Introducción Básica de Redes

Contenido

Se presenta los principios básicos y la estructura de las comunicaciones en red.

El módulo esta compuesto por los siguientes tópicos o temas:

* Señales y Protocolos

* Interacción de Protocolos

* Redes Locales y Redes de area amplia

* Banda Base y Banda Ancha

* Comunicaciónes Half-Duplex y Full-Duplex

* Segmentos y Backbone

* Introducción al Modelo OSI

* La Capa Red

* La Capa Transporte

* La Capa Sesión

* La Capa Presentación

* La Capa Aplicación



 Señales y Protocolos

• Señales:

Los equipos se comuncan sobre una red de muchas formas y por muchas razones, pero mucho de lo que ocurre en la conexión no esta relaciona con la naturaleza de los datos que pasan por la red. En el momento en que los datos generados por el equipo transmisor alcanzan el cable o el medio, se han reducido a señales que son nativas para ese medio de transmisión. Estas pueden ser señales electricas para un cable de cobre, pulsos de luz por fibra óptica u ondas infrarrojas. Estas señales forman un código que la interfaz de red en cada equipo que recibe los datos convierte en datos binarios comprensibles para el Software. Luego, el equipo traduce el código binario en información que puede ser usada de muchas formas.

• Protocolos:

Un protocolo de red puede ser relativamente simple o muy complejo. En algunos casos, un protocolo es un código simple, como ser un patrón de voltajes eléctricos, que define el valor binario de un bit de datos: 0 y 1. El consepto es similar al del código Morse, en el cual un patrón de puntos y rayas representa una letra del alfabeto. Los Protocolos más complicados de red pueden proporsionar una diversidad de servicios, incluyendo los siguientes:

- Recepción de Paquetes: La transmision de un mensaje emitido por el detinatario para confirmar la recepción de un paquete o paquetes. Un paquete es la unidad Fundamental de datos transmitidos atraves de una LAN.

- Segmentación: La división de una transmisión de datos extensa en segmentos lo suficientemente pequeños para su transporte en forma de paquetes.

- Control de Flujo: La generación de mensajes en el sistema receptor, que instruyen al sistema emisor que aumente o disminuya la velocodad de la transmisión.

- Detección de Errores: La inclución de códigos especiales en un paquete que utiliza el sistema receptor para verificar que el contenido de los paquetes no se dañó durante la transmisión.

- Corrección de Errores: La generación de mensajes en el sistema receptor, que informan al emisor de paquetes especificos que se dañaron y deben ser retransmitidos.

- Comprensión de Datos: Mecanismo para la reducción de la cantidad de datos transmitidos en la red eliminando información redundante.

- Cifrado de Datos: Mecanismo para la protección de datos transmitidos en la red cifrándoos con una llave o clave conocida por el receptor.



Interacción de Protocolos



Los Protocolos que operan en varias capas OSI se conocen a menudo como una pila de Protocolos. Loa protocolos que operan en un equipo en red trabajan para proporcionar los servicios necesarios para una Aplicacion en particular. En terminos generales, los servicios proporcionados por los protocolos no son redundantes. Por ejemplo, un protocolo en una capa proporciona un servicio en particular, los protocolos en otras capas no proporcionan exactamente el mismo servicio. Los protocolos en capas adyacentes en la pila proporcionan servicios para cada una de las capas, dependiendo de la dirección en que se transmiten los datos.



Como se muestra en la figura anterior, los datos en el sistema transmisor se originan en una aplicación en la parte superior de la pila de protocolos y fluyen hacia abajo a traves de las capas. Cada protocolo proporciona un servicio a un protocolo operando en la capa inferior. Al final de la pila de protocolos está el medio de red, que lleva los datos hacia otro equipo en la red.



 Redes de Área Local y Redes de Área Amplia



Una LAN es un grupo de equipos localizados en un área relativamente pequeña conectados por un medio de transmisión común. Cada uno de los equipos y dispositivos de comunicación en una LAN se denomina nodo. Una LAN se caracteriza por tres atributos primarios: su topología, su medio de transmisión y sus protocolos. La topología es el patrón que se utiliza pata conectar los equipos. Con una topología de bus, el cable de red conecta un equipo con el siguente, formando una cadena. Con una topología estrella. cada uno de los equipos está conectado a un nexo central llamdo hub o switch. Una topología anillo es escencialmente un topología bus con los dos extremos unidos.

