrella, ya que es una de las más seguras: si existe algún problema con alguno de los equipos de la red, el resto seguiría funcionando.

5. Resumen

El teléfono que inicialmente se concibió para la transmisión de voz, es hoy en día un instrumento para la conexión de ordenadores.

La información que se transfiere, no es transmitida tal y como sale del emisor, utilizando para ello caracteres comprensibles, tanto para el emisor como para el receptor, que se comunican mediante señalización física. Estos códigos serán las expresiones utilizadas y las señales tanto sonoras como luminosas, etc. son las portadoras. La utilización de códigos y señales precisa que la información sea tratada de forma que en la transmisión y en la recepción sea la misma, empleando para ello el/los protocolos establecidos para tal fin.

Básicamente, existen dos tipos de arquitecturas de redes de comunicación: conmutación de circuitos y conmutación de paquetes.

Debido a que cada nodo conmutador debe saber organizar el tráfico y las conmutaciones, estos deben tener el suficiente “conocimiento” como para realizar su labor eficientemente. En esta se puede comprobar que un nodo de conmutación está compuesto por interfaces, que a su vez están formadas, entre otras cosas, por una cola de entrada y otra de salida al sistema y que son utilizadas para controlar el acceso al nodo de conmutación, que ahora, en lugar de ser pasivo, procesa cada uno de los paquetes que alcanzan las colas de entrada y los sitúa en la cola de salida de la interfaz para ser enviados cuando proceda. Para minimizar este problema apareció la denominada conmutación de paquetes con circuito virtual, cuyo objetivo es asumir las ventajas de los dos paradigmas. Así, en lugar de enviar independientemente todos los paquetes de una conexión, los circuitos virtuales deciden antes el camino (como sucede en la conmutación de circuitos), pero manteniendo el envío de paquetes individuales.

La conmutación de celdas en modo circuito virtual a altas velocidades permite simular las condiciones de una conmutación de circuitos y, por lo tanto, poder ofrecer servicios con una cierta calidad de servicio.

Todos los encaminadores intermedios (o conmutadores) a lo largo del camino introducen entradas en sus tablas para encaminar cualquier paquete del circuito virtual y también reservarán los recursos necesarios para garantizar durante toda la sesión la calidad del servicio al usuario.

Varios circuitos virtuales forman un camino virtual. La ventaja sobre la conmutación virtual de circuitos es que no es necesario ningún tipo de tiempo para establecer el circuito, los paquetes se mueven instantáneamente. En cada uno de los enlaces, el VC tiene un identificador de circuito virtual (VCI). Cada celda incluye en su cabecera un campo para el número de circuito virtual, VCI, que es utilizado para encaminar la celda hacia su destino. El conmutador enruta individualmente cada celda ATM basándose en el camino virtual (VPI) y en el circuito virtual (VCI) de su cabecera.

Frame relay (que significa retransmisión de tramas) es una técnica simplificada de conmutación de paquetes para el transporte de información de datos. Está a medio camino entre una red de conmutación de paquetes como X.25 y una red de conmutación de circuitos como RDSI. Por ello, este tipo de red, se considera una red de conmutación de paquetes en modo circuito virtual.

Frame relay permite contratar una cierta calidad de servicio o ancho de banda asegurado para cada circuito virtual. Es un parámetro asociado a cada sentido de la transmisión de cada circuito virtual y puede hacerse de forma asimétrica, es decir, dar un valor distinto del CIR para cada sentido, parámetro del algoritmo para calcular el CIR.

Ejercicios de repaso y autoevaluación

1. Indique cuál de las características siguientes quedarían fuera de las atribuciones de cualquier topología en estrella:

1 Todas las estaciones se conectan a un elemento central.

2 Cuando una estación emite un mensaje, siempre llega a todas las estaciones de la red.

3 Es una topología resistente a la caída de las estaciones de trabajo.

4 El dispositivo central puede ser activo o pasivo.

2. ¿Cuáles serían los elementos esenciales de una red de comunicación? (varias respuestas son válidas).

1 Sistema de transmisión

2 Sistema de control

3 Sistema de señalización

4 Sistema de corrección

5 Sistema de conmutación

6 Sistema de modulación

3. Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

Una red de ordenadores es un conjunto de ordenadores con capacidad de proceso conectados entre sí.

