280307917-redes-de-computadora.pdf

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Redes de comunicaciones lntroducción a las comunicaciones en red es un factor crítico para el éxito frn de facilitar las comunicacioel actuales. Con empresariales ,: urr-rchas de las actividadcs ::. 1o que se hace es implementarredes. El significado del término redvaría enormemente .-gún el contexto, pero puecle incluir los cables y dispositivos físicos, las computadoras per-

--t cornunicación entre las personas y entre los dispositivos

:rales

y

servidores

y

sus sisternas operativos de red (como por ejemplo Netware o

', udolvs), así como todos los elementos comprendidos entre los anteriores. También puede ,--¡r refcrencia el término a una clase natural de direcciones IP, como por ejemplo la red r-).0.0 o la red 192.168.0.0. En algunos contextos, el término red se utiliza para describir un red ., .':lnento de enlace de datos (de 1o que hablaremos más adelante), como por ejemplo una .:rr-rnet o un anillo FDDI. Sin embargo, en otros contextos, el término redhace referencia a :,-rs los cables, conmuta
.

Jef-rnen.

REDES TELEFÓNICAS comunicación de datos tienclen por supuesta, la red telefónica es, con dif'erencia, la red de mayor tamaño del mundo -:r¡bablemente la más irnportante. Inventado porAlexander Graham Beli en 1876. la red , , --i rrica comenzó de una forma mLry simple couvirtiendo los sonidos cn Lina señal anaiógi. . rransportando ésta a través de un cable. para después volverla a converlir en un sonido ' l:rr en el otro extremo. Desde ertoncl;s. la red tclefónica l-ra ido crecrendo de fbnna cons..- Ianto en tamaño como en complejidad. rr!lLle 1as personas que trabajan en el mundo de las redes de

.-.,r'1a

o Redes de comunicaciones Hoy en día, hay muchas tecnologías telefónicas en uso. El sistema telefónico tradiclonal (POTS, plain old telephone system) utiliza un único circuito analógico, compuesto por un par de hilos de cobre, para conectar un domicilio o una ernpresa con la red telefónica general de conmutación (RTGC) a través de la ubicua infraestructura de red telefónica (postes telefónicos. líneas subterráneas, etc.). Los dos hilos que fonnan un par telefónico se designan en ocasiones con las siglas T&R (Tip y Ring) o E&M (Ear y Mouth). Las empresas suelen usar frecuentemente circuitos digitales, como RDSI y los sistemas de portadoras T, para transportar múltiples conversaciones telefónicas a través de un mismo cable. Estos sistemas se conectan tanto a la RTGC como a las redes telefónicas privadas. Los circuitos capaces de transportar muchas conversaciones simultáneas se denominan enlaces troncales.

Finalmente, los sistemas celulares permiten transportar señales analógicas y digitales sin necesidad de cables, entre los teléfonos y las torres celulares. Las redes telefónicas utilizan a menudo técnicas de multiplexación para pennitir que se cursell r'arias llamadas telefónicas de manera simultánea a través de la red. Elmétodo más común es la multiplexación por división de tiempo, explicada en el Capítulo 1. Recientemente. se ha impuesto la tendencia a transportar voz a través de redes que tradicionalmente solían utilizarse únicamente para datos. Para llevar esto a cabo, se utiliza un procesador digital de la señal (DSP Digital Signal Processor) para convertir 1as formas de onda analógicas de la voz en señales digitales y realizar la conversión inversa en el otro extremo. Esos procesadores especializados ut.ilizan un conjunto de reglas deflnido por un códec (codificador-decodif,rcador). Como ejemplos cornunes de códec podemos citar G.711. G.726, G.729 y G.123.1. Estos códec están basados en algoritmos tales corno PCM (Pulse Code Modulation, modulación de impulsos codificados) y CELP (CodeExcited Linear Prediction, predicción lineal mediante códigos de excitación) y todos ellos están definidos en la recomendación paraguas H.323. Hay que rccalcar que el códec es el conjunto estándar de reglas, mientras que el DSP es e1 hardu'are que in-rplementa dicho conjunto. Un DSP es normalmente un chip integrado en un dispositivo. como un teiéfono o pasarela, aunque también puede implementarse un DSP en software. Como ejemplo de esta implementación software podríamos citar el programa NetMeeting de Microsoft. Todos estos métodos de transporte del sonido (nonnalmente, 1a voz) se combinan para formar la red telefónica. La red es responsable de determinar cómo enviar las señales desde un teléfono a otro, 1o que se lleva a cabo marcando un número telefónico, que es, de hecho, una dirección, El número, leído de izquierda a derecha, identifica con precisión la dirección del receptor. En un número telefónico típico, como por ejemplo 0l-614-555-1.212,01 sería el código del país, que en este caso representa los Estados Unidos. En cuanto la red recibe estos dígitos, comienza a encaminar la llamada hacia el país apropiado. En los Estados Unidos, los siguientes tres dígitos representan el código de área, que es una colección de conmutadores telefónicos sifuados en un área geográfica de gran tamaño. En este caso, los dígitos 614 hacen que la llamada se dirija hacia la parte central del estado de Ohio. Los siguientes tres dígitos identifican la central, que es un conmutador especíhco perteneciente a la compañía telefónica que presta servicio al área local. Los cuatro últimos números identifican una línea telefónica individual, que es 1a asociada al receptor. En los distintos países se administran estos números de forma diferente, pudiendo variar la longitud de un número telefonico entre un país y otro. Además de la red pública, existen muchas redes telefonicas privadas. Estos sistemas suelen ser propiedad de grandes empresas y se construyen alrededor de una centralita (PBX, Private Branch Exchange), que es un conmutador telefónico diseñado para las empresas y

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2

Redes de comunicaciones

que difieren enonnemente de esos otros sistemas, de mucho mayor tamaño, utilizados por las