El medio de transmisión es la conexión física entre equipos. La topología y el medio de transmisión usados en un equipo en particular, están determinados por el protocolo que esta operando en la capa enlace de datos del modelo OSI, como ser Ethernet o Token Ring. Ethernet, por ejemplo, admite muchas topologías y medios de transmisión para una LAN, como ser cable UTP en una topología estrella, se debe usar (en la mayoria de los casos) la misma topología y medio de transmisión para todos los equipos en la LAN. Existe hardware que permite la conexión de tecnologías estrchamente relacionadas. No es posible, por ejemplo, conectar un equipo en una red bus Ethernet y hacer que ambos equipos participen en la misma LAN.

En la mayoria de los casos, una LAN esta confinada a una sola área, piso, o edificio. Para expandir la red fuera de esos limites, se puede conectar multiples LANs con dispositivos denominados Routers. Permite formar una red interconectada o internet, que es escencialmente, una red de redes. Un equipo en una LAN puede comunicarse con sistemas en otra LAN debido a ese tipo de interconexión. Con la conexión de LANs es posible construir una red interconectada del tamaño que se necesite. Muchas fuentes usan el termino red cuando describen una LAN, pero tambien usan el mismo termino cuando se refieren a una red interconectada.

En muchos casos, una red interconectada está compuesta de LANs en ubicaciones remotas. Para conectar LANs de forma remota, se utiliza un tipo de conexión de red distinta: una conexión WAN. Las conexiónes WAN usan lineas telefónicas, ondas de radio o cualquiera de muchas otras tecnologías. las conexiónes WAN normalmente son conexiónes punto a punto, lo que significa que la conexión existe entre dos sistemas. Son diferentes de las LANs, en que todos los sistemas estan interconectados. Un ejemplo de una conexión WAN podría ser una compañía con dos oficinas en ciudades distantes, cada una con su propia red LAN y conectadas por la línea telefónica. Cada extremo esta conectado a un Router y los Routers estan conectados a LANs individuales. Cualquier equipo en una LAN se puede comunicar con cualquier equipo en el otro extremo del vínculo WAN o con un equipo en su propia LAN.





Banda Base y Banda Ancha


En muchos casos, las redes LAN usan un medio de transmisión compartido. El cable que conecta los equipos lleva una señal a la vez, y todos los sistemas se turnan para usarlo. Este tipo de red se denomina red en Banda Base. Para que una red en banda base sea practica para varios equipos, los datos transmitidos por cada sistema se subdividen en unidades llamadas paquetes. Si se pudiera observar un cable de transmisión en banda base y examinar la forma en que viajan las señales, se veria una suceción de paquetes generados por varios sistemas y destinados a otros sistemas. Cuando un equipo transmite un mensaje de correo electronico, por ejemplo, este mensaje se puede dividir en varios paquetes y el equipo transmite cada paquete por separado. Si cuando todos los paquetes que costituyen una transmisión en particular, alcanzan su destino, los equipos receptores unen las piezas para formar el mansaje de correo electronico original. Esta es la base de una conmutación de paquetes.



La alternativa a una red de conmutación de paquetes es una red de conmutación de circuitos, en al que dos sistemas que necesitan comunicarse establecen una ruta a traves de la red que los conecta (denominada circuito) antes de transmitir la información. Para hacer que la conmutación de circuitos sea practica, las compañias de telefono usan redes de banda ancha. Al contrario de una banda base, la banda ancha lleva multiples señales simultaneamente en un solo cable. Puede ser la que utiliza una compañia de T.V por cable. El servicio de televisión por cable instala un solo cable dentro del hogar del usuario, pero ese único cable transporta señales para docenas de canales simultáneamente, y proporciona tambien en algunos casos accesos a internet. Si se tiene mas de un TV en el hogar, el hecho de poder ver un programa de televisión distindo en cada TV, demuestra que el cable transporta múltiples señales a la vez . Las tecnologías de banda ancha casi no se utilizan en las redes de area local, pero son cada vez más utilizadas como solución en redes de area amplia.