1 Verdadero

2 Falso

¿Cree que la definición de un protocolo son las normas a seguir a la hora de transmitir la información?

1 Verdadero

2 Falso

4. ¿Qué es un protocolo?

1 Normas a seguir para poder utilizar un servicio.

2 Una utilidad que da la red.

3 Es la portadora del medio de comunicación.

4 Las opciones a.y b. son correctas.

5. Identifique dos particularidades que distingan una topología en malla de una en bus.

1 Muchas conexiones

2 Fiabilidad

3 Velocidad

4 Conexionado con BNC

5 Conexionado con RJ45

6. ¿Cómo se denomina a las redes WIFI?

1 Wimax

2 WLAN

3 PAN

4 UMTS

7. Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

¿Las tres particularidades de una arquitectura de red son topología, método de acceso al cable y protocolos de comunicación?

1 Verdadero

2 Falso

¿Sería correcto decir que las siglas RTC corresponden a Red de Transporte Codificada?

1 Verdadero

2 Falso

8. ¿Qué se utiliza para disminuir el efecto de atenuación en una señal digital?

1 Amplificador

2 Repetidor

3 Regenerador

4 Multiplicación

9. ¿Qué topología de las descritas es la más usada?

1 Malla

2 Bus

3 Estrella

4 Árbol Jerárquica

5 Anillo

10. Indique si la siguiente afirmación es verdadera o falsa.

La topología de red que utiliza un mayor cableado es la de bus.

1 Verdadero

2 Falso

11. En una interconexión cuenta con la ventaja de que si un camino falla, el resto de la red sigue funcionando. ¿De qué topología se trata?

1 Estrella

2 Malla

3 Bus

4 Anillo

12. ¿Qué vía de comunicación usaría para transmitir datos entre dos dispositivos situados a unos 8 metros de distancia?

1 Bluetooth por la distancia

2 WIFI

3 Estrella Jerárquica

4 Bus

13. Se quiere diseñar una red informática para una estación de tren, para que sus usuarios se conecten a Internet, ¿qué tipo de red propondría?

1 Una red WAN

2 Una red en estrella

3 Una red inalámbrica

4 Una de tipo malla

14. ¿Cuáles de las siguientes modalidades corresponderían a un repetidor en anillo?

1 Modo sleep, modo transmisión, modo cortocircuito.

2 Modo escucha, modo transmisión, modo cortocircuito.

3 Modo escucho, modo transmisión, modo reposo.

4 Ninguna de las opciones anteriores es correcta.

15. El modo ad-hoc en las WLAN hace que se comuniquen las máquinas de...

1 ... cliente frente a punto de acceso.

2 ... cliente frente a servidor.

3 ... cliente frente a cliente.

4 ... punto de acceso frente a punto de acceso.

Capítulo 2

Redes de área local

1. Introducción

Las redes de área local son también las denominadas LAN, siendo la abreviatura de Local Area Network, estas redes que agrupan dispositivos y periféricos para intercambiar información suelen ser de ámbito reducido, abarcando, de entre 10 a 1000 m, como por ejemplo una oficina, una sala de una organización o un campus.

En el término de red local se incluye el software y hardware necesario para el intercambio de información de todos los dispositivos que conforman la red.

El abaratamiento de sus costes, su constante aumento de la velocidad de transmisión (se sitúa en 10 Gbps IEEE 802.3ae ahora y 100 Gbps en estudio), hacen que en la actualidad sean unas de las más utilizadas, además están dotadas de un sistema fiable de detección y corrección de errores.

La importancia de la planificación e implementación de una red local aumenta significativamente la productividad de sus computadores y periféricos implicados, de lo contrario puede ser frustrante e incluso conllevar la pérdida de información.

Habitualmente, en este tipo de redes se encuentran conectados servidores, entre estos es posible distinguir distintos tipos:

1 Dedicados: aquellos que controlan la comunicación, seguridad y no permiten la ejecución de aplicaciones (los menos habituales).

2 No dedicados, que a su vez de dividen en dos grupos:Servidores de aplicaciones: aquellos que se dedican a ejecutar aplicaciones, como por ejemplo un paquete ofimático, una aplicación de Cad, etc.Servidor de ficheros: aquellos que mediante recursos compartidos ofrecen a sus usuarios información almacenada, tanto generada por ellos mismos como los agregados por la compañía. Estos recursos se administran mediante permisos para controlar el acceso a los mismos.