:ropias compañías telefonicas. Puede que el lector ya esté familiariz-ado con TCP/IP, un conjunto de protocolos del que ttablaremos en detalle en capítulos posteriores. Por establecer una analogía, de forma similar ¡ la manera en que TCP/IP permite detenninar cómo ir desde una dirección IP de Intemet a ¡tra. el protocolo S57 (Signaling System 7) encamina las llamadas telefónicas desde un telércno a otro a través de las diversas redes de las compañías telefónicas, y entre una de estas Ledes y otra. Puesto que 1a instalación de pares telefónicos para conectar cada casa y elnpresa crea un ironopolio natural, el sector telefónico ha recibido una gran atención política y de carácter -u-gal y continúa estando altamente regulado en la mayoría de ios países. En los E,stados -nidos, los esftlerzos legales para introducir una verdadera competencia en el sector y para lesregular el mercado dieron como resuitado el nacimiento de diversos tipos de empresas .c1cfónicas, de distintos tamaños y con diversos perfiles. En la actualidad, y dependiendo de -os distintos países. pueden existir diversos tipos de empresas telefónicas:

. . . . o

Compañías telefónicas locales. que prestan servicio a un área determinada. Compañías telefónicas que prestan sólo servicio local. pero en varias áreas diferentes. Compañías telefónicas que prestan servicio de larga distancia. Compañías que prestan servicio tanto local como de larga distancia. Además, dichas empresas pueden diferir, dentro de una misma categoría, según el tipo de seruicios de valor añadido que proporcionen.

MODELO OSI PARA LA COMUNICACION EN RED

\ diferencia de la tecnología telefónica, que fue creada principalmente por una única empresa \ que no intentaba ser compatible con los sistemas de ninguna otra compañía, las tecnologí.ls para redes de datos fueron creadas por grllpos formados por varias empresas, organizacio:res de normalización y gobiernos diferentes. Estas tecnologías fueron creadas confiando en

que fueran compatibles no sólo con otros fabricantes de equipos de red, sino también con rrtros sistemas, desde computadoras personales a computadoras mainframe, y con muchos

tipos distintos de sistemas operativos y software de aplicación. Estos requisitos serían rmposibles de curnplir si no se emplearan estándares. Aunque el IEEE especifica la mayo:ra de las tecnologías de comunicaciones de datos, estos estándares se crean siguiendo una .erie de directrices que emanan de un modelo conceptual denominado Modelo de referencia para redes de OSI (Open Systems Interconnection, interconexión de sistemas abiertos), detinido en el estándar OSI 7498. Este modelo de referenciapara redes está dividido en siete niveles: l',livel

Nivel Nivel I'livel l¡livel Nivel l|tivel

7 6 5 4: 3 2 I

Aplicación Presentación Sesión

Transporte Red Enlace de datos Físico

§,&pírLilü

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Redes de comunicaciones

\ota; La organización de esta lista resulta crítica para entender la mayoría de 1as redes r.nodemas de comunicaciones, por 1o que cualquiera que pretenda trabajar con redes informátrcas debería memorizarla. Este modelo de siete niveles está compuesto por categorías (niveles) que representan las tunciones requeridas para comunicarse. El propósito de dividir el modelo en niveles es hacer que las tunciones sean 1o más separadas e independientes posibles, de modo que los cambios realizados en un nivel no requieran necesariamente que se et-ectuen cambios en ninguno de los otros niveles. Asimismo. en este modelo, decimos que 1os niveles individuales proporcionan servicio a los niveles situados por encima suyo y que conslllrten datos procedentes de 1os

nir,eles situados por debajo (cuando sea aplicable). Es i¡rporlante observar que no todas las tecnologías cncajan de manera perf-ecta dentro de 1os siete niveles identificados en el modelo OSI. Algunas tecnologías combinan unos cuantos niveles, mientras que otras omiten los niveles innecesarios. Otras tecnologías, en fin, pueden utilizar un modelo completamente distinto que no guarde ninguna relación con el rnodelo OSI. No pierda mucho tien,po tratando de establecer una conespondencia precisa entre cual-

quier nueva tecnología y este modelo. Comenzando por la parte superior, el nivel de Aplicación proporciona una interfaz con la red coherente para todo el software informático. Este tipo de interfaz se suele denollriuar interfaz de programaciórr de aplicaciones (APl. application progratnming interface) y permite escribir Lln programa una única vez, sir.r preocuparse del tipo de red implicada, y luego utilízar el programa en cualquier red, independiente de si Lrtiliza TCP,'IP IPX. AppleTalk, Ethernet, Token Ring o FDDI, por poner sólo utlos cuantos ejer-r-rplos. El siguiente nivel es el nivel de Presentación. Este nir el cs responsable de traducir los datos a un formato estándar. Como ejeinplos podríarnos citar el fbrmato de texto ASCII, el formato de imágenes jPEG y el fon-nato de musica lvlP3. Este nivel es también responsable del cifrado y descifrado con propósitos de se-euridad. así como de 1a compresión de datos. El nivel de Sesión (nivel 5) es responsable del establecimiento, lllarltenimrento y tenninación de las sesiones a través de la red. Este nivel gestiona el reconocimiento de nombres, la sincronización y algunas funciones de acceso. corno por ejernplo la regulación de cuándo un disposi,:r.,o puede transmitir y durante cuánto tiernpo puede hacerlo. Como ejemplo de esto, pode.;ios utilizar una computadora para abrir una ventana de explorador y acceder a nuestro sitio web favorito, después abrir una segunda ventana con el mismo servidor y seguir diferentes hipervínculos en cada uno de los exploradores. Las ventanas pueden actuar independicntemente porque el servidor web y 1a computadora mantienen dos sesiones independientes.

l/ola. Los niveles 5,6 y 7 se suelen denominar niveles superiorcs. El nivel 4 es el nivel de Transporte, que es responsable de preparar los datos para su transpofte a través de la red. Entre otras actividades, el nivel de Transporte gestiona el control de flujo y la corrección de errores y dividc los bloques de datos de la aplicación en segmentos de tamaño apropiado para 1os niveles inferiores. TCP y UDP son ejemplos de nivel 4. La unidad de datos de protocolo (PDU. Prr¡tocolo Dctta Unit) del nivcl de Transporte se denomittada datagrama (una PDU es una unidad de datos que está compltesta de una cabecera, definida por el protocclo que se esté utilizando. seguida de una scrie de datos de 1a aplicación). Algunas unidades PDU terminan con una cola, que nornalmente consiste sólo en una suma de control destinada a verihcar que no se han producido errores durante 1a transmisión. rVoÍa.'Normalmente. las máquinas irost son 1os írnicos dispositivos lilte operan en los niveles OSI4 a 7.