Capítulo: Comunicaciones Half-Duplex y Full duplex



Cuando dos equipos se comunican en una LAN, la información viaja normalmente en una sola dirección a la vez, dado que las redes en bana base usadas por las redes LAN admiten solo una señal. Esto de denomina comunicación half-duplex. En cambio dos sistemas que se pueden comunicar simultaneamente en dos direcciónes estám operando en modo full-duplex. El ejemplo más comun de una red full-duplex es, una vez mas, el sistema telefónico. Ambas parte pueden hablar simultaneamente durante una llamada telefónica y cada parte puede oír a la otra a la vez. Un ejemplo de un sistema de comunicación half-duplex es la radio, como ser los radiotransmisores, en los que solo una parte puede transmitir a la vez, y cada parte debe decir "cambio", para indicar que ha terminado de transmitir y está pasando de modo transmisión a modo recepción.



Segmentos y Backbone


Cuando una red pequeña comienza a crecer, es posible conectar redes LAN de forma temporal. Sin embargo, la construcción de una gran red empresarial conectando varias redes LAN es un proyecto complejo que requiere de una planificación cuidadosa. Una de los diseños más comunes para redes de este tipo es una serie de segmentos LAN conectadas por medio de un Backbne o eje troncal. El término segmento a veces se utiliza como sinónimo de LAN o red para referirse a un conjunto de equipos conectados en red, pero en este contexto se refiere a una LAN compuesta de estaciones de trabajo y de otros dispositivos de usuario final, como ser las impresoras. Una red empresarial esta compuesta de muchas redes LAN, conectadas a otra LAN denominadas Backbone. El Backbone existe principalmente como un conducto que permite a los segmentos comunicarse entre si. Una configuración para un edificio de muchos pisos necesita de un segmento horizontal que conecte todas las estaciones de trabajo en cada piso y un Backbone en forma vertical desde la parte superior del edificio hasta la planta baja que conecte todos los segmentos.



Este tipo de configuración incrementa la eficiencia de la red usando la red troncal para llevar todo el tráfico de una red a otra. Con esa configuración los pauqtes no deben atravesar más de tres LANs. En cambio, si se conecta cada uno de los segmentos horizontales a un segmento adyacente, en un enlace tipo cadena, la mayoria de los paquetes transmitidos entre redes tendrían que viajar a travez de muchos más segmentos para alcanzar su destino, sobrecargando los segmentos intermedios con tráfico innecesario.



Introducción al Modelo OSI



En 1983, Organización Internacional para la Estandarización (ISO), publicaron un documento denominado "El modelo básico de referencia para Interconexión de Sistemas Abiertos". El modelo descrito en ese documento divide las funciones de red de un equipo en siete capaz, como se muestra en la siguiente figura. Originalmente, este estructura de siete capas estaba diseñada para ser el modelo de una nueva pila de protocolos, pero esto no se materializó de forma comercial. En lugar de eso el modelo OSI se utiliza con los protocolos de red existentes como una herramienta de enseñanza y referencia.

  
La mayoria de los protocolos más utilizados son anteriores al modelo OSI, por lo que no tienen la estructura de siete capas. En muchos casos, los protocolos combinan las funciones de dos o más de las capas en el modelo, y los límites entre los protocolos a menudo no se adaptan a los límites de las capas del modelo. Sin embargo, el modelo continúa siendo una excelente herramienta para el estudio de la comunicación en red, y los profesionales frecuentemente hacen referencia a funciones y protocolos asociados con capas especificas.





La Capa Red

A primera vista la capa red parece duplicar algunas funciones de la capa enlace de datos. Sin embargo, esto no es así, dado que los protocolos de la capa red son responsables de las comunicaciónes fin a fin, mientras que los protocolos de capa enlace de datos funcionan solo en LAN local. Decir que los protocolos de la capa red son responsables por las comunicaciónes fin a fin significa el protocolo de la capa red es responsable por el viaje de un paquete desde el sistema que lo creó hasta su destino final. Dependiendo de la naturaleza de la red, los sitemas de origen y destino pueden estar en la misma LAN o separados amiles de kilometros de distancia, por Ejemplo, cuando se conecta un servidor a internet, los paquetes que crea el equipo pueden pasar por docenas de redes antes de llegar a su destino. El protocolo de la capa Enlace de Datos puede cambiar muchas veces para adaptarce a docenas de redes, pero el protocolo de la capa red permanece intacto en todo el viaje.

La unidad de datos creada por un protocolo de capa red, está compuesta por los datos de la capa transporte además del encabezado de red y se denomina "datagrama".