2. Definición y características de una red de área local

Se podría definir como una agrupación de dispositivos y periféricos interconectados entre sí para el intercambio de información, utilizando para ello el/los protocolos estipulados para tal fin.

Las características más importantes de este tipo de redes son las siguientes:

1 Su tecnología de difusión es broadcast, compartiendo el medio de transmisión.

2 El uso del medio de comunicación es de carácter privado.

3 Su alta velocidad de transmisión de 1 Gbps a 10 Gbps.

4 Su gran facilidad para efectuar cambios en su hardware y software.

5 Poder interconectarlas con otras redes.

6 Su medio de transmisión es muy simple (cable de par trenzado, coaxial, fibra óptica y WIFI).

7 Aunque su limitación directa es de 100 m, puede alcanzar mayor distancia si se utilizan repetidores.

8 Números elevados y variedad de dispositivos conectados.

Su extensión está limitada a un edificio, a una oficina, generalmente de unos pocos kilómetros. El término de red local incluye tanto el software como el hardware necesario para la transferencia de la información.

El protocolo más usado es el TCP/IP, aunque pueden utilizar otros como el IPX y NetBIOS.

3. Topologías

La topología de red define la estructura de una red y en este caso se clasifican en dos grupos, siendo las más comúnmente utilizadas las siguientes:

3.1. Topologías físicas

Se denomina topología física a la forma en la que el cableado se realiza en una red.

1 Topología de bus: este tipo de topología utiliza un único cable que es su estructura vertebral principal y que debe disponer en sus extremos de un terminador o tapón. Esta topología es muy sensible a fallos o roturas, ya que esta situación provocaría la interrupción de todas las transmisiones. Sabía que...: la red en bus necesita finalizar en ambos extremos con unos terminadores. Estos terminadores también denominados tapones sirven para evitar los posibles rebotes de la señal portadora, siendo esta una impedancia de 50 Ω (ohmios).

2 Topología en anillo: la topología en anillo consiste en la conexión de varios nodos punto a punto, formando un anillo físico. Cuando se utiliza el medio para la transmisión de información, esta pasa por cada uno de los dispositivos conectados al anillo hasta llegar a su destino, siendo uno de los principales problemas el hecho de que los repetidores que lo conforman son unidireccionales. Aunque este tipo de topología no suele tener problemas de congestión de tráfico, al igual que la de bus, una rotura del medio físico provocaría un fallo general de la red.

3 Topología en estrella: la conexión de esta topología se efectúa conectando todos sus nodos a uno central, se basa en una red punto a punto y se envía la información del nodo central al resto. Su fiabilidad es alta, ya que si uno de los nodos falla, el resto sigue funcionando, exceptuando si se trata del nodo central, que interrumpiría las transmisiones.Topología en estrella extendida: es una variante de la anterior que conecta estrellas individuales entre sí mediante la utilización de concentradores (en inglés switch), se utiliza para ampliar la cobertura.Topología jerárquica: es similar a la anterior variante, pero en vez de utilizar switches, el sistema se conecta a un ordenador central con capacidad para controlar todo el tráfico de la red.Topología de malla: esta topología es conocida por su gran fiabilidad, al estar conectados todos sus nodos con todos los demás que forman la red, se suele utilizar en infraestructuras que requieran de una alta disponibilidad, como por ejemplo una central nuclear.Topología de árbol: su estructura se basa en una ramificación desde un servidor base, su fiabilidad es uno de sus problemas, ya que el fallo de uno de sus nodos interrumpirá todo el tráfico de su ramificación.

Actividades

1. Dibuje una topología mixta (anillo/estrella). ¿Cómo las uniría?

3.2. Topologías lógicas

Se considera topología lógica a la forma en que sus dispositivos se comunican, siendo los más habituales los reseñados a continuación:

1 Topología broadcast: esta topología consiste en que cada dispositivo envía los datos a todos los hosts que componen la red. (Ethernet).

1 Topología transmisión de tokens: este tipo de transmisión se basa en el envío de un token a cada uno de los dispositivos que la componen de forma secuencial. Cuando un host recibe la información y no tiene nada que transmitir, reenvía la información al siguiente, repitiéndose el proceso.