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2

Redes de comunicaciones

El nivel 3 es el nivel de Red, que es responsable de asignar una dirección globalmente univoca a cada dispositivo y proporcionar instrucciones sobre cómo ir desde cualquier punto de la red hasta cualquier otro punto. Para conseguir esto, se utilizan dos tipos de protocolos en el nivel 3: protocolos encaminados y protocolos de encaminamiento. IP, IPX y AppleTalk son ejemplos de protocolos encaminados, mientras que RIP, OSPF y BGP son ejemplos de protocolos de encaminamiento. Los protocolos encaminados son responsables del direccionamiento, mientras que los protocolos de encaminamiento son responsables de proporcionar una ruta libre de bucles a través de una red. Los dispositivos que operan en este nivel se denominan encaminadores. La PDU del nivel de Red se denomina paquete. El nivel de Enlace de datos (nivel 2) empaqueta los datos procedentes de los niveles superiores en una serie de tramas y transmite éstas a través del medio físico. Para hacer esto, debe definir un conjunto de reglas de control de flujo y de control de errores y asignar direcciones flsicas acada dispositivo del enlace. Con este fin, el nivel2 suele dividirse comúnmente en dos subniveles: el subnivel de control del enlace lógico (LLC, Logical Link Control) y el nivel de control de acceso al medio (MAC, Media Access Control). Cada protocol LAN y WAN, como por ejemplo Ethernet, Token Ring, AIM y HDLC, dispone de diferentes métodos y protocolos para los subniveles LLC y MAC, pero un ejemplo común de LLC es LLCI, LLC2 y LLC3, definidos en la recomendación IEEE 802.2. Un ejemplo de subnivel MAC sería CSMA/CD (Carrier Sense Multi-Access/Collision Detect, acceso múltiple/detección de colisiones por detección de portadora), que es la base de Ethernet. Las direcciones MAC, como por ejemplo 00-90-27-BD-03-D9, forman parte también de este nivel. Los puentes y conmutadores operan en el nivel 2,y la PDU de este nivel se denomina trama. El nivel inferior es el nivel Físico, que es responsable de deflnir un bit (un dígito binario: 1 o 0). Un ejemplo de esto podría ser que la presencia de una tensión en la línea durante un cierto período de tiempo se reconocerá como un 1 y la ausencia de una tensión será interpretada como un 0. Alternativamente, una transición desde una tensión más alta a una más baja y viceversa podría representar unos y ceros, o diversos patrones luminosos podrían representar dichos dígitos binarios. La frecuencia y longitud (temporal) de los bits también son importantes, por lo que también se las define en el nivel 1. El nivel Físico también incluye los tipos de medios fisicos, incluyendo las longitudes máxima y mínima de cable, las interfaces de conexión, como los conectores de cables, y por supuesto las tensiones. Como ejemplo para ver por qué estas características y muchas otras son necesarias para garuntizar la compatibilidad, considere una red en la que cada cual eligiera la tensión con la que quiere operar. Obviamente, podrían surgir todo tipo de problemas cuando se conectaran entre sí esos dispositivos, desde daños fisicos en el hardware hasta daños a las personas. Con el fin de clarificar un poco más el modelo de referenciapara redes de OSI, el siguiente ejemplo muestra cómo se relacionan los distintos niveles. En este ejemplo, un usuario envía un archivo desde un PC a un servidor. Una vez que el usuario ordena alaaplicación que realice la transferencia del archivo, la aplicación se pone en contacto con la API de red (nivel 7) y le comunica dichas instrucciones. Los datos se convierten entonces a texto ASCII (nivel 6) y se comprimen (nivel 6). El PC del usuario solicitará entonces una conexión con el host, utilizando su nombre de host (nivel 5), que será resuelto para obtener una dirección IP. Para establecer la sesión, se segmenta una solicitud de sesión (nivel 4) y se la encapsula en un datagrama UDP (nivel 4). Después, el software controlador de red recibe el datagrama y, a su vez, lo encapsula en un paquete IP, que incluye las direcciones IP de origen y de destino, junto con otra serie de campos. Después, determina la ubicación del servidor de destino (nivel 3) y entrega el paquete al

CAPITULO 2

Redes de comunicaciones

una controlador Ethernet. que 1o encapsula con una cabecera y una cola Ethemet, para formar eléctrama. Finalmente, el ni. e1 Físrco 1ee cada bit de la trama y genera los pulsos de tensión la red. que fotma trica apropiados, enviándt¡ios a tral'és de1 medio físico A medida que el sen idc-,r recibe dichos pulsos de tensión, los traduce en bits, y pasa los nuevo para forul1os y ceros resrltantes a1 nivel de Enlace de datos, donde se los agrupa de en mar tramas. La cabecera Ethernet incluye un campo de protocolo que indica al controlador de lee el campo lP controlador Ei paquete. qué búfer de memoria del sen.idor debe colocar el UDP' a (que datagrama) es el protocolo de la cabecera IP v entrega el contenido del paquete al nivel de Sesión, que y 1os entrega se aplicación la de los datos recomponer úDp vuelve a el servidor uttliza.nion..r para establecer la sesión. Después. entrega los datos a la aplicación correspondiente. que los descifra y los vuelve a convertir a una forma que la aplicación

-

pueda comprender.

Aunque hemos utilizado como ejemplos aquí Ethernet, IP y UDP, el objetivo del modelo gururriirrr la interoperabilidad, por lo que podríamos igualmente haber hecho referencia a ". Token Ring, lP y UDP o FDDI, IP Y TCP. ly'ola..Aunque puede utilizarse el modelo OSI para explicar TCP/IP (de hecho, a menudo otro modelo del Depaftamento se compara Tcp/ip con el modelo OSI), en realidad TCPIIP es del modelo OSI y compuesto conceptos de Defensa de Estados Unidos, basado en algunos por cuatro niveles.