La Capa Transporte

Los protocolos de la capa transporte proporcionan servicios que complementan aquellos proporcionados por la capa red. Los protocolos de la capa red y transporte que se usan para transmitir los datos se concideran frecuentemente un solo componente, como en el caso del TCP/IP. Estos protolos incluyen TCP, que opera en la capa transporte, ademas de IP, que corre en la capa red. La mayoria de las suites de protocolos proporcionan dos o más protocolos en la capa transporte, los mismos que proporcionan diferentes niveles de servicios. La alternativa a TCP es el User Datagram Protocol (UDP). El protocolo IPX tambien ofrece alternativas entre protocolos de la capa transporte, incluyendo el Netware Core Protocol (NCP) y el Sequenced Packet Exchange (SPX).



 La Capa Sesión

La Capa sesión es el punto en el que los protocolos que se utilizan actualmente empiezan a diferir sustancialmente el modelo OSI. No existe protocolos especificos para la capa sesión como existen en las capas inferiores. Más bien las funciónes de la capa sesión están integradas dentro de otros protocolos que tambien incluyen funciones de las capas presentación y Aplicación. Las capas transporte, red, enlace de datos y física, están destinadas a la transmisión apropiada de los datos por la red, pero los protocolos en la capa sesión y superior no están involucrados en esa parte del proceso de comunicaciónes. La capa sesión proporciona 22 servicios, muchos de los cuales están relacionados con las formas en que los sistemas en red intercambian la información. Los serviciosmás importantes son el control de diálogo y la sepoaración de dialogo.

El intercambio de información entre dos sistemans en la red es llamado diálogo, y el control de diálogo es la selección de un modo que los sistemas usaran para el intercambio de mensajes. Cuando el diálogo se inicia, los sitemas pueden elegir uno de dos modos, modo alterno de dos vías (TWA) o modo simultáneo de dos vías (TWS), los dos sistemas intercambian una señal de datos "menor/actividad", y solo al equipo que posée esta señal se lepermite la transmisión de datos. Esto elimina los problemas generados por mensajes que se cruzan en transito. El modo TWS es más complejo, debido a que ambos sistemas pueden transmitir al mismo tiepo, incluso simultáneamente.

La Capa Presentación

Existe solo una función de la capa Presentación: La traducción de las sintaxis entre sistemas distintos. En algunos casos los equipos que se comunican a través de una red usan diferentes sintaxis, y la capa presentación les permite negociar una sintaxis común para las comunicaciónes. Cuando los sistemas establecen una conexión en la capa de presentación, intercambian mensajes que contiene información acerca de las sintaxis que tienen en común, y juntos eligen la sintaxis que usaran durante la sesión. Ambos sistemas envueltos en una conexión tiene una sintaxis abstracta, que es su forma nativa de comunicación. Los equipos que operan en diferentes plataformas pueden tener diferentes sintaxis abstractas. Durante el proceso de negociación, los sitemas escogen una sintáxis de transferencia, que es una sintaxis alternativa que ambos tienen en común. El sistema transmisor convierte su sintaxis abstracta a la sintaxis de transferencia, y luego de la transmisión, el sistema receptor convierte la sintaxis de transferencia a su propia sintaxis abstracta. Cuando es necesario, los sistemas pueden seleccionar uan sintaxis de tranferencia que proporciona servicios adicionales, como ser la comprensión de datos o el cifrado.

Algunos estandares de conversión y formato de texto, audio, video e imagen, son: ASCII, EBCDIC, Cifrado, conversión MIDI, MPEG, Quick Time, AVI, GIF, JPEG, PICT, TIFF.

La capa Aplicación es el punto de entrada que utilizan los programas para acceder al modelo OSI y utilizar los recursos de red. Verifican la disponibilidad de los recursos necesarios para iniciar una sesión, vinculan la aplicación al servicio o protocolo correcto y sincronizan la transmisión de datos entre la aplicación y si protocolo.

La mayoria de los protocolos en la capa aplicación proporcionan servicios que utilizan los programas para acceder a la red, como ser Simple Mail Transfer Protocol (SMTP),usado por muchos programas de correo electrónico para enviar mensajes de correo. En algunos casos, como en el caso del File Transfer Protocol (FTP), el protocolo de la capa aplicación es un programa en simismo. Los protocolos de la capa aplicación frecuentemente incluyen las funciones de las capas sesión y presentación. Por lo tanto, una pila de protocolos típica, está compuesta de cuatro protocolos distintos que corren en la capa de aplicación, transporte, red y enlace de datos.