Definición

Token

Frame de 3 bytes que viaja alrededor del anillo como paso de testigo (estándar IEEE 802.5).

Actividades

2. ¿Recuerda qué peculiaridad tenían los extremos del cable de una topología bus?

3. Enumere las topologías lógicas. ¿Son tangibles las topologías lógicas?

4. Arquitectura de protocolos LAN

A finales de los años setenta, la ISO (Organización Internacional para la Estandarización, creada en el año 1980) fue definiendo la arquitectura de redes OSI (en inglés, Open System Interconnection), que es el modelo de red descriptivo, con el fin de promover la creación de una serie de estándares que especificaran un conjunto de protocolos independientes de cualquier fabricante.

Pretendía establecer las normas y los estándares para que el software y los dispositivos de diferentes fabricantes pudieran funcionar conjuntamente, además de intentar facilitar las comunicaciones entre distintos sistemas, pretendiendo evitar la supremacía de alguno de los fabricantes de la época.

Desde sus inicios, las redes, fueron diseñadas teniendo en cuenta solo el hardware de sus comunicaciones; al no tener éxito en un futuro inmediato, la estrategia cambió, pasando en la actualidad a un software de red estructurado.

Para poder reducir la complejidad del diseño, estas se organizaron en capas, cada una situada de forma secuencial sobre la otra.

Una capa de nivel N de un ordenador mantiene comunicación con otra capa de nivel N de otra máquina. Estas reglas que se usan se denominan protocolos.

Las capas inferiores proveen servicios de transporte de las capas superiores, tratan problemas como errores del sistema o localización de rutas óptimas.

Las capas superiores tienen la misión de prestar servicio al usuario, confiando en los servicios de sus niveles inferiores.

Como se puede apreciar en la figura anterior, la información no se transfiere directamente de una capa a otra, sino que la información pasa de una a la otra inmediatamente inferior, siendo esta transferencia de forma secuencial, hasta llegar a la última.

Actividades

4. ¿A qué nivel pertenece la capa física? Describa un ejemplo.

La diferencia existente entre LAN, MAN y WAN en el modelo OSI se encuentra en las tres capas inferiores, que son la capa física, la de control de acceso al medio y la de control de enlace lógico.

De las siete capas, se va a tratar a continuación el nivel más bajo, el cual se encarga del medio de transmisión.

4.1. Nivel físico

Esta capa es la más baja de la pila OSI, siendo la más próxima al hardware. Es la que se encarga de definir las características físicas del medio de transmisión. Su función es proporcionar al nivel de enlace un acceso al sistema de transmisiones que sea independiente de los detalles técnicos y funcionales.

En su diseño intervienen cuatro aspectos que son estos:

1 El mecánico. Este se encarga de las características de los conectores, el cableado, la numeración de los pines, etc.

2 El eléctrico/óptico. Indica cómo se representan los bytes, persistencia de los pulsos, su voltaje, el tipo de señal, su velocidad y naturaleza del medio.

3 Funcional. Funciones de los circuitos de una interfaz, como la codificación, la modulación, etc.

4 Procedimiento. La sucesión de los acontecimientos en el intercambio de información.

Ejemplo

La norma EIA RS-232-C, utilizada en puertos serie, es un protocolo de la capa física. En cuanto a redes, el nivel físico se incluye en el subnivel MAC (siglas de médium Access control) como la IEEE 802.X.

4.2. Nivel de enlace

Uno de sus principales objetivos es ofrecer a la capa inmediatamente superior su nivel de red, una transmisión a través de un medio físico.

Nota

Los protocolos más representativos de la subcapa MAC, IEEE 802.3 (también conocido como Ethernet), 802.4 (Token Bus), 802.5 (Token Ring) y ANSI X3T9.5/ISO 9314 (FDDI). El protocolo de la subcapa LLC para todas las redes locales de difusión es IEEE 802.2.

Entre sus funcionalidades destacan las siguientes:

1 Sincronismo a nivel de tramas, estableciendo los delimitadores de origen y destino para su detección en la recepción.

2 Control de flujo para el ritmo de la transmisión de datos entre sus interlocutores, para evitar la congestión del nodo receptor.