1.,,,,i,1

INTERNET (Advanced Intemet surgió en la década de 1960 como un proyecto de la agencia ARPA en 1969, con cuatro Research Projects "\genc1,) de los Estados unidos. Empezó a operar pruebas, otras redes nodos conectados a tiarés de circuitos a 56 Kbps. Después de la fase de por diversas universi(MILNET), similares fueron creadas por el ejército de Estados Unidos a la red conegtarse dades y por varias ug.naiu, gubernamentales, estas redes comenzarona para originál, creándose ásí la red ARPANet. En principio, la política de uso establecida fueron detogadas en 1989' ,qRP,\N.t prohibía la utllizacrón comercial, sibren dichas nolrnas

Amediadosdeladécadade1980,|aorganizaciónNationalscienceFoundationde

de tres niveles bastante más robusEstados unidos creó \SFNet, que tenía una arquitectura mejorada, pasando de 56 Kbps a T1 ta que ARPANeI. En 1988. la red troncal de NSñNet fue (45 Mbps)' En 1995' (1,544Mbps). debido a 1a congestión. En 1991, volvió a ampliarse aT3 otras empresas y algunas ñSpN"t ae¡O ae operar. Unos cuantos años antes, Merit, IBM

hasta formar la red Intemet' tal comenzaron u .r.u, una red independiente que evolucionó basadas en un conjunto de protocomo la conocemos ho,v en día. Todas estas iedes estaban 6' Este protocolo gestiona el colos denominado TCúIP de1 que hablaremos en e1 Capítulo a través de toda la red' direccionamiento r. e1 encaminamiento de paquetes de información Cada una de estas redes Hoy en día, lnternet es una enoñne colecclót de redes privadas' Buena parte de la red Internet utiliestá conectada a orras. formando una serie de interredes. etc.) que las redes empresariaza la misma tecnología (enlaces T1, AIM, Ethemet, TCPAP, les típicas, pero eristen algunas diferencias principales' ,.. Las diferentes organlzacloUna de 1as ma¡ ores diierencias es de carácter administrativo. necesitar un alto nivel de segunes tienen necesidades distintas' Por ejemplo, la NASApuede en la flexibilidad' Una ridad, mientas que una universidad pueáe preferir poner el acento que un sitio multimedia puede mientras empresa puede necesitar un alto gradó de estabilidad'

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Redes de comunicaciones

::.tlLlerir un gran ancho cle banda. Las personas que estaban a cargo de Internet descubrteron ,..,,.iclamente que era imposible que una administración centralizada satisñciera cada uno de una serie de sistemas autónomos -->irrs requisitos. La solución consistió en separar lntemet en iS. Auionomous System), de forma que cada AS tendría sus propias políticas y directrices -.,i- 1to interferirían con las de los otros sistemas. Se desarrolló un protocolo de encamina-

.r.-Itro especial. denominado BGP (Border Gateway Protocol, protocolo de pasarela de - ,:.1e) paia gestionar el intercambio de información de alcanzabilidad en el nivel de red ',LRI. Network Layer Reachability lnformation) entre múltiples sistemas autónomos. para comprender cómo puede pasar el tráfico en Internet desde una red a otra, hay dos térlrrs que tienen una particular importancia. El primero de ellos es punto de acceso de red '. \P. Network Access Point). Originalmente, se pusieron en marcha cuatro puntos de acce\ \P, financiados por la National Science Foundation. Estos puntos estaban situados en . ,:i a York, Washington D.C., Chicago y San Francisco. Estos puntos de acceso NAP pro- :ionan facilidades de conmutación para el público en general; en otras palabras, los puer. :lsicos para todos los proveedores de servicios de red (empresas privadas) se conectan a :.d troncal Internet». Desde entonces, se han creado muchos otros puntos de acceso NAP. :i segundo término es conerión igtrulitario, que es la que tiene lugar cuando dos provee:s de servicios de red, dos IXC o dos ISP conectan directamente sus redes, en lugar de -,: a través de las instalaciones de uso público general. La ventaja de este sistema es que : :r3.esitan menos saltos para ir de una ubicación a otra, reduciéndose además la congestión , s puntos de acceso NAP. Las conexiones igualitarias son completamente voluntarias y se - -;rtilr1 a las relaciones estratégicas establecidas por las respectivas empresas. :.:t¡s dos conceptos son importantes porque la red troncal Internet está literalmente com' - ::,r por 1as redes de estas empresas que se conectan a los puntos de acceso NAP o que esta- -:r:t conexiones igualitarias entre sí. La Figura 2.1 muestra seis proveedores de servicios conexión igualitaria - - : .t r\ SP, network service provider) conectados a un NAP, con una - . : ,t¡: proveedores NSP 1 y NSP 6. En realidad, por razones de redundancia, eficiencia e con muchas -r:),,rs. muchas de estas empresas pueden establecer conexiones igualitarias --: ::-r una topología de malla parcial, de 1o que hablaremos al final de este capítulo.

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it-

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Circuitos de

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conexión igualitaria

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Figura 2.1. Conexiones

de red con un punto de acceso NAP'

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*apxxxLm

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Redes de comunicaciones

Ettlos diagramas de red, suele utilizarse una nube para representar un gmpo de dispositivos que no son de nuestra propiedad o que no administramos, o bien que no pueden el grupo documentarse por tratarse de un grupo extremadamente volátil. En otras palabras, terminado. haberla cambia tan rápido que la documentación queda obsoleta antes incluso de o emEstas redes suelen pertenecer a los proveedores de servicios de telecomunicaciones Relay. y Frame AfM como virtuales. plean tecnologías basadas en circuitos J¡lota;

Además. la red Internet actual es una red extremadamente compleja que continúa desafiande red do los intentos derealizar una taxonomía. Términos tales comoproveedor de servicios en no describen adecuadamente a estas empresas. porqlre e1 ritmo de fusiones y adquisiciones grandes que el sector de las telecomunicaciones es increíblemente rápido. Algunos ISP son tan propios acuerdos de y de sus NAP acceso disponen de sus propias conexiones a los puntos de (ISP) Internet conexión igualitaria. Casi todos los NSP son también proveedores de servicios qr" p.oporiionan acceso residencial y comercial a lntemet. Además, muchas de estas empre*, ofr"."r, también servicios telefónrcos locales v otros sen'icios de telecomunicaciones. Tratar de aplicar etiquetas a las empresas que se mue\.en en este mercado suele resultar tan frrtil como tratar de encajar las tecnologías en los niveles del Modelo de referencia OSI'

ATM ATM (Asynchronous Transfer Mode, modo de transferencia asíncrona) es un tipo especial de y red. A1 mismo tiempo, se trata de una tecnología de nir,ei 2 que cualquiera puede emplear que manera de regulado, bien direcciones es una red pública como lnternet, con un espacio de Internet, cada dispoiitivo de la red pueda ser identificado de forma unír'oca. A diferencia de quiere que utiliza direcciones IP de 4 bytes, AIM emplea una dirección de 20 bytes. Esto áecir que pasará mucho tiempo antes de que comience a manifestarse el problema del agotamiento de las direcciones. Como tecnología de nivel 2, AfM es inmensamente popular como red troncal para redes LAN y WAN, porque fue diseñada para permitir simultáneamente el tráfico telefónico, de que se vídeo y de datoi. También es la tecnología más comúnmente utilizada sobre SONET, que AfM que hace 1o (10 Gbps), y (2,5 OC-192 Gbps) suele implantar a velocidades OC-48 recienha desarrollado se sea una de las redes más rápidas actualmente disponibles. Aunque lítemente una especificación de red Ethernet a 10 Gbps, en el momento de escribir estas hace que neas no hay anunciados productos para su lanzamiento en los próximos meses' Esto próxi(su más Gigabit que Ethernet rápida la combinación AI'M/SONET sea 10 veces más mo competidor) y 100 veces más rápida que FDDI. AIM también abarca un número inusualmente grande de niveles. Las especificaciones AIM incluyen el nivel de red, en donde ATM gestiona el encaminamiento de direcciones ATM que puedan estar encapa través de toda 1a red, con independencia de las direcciones IP o IPX las catesuladas en la carga útil de sus tramas. Los estándares AIM enumeran explícitamente gorías de servlció, con elfin de poder optimizar el hardware para una determinada aplicación. Estas clases son las siguientes:

o

Tasa de bits constcmte (CBR, Constant Bit

Rate) Emula una línea física, sin control

de

errores ni de flujo y sin fluctuaciones.

o

Tasa de bits variable: tiempo no

real (t'tRf-VBR, Variable Bit Rate-Non Real Time)

Diseñada para servicios que tengan una cierta variación en sus necesidades de ancho

CAP§§UL§ i11

o

¡

).

II-

o

d

.

2

Redes de comunicaciones

de banda y una ciefta tolerancia a las fluctuaciones, y comúnmente utilizada para la información multimedia de menor importancia. Ta.sa de bits variable. tierupo real (RT-VBR, Variable Bit Rate-Real Tirue) Diseñada para servicios que tengan una ciefta variación en sus necesidades de ancho de banda pero no tengan tolerancia a 1as fluctuaciones, y comúnmente utilizada para la teleconferencia de vídeo cuando la calidad sea irnporrante. Tasa de bits di,sponible (ABR, A,-ailable Bit Rate) Diseñada para servicios con necesidades de ancho de banda altamente variables y usualmente desconocidas; proporciona al emisor información de realimentación sobre la tasa de btts. Tasa de bits no especificada (uBR, Llnspecified Bit Rale) No proporciona ningún tipo de garantía r-ri realimentación; generalmente es más barata que las otras clases y se la suele utilizar principahnente para servicios IP y otros servicios dc datos.

Yendo un poco más allá que el modelo OSl, los niveles de adaptación AIM gestionan los problemas relacionados con el nivel de Transpofte. Sin embargo, nueve de cada diez expertos en redes de telecomunicaciones están en desacuerdo acerca de si AIM tiene en realidad un nivel de transporte o no. La confusión surge del hecho de que los niveles de adaptación proporcionan muchos servicios similares a llDP y TCP, pese a 1o cual hay otro protocolo de nivel de transporte que opera por encima del nivel de adaptación. Por ejemplo. si se mantiene una sesión de exploración web sobre un enlace ATM, podríamos tener HTTP sobre TCP sobre lP sobre AAL5 sobre AfM. como se muestra en la Tabla 2.1.

i Protocolo HTTP

I

Nivel del Modelo de referencia OSI

Nivel

7, Aplicación

TCP

Nivel 4, Transpofte

IP

Nivel 3, Red

AAL5

Nivel 4, Transporte

ATM

Nivel 2, Eniace de datos y Nivel 3. Red

Tabla 2.1. Asignación de protocolos a los niveles del Modelo de rcferencia OSI. Este es otro ejemplo muy adecuado que ilustra cómo los sistemas reales no siempre enca-

jan en el modelo. Srn embargo, no hay ninguna duda de que los niveles de adaptación realizan algunas de las funciones comúnmente atribuidas al nivel de Transporte. Los propios niveles de adaptación están diseñados para permitir que una misma red proporcione servicios de tiempo real y de tiempo no real; servicios de tasa de bits constante y tasa de bits variable; y servicios orientados a conexióu y sin conexión. Cada nivel fue diseñado para proporcionar servicio para una de las clases anteriormente seleccionadas, pero después de muchas revisiones el nÚtmero de niveles de adaptación se redujo a cuatro. Éstos son los siguientes:

c o o

AALI

Utilizado para tráfico de Clase A, en tiempo real. con tasa de bits constante y orientado a conexión. Las aplicaciones de ejemplo son la voz y el vídeo no comprimidos. AAL2 Diseñado para trálico con tasa de bit variable, como el vídeo comprimido, pero que continúa tenicndo restricciones de tiempo real. AAL3/4 Originalmente diseñado como dos protocolos, uno orientado a conexión y otro sin conexión, que posteriormente se combinaron en uno sólo, mediante el clue se

-ii-{.:,

o

;

Redes de comunicaciones

dispone de un servicio de transporte tanto con mecanismos de garantía de fiabilidad como sin ellos. Ofrece 1a capacidad de rnultiplexar tráfico, es sensible a la pérdi«la de datos pero no a las restricciones de carácter temporal y soporta un modo de transmisión de mensajes y otro de transmisión de flujos.