3 Control de errores en la comunicación, para que los datos transmitidos se correspondan con los del receptor.

4 Direccionamiento para el destino, debiendo este estar perfectamente identificado, en caso de existir más de uno.

5 La gestión del enlace en el inicio y finalización de la comunicación, introduciendo tanto la activación y desactivación del enlace.

6 El control de acceso al medio en redes de difusión, se trata del acceso de todos los dispositivos que comparten un medio físico único. Cuando más de uno inicia una transmisión a la vez, se generan conflictos, denominados colisiones, siendo necesario un control en redes broadcast. Dentro del control de acceso al medio se encuentran las siguientes subcapas:Subcapa inferior MAC, que se ocupa de resolver los problemas de acceso al medio, agregar la dirección MAC del nodo fuente y del nodo destino en cada trama, efectuar la detección y si es posible la corrección de errores, y descartar tramas duplicadas. Nota: las siglas MAC corresponden a Media Access Control estándar IEEE 802.Subcapa superior LLC, que cumple la función equivalente a la de la capa de enlace en las líneas punto a punto, siendo responsable de la identificación de la forma lógica de los distintos protocolos y de su encapsulación. Nota: las siglas LLC corresponden a Logical Link Control. Define la forma en que los datos son transferidos sobre el medio físico.

Subnivel MAC (Medium Access Control)

Uno de los problemas más graves a resolver en un sistema de comunicaciones es el acceso a un único medio de varios dispositivos que quieran transmitir información a la vez.

Sin un método de organización, resultaría prácticamente imposible realizar la comunicación.

Una analogía al caso planteado podría ser el que varios vehículos quisieran acceder a la vez a una carretera, siendo la carretera el medio, si esto se realiza se originaría un caos, produciéndose “colisiones” entre los coches. Para evitar el problema se podría establecer un paso por turnos (estrategia de división por tiempo); circular por la carretera a varias velocidades (división por frecuencias); establecer sentido (dirección) de la marcha (división espacial); o establecer una codificación con las luces de los turismos (división por código, al igual que en CDMA), solo aquellos conductores que conozcan el código pueden entenderse.

Por eso se estableció la subcapa MAC, que se sitúa en la parte inferior de la capa de enlace (capa 2 del modelo OSI), siendo algunas de sus funciones las siguientes:

1 Control de acceso al medio físico de los dispositivos conectados.

2 Introducir la dirección MAC del dispositivo de origen y destino en la trama a transmitir.

3 Introducir bits de bandera (flags) para que el receptor identifique el inicio y final de cada trama.

4 Detectar errores y, si es posible, corregirlos durante la transmisión.

5 Eliminar transmisiones duplicadas o con errores.

Subnivel LLC (Logical Link Control)

Esta subcapa de enlace lógico se fundamenta en la independencia de la capa de enlace de datos de las posibles tecnologías existentes y futuras. Esta proporciona versatilidad en los servicios de la capa de red que está por encima, comunicándose de forma efectiva con las que se encuentran por debajo.

Esta subcapa es la más alta de las dos existentes en el enlace de datos recogidas por el IEEE, siendo la subsidiaria del control de enlace lógico.

Esta subcapa es la responsable del manejo del control de:

1 Control de errores

2 Control de flujo

3 Entramado

4 Control de diálogo

5 Direccionamiento de la subcapa MAC

El protocolo LLC transporta los datos del protocolo, el paquete IP y agrega la información de control necesaria para la entrega del paquete a su destinatario. Después el envío IP, es reempaquetado hacia la subcapa MAC para que la tecnología específica le añada datos y los encapsule.

Actividades

5. Describa con sus palabras las funcionalidades del nivel de enlace.

6. ¿El subnivel LLC es específico para cada arquitectura de red?