AAL5 Diseñado por la industria informática y originalmente denominado

SEA

(Simple Efficient Adaptation Layer, nivel simple 1' eticiente de adaptación) como respuesta a los cuatro niveles anteriores, que fueron diseriados por la industria de telecomunicaciones. Proporciona diversas opciones. inch-ryendo transmisión fiab1e y no fiable, unidifusión y multidifusión y modo mensajes o rnodo flujo. La propia tecnología AfM opera de fonna bastante diferente a 1a de la mayoría de los protocolos, porque utiliza celdas en lugar de tramas. La diferencra entre una celda y una trama es que una celda siempre tiene 53 bytes de longitud, mientras que ulia trarna tiene una longitud variable. Como ejemplo, una trama Ethemet puede estar comprendida entre 64 y 1518 bytes y una trama Token Ring puede tener hasta 4096 bytes. La razón por la que esto es tan importante es que se sacrifica pafie de la eficiencia con el fin de conseguir una mayor capacidad de asignar prioridades al tráfico de red. En la ceida de 53 bytes, cinco de dichos bytes son información de control (cabeceras que no transpoftan datos), 1o que sólo deja 48 bytes de datos. En otras palabras. se desperdicia casi un 10% del ancho de banda en la información de control correspondiente simplemente al primer nivel. A eso le tenemos que sumar la cabeceraAL, Ia cabecera lP Ia cabecera TCP- etc., antes de poder colocar el priraer bit real de datos en e1 cable de comunicaciones. E,sta información de control adicional se suele denominar comúnmente tara cle c,eldu. Por contraste. Ethemet tiene 1B bytes de información de control en cada trama, pero esos l8 bytes divididos entre 1518 arrojan un porcentaje mucho menor que el correspondiente a ATM. La desventaja de esa mayor eficiencia se hace aparente cuando se tiene una trama muy importante de 64 bytes (por ejemplo. voz en tiempo real) que está esperando detrás de una trama mucho lnenos importante de l5l8 bytes. Para cuando se haya terminado de transtnitir la trama de mayor tamaño, es posible que el paquete de voz ya no sea relevante. Entregarlo a su destinatario puede que sólo contribuyera a distorsionar la conversación. Así que, como siernpre, Ia flexibilidad tiene un coste asociado. Por otro lado, ATM es 1o que se denomina un medio físico multiacceso no de difusión (NBMA, Non-Broadcast Multi-Access), mientras que Ethemet y Token Ring utilizan difusiones de información. Por razones de compatibilidad, AfM utiliza mecanismos de emulación LAN (LANE, LAN Emulation) para que el tráfico pueda cruzar de manera transparente desde Ethernet o Token Ring hacia ATM, o viceversa. Cuando la red ATM se conecta a una red no AIM, es preciso conf,rgurar un cliente de emulación LAN (LEC, LAN Emulation Client). El cliente emplea entonces los siguientes tres tipos de servidores para facilitar esta comunicación:

c o o

Senidor de emttlación LAN (LES, LAI{ Emulation Server) Gestiona las redes LAN emuladas (ELAN, Emulated LAN), que son la versión AIM de las redes LAN virluales (VLAN). Cada red ELAN abarcaun dominio de difusión. Servidor de difusión/desconocido (BUS, Broadcast/(Jnknown Server) Facilita la comunicación uno

muchos, de forma similar a las difusiones de Ethemet o de Token Ring. Servidor de configuración de emulación LAll (LECS, LAIV Emulation Configurqfion Server) De fotma bastante similar a DHCP, proporciona una dirección AIM conocida a los clientes LEC con el fin de que puedan encontrar sus servidores LES y BUS. a

rllfil

,illllullllul,,

t l[L]ltillllll

, Redes de comunicaciones En ocasiones se dice que ATM es Llna tecnología de conmutación de celdas, por oposlclol-l a las tecnologías de conmutación de circuitos o de conmutación de paquetes. Esto srgnifica

rlue. en lugar de que cada celda incluya la dirección MAC de su destino, lo que tiene es un nirmero que identifica a la celda como perteneciente a un circuito virlual. Los circuitos virtuales se utilizan para multiplexar dilérentes tipos de datos a través de un enlace determinado.IJn indicador cle ruta virtual (YP\ Virtual Path lnclicatctr) y tn inc{ic'crdor de con¿tl virtual (VCI, L'irtLtul Chunnel lnclic'ator) definen cada circuito virtual. El VPI es un nirmero de B bits y el VCI es un número dc 16 bits. De este modo, AfM puede rnultiplerar 2ra conexiones virtuales a través de un mismo enlace físico. De manera que, cuando una celda llega a un puerto de un conmutador ATM, e1 conmutaclor lce la información del circuito viftual y la compara con su lista de circuitos vifiuales perrrancntes (PVC) y circuitos virtuales conmutados (SVC). Si detecta una correspondencia, collrxuta la celda hacia cl siguiente enlace correspondicnte al PVC o SVC. En la FigLrra 2.2, podemos ver cllatro conmutadores ATM, ctiquetados como A, B. C y D. Los conmutadores conectan dos compr.rtadoras personales, un servidor y una cámara de vídeo. Las líneas de puntos representan cjrcuitos virtuales permanentes. ATM permite que cada i-rno de ios tres PVC tengan un nivel de ser-v'icio dif-crente. Por ejemplo, e I PVC situado entre el PC y la cámara de vídeo podria proporcionar un senicio cou tasa de bits constante y 1os dos PVC que conectan ios servidores con las computadoras podríarr proporciorlar una tasa de bits no especificada. La ventaja de este sistema es qrie una transferencia de un ¿rrchivo de gran tamaño o un trabajo de irnpresión no obstaculizarían al tráfico procedente cle la vidcocámara. altamente sensible a las restricciones de temporización. Existen dos tipos de circuitos virtuales: circuitos virluales permanentes (PVC. Permanent Virtual Circuit) y circuitos virtuales conmutados (SVC, Switchccl Virtual Circuit). Los circuitos virtuales pemanentes son rlltas conñguradas de fonna manual a través de la red que no cambian a menos qlre se las vuelva a reconfigurar manualmente. Los circuitos virtuales conntr.rtados se cstablecen dinámicamente segíur sea necesario y se rompen también dinárniclrrente cuando ya no se los necesita más. Estos circuitos Lrtilizan dirrersos mecanismos de encaminamicnto ATM, corno PNN[, para detcrminar cuál es la mejor ruta a través de la red desdc cl origcn al destino.

f igura 2.2. Operación dc los circuitos vifiuales.

§APíTL,L§

2

Redes de comunicaciones

Otra ventaja importante es que ATM tiene especihcaciones que emplean casi cualquier medio físico disponible. Aunque el más común es fibra monomodo y multimodo con SONET, ATM también puede operar a 155 Mbs en cable de cobre tipo CAT5 y a25 Mbs sobre CAT3. También suele operarse ATM sobre circuitos T1 y T3 A pesar de ias ventajas de AIM, su complejidad y su alto precio han hecho que decline su popularidad en favor de las redes LAN modemas. aunque continúa teniendo una gran presencia en el entotno de las redes WAN. Asimismo. AfN,f es la tecnología en la que se basan la mayoría de las conexiones Internet de tipo xDSL. Para obtener más infotmación acerca de AfN4. r,isite la dirección ww,y¡.afmfbt.um.c.om/.

Componentes de red Casi todas 1as redes modernas se crean conectando dir,.ersos clispositivos físicos con el fin de establecer una ruta desde el dispositivo emisor hasta e1 receptor. Ei nivel del Modelo OSI en el que operan permiten generalmente clasificar estos dispositivos. como se muestra en la Tabla2.2. En este capítulo, vamos a centrarnos en los grupos más comunes: cables, concentradores, puentes, conmutadores y encaminadores. Eristen otros componentes, como protocolos, software, etc., muchos de los cuales se tratan en otras secciones y capítulos del libro.

OSI Nir cl l: Rcd Nivel 2: Enlace de datos Nivel l: Fisico Nivel del modelo

] ] I It-

Componente de red Fncrninadores Puentes v conmutadores Conce,rrradores v cables

Tabla 2.2. Asignación de los componentes de red al modclo OSI.

CABLES Los cables transpofian de un sitio a otro las señales de las que hemos hablado en el Capínrlo l. Podría ser de un extrelno de una habitación a otro o de un extremo a otro de un país. La longitud máxima de un cable es un criterio de diseño impoftante está generalmánte limitada 1, por un factor denominado atenuación. La aterutctcirj¡¡ es una medida de la intensidad de la señal a medida que viaja a lo largo de un segmento de cable cada vez más largo; cuanto más largo sea el cable, mayor será la atenuación. El apantallamiento es otro criterio de diseño impofiante. Algunos cables están apantallados para prevenir las interferencias extemas, como por ejemplo las causadas por los motores o las luces fluorescentes, de modo que estas interferencias no puedan modificar la señal a medida que viaja por el cable. El medio físico que fotma el cable también es imporlante. La mayoría de los cables son de cobre, que transporla una señal eléctrica, o de fibra óptica, que permite transmitir unhaz luminoso. Los cables basados en cobre suelen ser más resistentes, baratos y fáciles de usar,

mientras quc los cables de fibra óptica pueden alcanzar distancias mucho mayores y admiten frecuencias mttcho más altas. lo que hace que tengan un ancho de banda mayor qr. io. cables de cobre.

t Redes de comunicaciones Si no hay involucradas grandes distancias ni eristen fuentes intensas de interferencia, suele darse menos importancia a algunas de estas características" como el apantallamiento, para poder conseguir cables más baratos. Los cables se terminan mediante conectores, que normalmente pueden insertarse en los enchufes correspondientes. Los enchufes y conectores son normalmente piezas de plástico o metal que permiten conectar f,icilmente los hilos lndividuales que componen un cable a los hilos correspondientes de otro cable o dispositivo, como por ejernplo un pc. Los cables utilizados en la mayoría de las redes informátióas están nonnalizados por al:rrno de los siguientes organisrnos:

o o o

American National Standards lnstitute (ANSI) Electronic lndustry Association (ElA)

TelecommunicationslndustryAssociation(TIA)

Los últimos dos organismos suelen considerarse conjuntamente, como EIA-TIA. Los cables también pueden clasificarse segúrn la normativa aplicable al sector cle la construcción. Generalmente, 1o que determina estas clasificaciones son aspectos tales como la de humo o las llamas emitidas en caso de incendio. Estas clasificaciones incluyelr: '4y'o1¿¡.'

'antidad

¡ o c ¡

Cable resÍringido: debe estar encerrado en un conducto. Coble de propósifo generol; para conexiones generales. Coble elevador; para conectar unas plantas con otras. Cable pleno,para su utilización en falsos techos y concluctos de aire.

El tipo más común de cable cle cobre es el par trenzado no apantallado (UTp, unshielded tu'isted-pair). Este cable está nonlalizado en las categorías I a 6, y se cspera la pronta normalización dcl cable de Categoría 7. Estas categorías se suelen abreviar.o*o etc. Las categorías más comunes son:

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CAT2,

CAT2 ComÚrnmente utilizado para cableados telefóllicos dentro de un eclificio y especificado para una frccuetlcia máxima de 1 Mhz. Estc cable suele terminarse mediante un conector RJ-11' Este es el tipo de conector utilizado para los teléfonos domésticos. o CAT3 Comitnmente utilizado para redes Ethemet l0Base-T (de las que hablarcmos en el Capítulo 3) y especificado para una fiecuencia rnáxima de l6 MHz. El cable CAT3 suele terminarse mediante conectores RJ-45, que son similares a los conectores RJ-11, pero tiene ocho hilos (cuatro pares) en lugar de cuatro hilos (dos pares). o CATS La espcclficación mínima para Fast Ethemet lo0Base-T. También aclmite l0Base-T, Token Ring y aparatos telefónicos. Debido a esto, es el tipo más común de cableado Lrtilizado en las redes modernas. CAT5 utiliza también conectores RJ-45. Otro tipo de cable de cobre es el cable coaxial, r-rtilizatlo en los sistemas de televisión por cable' Está construido mediante anillos concéntricos de material conductor, separailos por una capa aislante de algún tipo, en lugar de fÍenzar pares cie hilos individuales. Normaimente, los cables coaxiales se terrninan mediante un conector BNC. El cable de fibra óptica también se suministra en diversas variantes. Los dos tipos más comunes son Ios cables monomodo (SM, Single Mode) y multimodo (MM, Multirnode). A diferencia de los cables de cobre, la especiñcación de los cables de fibra óptica incluye el diámetro del núcleo, que es a través de doncle viaja la luz, y ekliámetro del recubrimiento. Estos r''alores para las fibras multimodo suelen ser de 62,5 y 125 respectivamente, en Estados ¡lm, Unidos, mientras que en Europa se utiliza a menudo un núcleo de 50 pm. La fibra monomo-