5. Normas IEEE 802 para LAN

Los grupos de trabajo que están activos en estos momentos se pueden apreciar en la siguiente tabla:

Nombre	Descripción	Nota
IEEE 802.1	Normalización de interfaz. Define la relación entre los estándares 802 del IEEE y el Modelo de Referencia para Interconexión de Sistemas Abiertos
IEEE 802.1D	Spanning Tree Protocol
IEEE 802.1Q	Virtual local Area Networks (VLAN)
IEEE 802.1 aq	Shorttest Path Bringing (SPB)	Sin redactar
IEEE 802.2	Control de Enlaces Lógicos Define el protocolo de control de enlaces lógicos (LLC), el cual asegura que los datos sean transmitidos de forma confiable por medio del enlace de comunicación.
IEEE 802.3	CSMA/CD (Ethernet), que define cómo opera el método de Acceso Múltiple con Detección de Colisiones sobre varios medios
IEEE 802.11	Redes inalámbricas WLAN (WI-FI). Estandarización de medios como el radio de espectro de expansión, radio de banda angosta, infrarrojo y transmisión sobre líneas de energía
IEEE 802.15	WPAN (Bluetooth-ZigBee)
IEEE 802.16	Inalámbricas de banda Ancha (WIMAX)
IEEE 802.17	Anillo de paquete Elástico
IEEE 802.18	Normativas de Radio	En desarrollo
IEEE 802.19	Asesoría Técnica sobre coexistencia
IEEE 802.20	Mobile Broadband Wireless Access
IEEE 802.21	Media Independent Handoff
IEEE 802.22	Wireless regional Area Network

El resto de grupos se encuentran en la actualidad, Disueltos, inactivos o sin uso.

De los enumerados los más conocidos son estos:

1 Ethernet IEEE 802.3

2 WIFI IEEE 802.11

3 Bluetooth IEEE 802.15

Fue en febrero de 1980 cuando se formó en el IEEE un comité de LAN con la intención de buscar y estandarizar un sistema que básicamente era Ethernet (en aquellos tiempos). Se decidió estandarizar el nivel físico, el de enlace y los superiores.

Tras estos primeros pasos se fueron ampliando los campos de trabajo, incluyendo las MAN (Metropolitan Area Network), las PAN (Personal Area Network) y las WLAN (inalámbricas).

Sabía que...

El origen del nombre fue porque el acuerdo fue alcanzado en el año 1980, en concreto en el mes de febrero, por eso se llamó 802.

6. Redes de área local en estrella. Hubs conmutados

La topología en estrella se implementa conectando cada dispositivo a un hub o switch central.

El hub o concentrador se utiliza en redes locales con un número pequeño de dispositivos; se trata de una toma múltiple de conectares de RJ45 que amplifica la señal, su ancho de banda es 10/100 y trabaja en la primera capa del modelo OSI.

El switch o conmutador trabaja en la dos primeras capas del modelo OSI, por este motivo, el conmutador intercambia los datos con cada dispositivos de destino, evitando las posibles colisiones y aumentando la eficiencia de la red.

Se suele emplear en redes con mayor número de dispositivos conectados que el hub.

6.1. Interconexión LAN-LAN

Los dispositivos habituales para conectar redes de tipo LAN, son los switches (conmutadores); estos tienen la capacidad de filtrar y dirigir las tramas entre los distintos segmentos que componen la red, proporcionando un ancho de banda dedicado entre los computadores mientras realizan la transmisión.

Su función radica en capturar la dirección MAC de la trama de datos y en función de esta dirigirla a través del puerto correspondiente (el hub es incapaz de hacerlo).

Esta función es capaz de realizarla dividiendo el ancho de banda disponible en canales, con el tamaño suficiente para poder dar servicio a cada uno de los puertos.

La diferencia entre un concentrador y un conmutador radica en que el primero de ellos, si tiene por ejemplo 12 puertos, tendría un dominio de colisión de 12, mientras que el segundo tendría un dominio de colisión de 1.

Igualmente, se utilizarán puentes (bridges) para conectar dos redes de área local o dos segmentos de la misma LAN. Por ejemplo, se podría interconectar una red Ethernet con una Token-Ring.

Sus funciones principales son las siguientes:

1 Dividir una red LAN en subredes cuando esta crece en exceso, para mejorar su rendimiento.

2 Interconectar redes LAN teniendo protocolos de nivel dos o medios de transmisión distintos, como una Token-Ring con una wireless.

Actividades

7. Dibuje una conexión entre una red Token-Ring y una Ethernet.

La pasarela (gateway), básicamente es un sistema de hardware o software que realiza la misma funcionalidad que un puente entre aplicaciones o redes no compatibles para que puedan intercambiar información.

Ejemplo

En el caso de acceso telefónico, la pasarela sería el ISP (Internet Service Provider) que conecta la red a Internet.