'

do tiene un núcleo mucho más pequeño, normalmente entre 5 -v l0 pm. La especificación de los cables de fibra óptica suele también indicar la longirud de onda penritida. Esta es, normalmente, de 850 nm o 1350 nm. Observe que la dif-crencia princrpal entre los cables monomodo y multimodo es que para la fibra monomodo se utiliza r,rn dispositivo láser. lo que hace que sea un sistema muy caro; por el contrario. para las fibras ntultimodo se uttliza un diodo electroluminiscente (LED, Light-Emitting Diode'). Esto hace que 1as tibras monomodo admjtan distancias mucho mayores (nonnalmente superiores a lo: l5 knr. ). rnientras que la fibra multimodo se utiliza casi exclusivamente dentro de Lur n.usn.rc¡ edit-rcro r) L-n redes universitarias de pequeño tamaño. Otra diferencia imporlante entre la fibra óptica r el cable dc cerbre es que éste suele tener varios pares de hilos; la fibra óptica tiene sólo un unrco per lLtlt itiitr para transmitir y otro para

recibir). Los cables de fibra óptica suelen terminarse rlediante cLrnectLrr-: SC rr ST. Estos concctores son similares. pero 1os conectores ST son redondos \ lrrs conecrores SC. cuadrados. La mayoría de los sistemas de comunicaciones más anilSrLr,.. rLrllto las red¡s telefónicas y las redes Token Ring, utilizaban conectores ST. rlientas que 1os sistem¿rs nrás modemos, como Ethemet, emplean conectores SC. Una des\entala de estrrs conc-crL¡reS -S t-lue cada fibra del par necesita su propro conector. por lo que para terlriltrr un circulto tdos hilos) se requiere un espacio considerable, por comparación con los cL)nectLrres típicos para cables de cobre. Esto limita el número de coneriones qlle pueden terrrrnarse con tacihdad ert un dispositivo. Recientemente se ha desarrollado el conector \lTR-l para solr.entar esre det-rcrencia. Dicho conector permite ternrinar atnbas llbras r es r.uucho rras pr--Que1io. aunque resr-rlta algo frágil. Otros aspectos interesantes son 1os si_quientes:

o o .

Todos los cables tienen ur radio tnínlro de curr arura. porque la serial se ve afectada al doblar e1 cable. Los cables de f-rbra óptrca son rrLicho rrás sensibles que los de cobrc a los efectos derir.ados de doblar e1 cable.

Los cables de fibra óptica no son sr-rsceptibles a 1a lnterterencia electrontagnética. Para conocer más detalles acerca de los cables utilizados cn las redes de comunicaciones, puede consultar la lista de ple-euntas trecuentes sobre cables de cot.nunicación de datos en el siguiente sitio u,eb: wwtt..facls.org lcrqs L-1-\: t'ublittg-faclipt'ettrnl'¡le.htntl.

CONCENTRADORES Para conectar varias computadoras dentro de un mismo edificio, se suelen tender cables descle el PC en la mesa de cada usuario hasta un anlario de cableado. Allí, hace falta un dispositivo especial para conectar entre sí todos los cables. Dicho dispositivo es normalmente un concen-

trador. Los cctncentradores son dispositivos que proporcionan trna mta física para que Llna señal viaje de un cable a otro. Aunque su comportamiento está especificado por una determinada tecnología, como por ejemplo Ethemet o Token Ring, las cuales se consideran generalmente parte del nivel 2 del modelo OSI, se considera que los concentradores operan en el nivel 1, que es el nivel Físico. Esto se debe a que los concentradores acfuran como repetidores multipuerto; en otras palabras, se limitan a regenerar una señal eléctrica recibida en un puerto, retransmitiéndola a través de uno o más pueftos diferentes, sin introducir ningún cambio. Puesto que un concentrador sirnplemente repite la señal sin modificar la información, cada puerto de un concentrador lbrma parle del mismo enlace de datos o segmento de red. Esto

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Redes de comunicaciones

:rgliflca que, en una red Ethernet (de 1as que hablaremos en el Capítulo 3), todos los puertos j: ¡r.l concentrador fbnnan parte clel mismo dominio de coiisiones. Esto quiere decir quc, ::.rra el concentrador en su conjunto, sólo puede haber una computadora enviando datos en ,¡da r-nomento. En una red Token Ring (de las que también hablaremos en el Capítulo 3), 'Jos los puertos de un concentrador fonnan parte del mismo anillo.

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PUENTES

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cuanto el número de usuarios crece y se ernpiezan a ver cuestionados los línlites de un .:-.ico segmento de red, surge la necesidad de crear un lluevo segmento para eulazar entre sí

-,,s redes. Los dispositivos llamados puentes penliten conseguir precisamente

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r:'iginalmente. los puentes tenía11 sólo dos puertos, uno para cada una de las dos redes que '-r'nía quc conectar. Sin embargo, a diferencia de los concentradores, los puentes sí que ins-:,-cionan los datos que pasan a su través y toman decisiones sobre sí deben enviarse a la :¡ red o no. Estas decisiones se basan en la dirección MAC en las redes Ethemet y en el ,.irero de anillo en ias redes Token Ring. Debido a este cornportamiento (específicarnente, -, .tuc los puentes leen y responden a los datos contenidos en las cabeceras de nivel dos de ,.,d¿r trama), decimos que los puentes son dispositivos de nlvel 2. Los puentcs Ethernet analizan el tráflco enviado por las computadoras y otros dispositivos

y registran la dirección MAC de la computadora, que está ubicada cn el campo de

:¡cción de origen (Source Address) de la cabecera de trama Ethemet, y el puerlo en el que -. .-ha dirección fue detectada. Si el puente recibe eutonces una trama procedente de la otra -.J que esté destinada para la dirección MAC registrada para la primera red, enviará dicha -,rllra a la primera red. Los puentes Token Ring operan basándose en 1os núrneros de anillo. A cada puente se le ,:.J113 ult número de puente y un nirmero de anillo. Las tramas Token Ring contienen un -.,mpo de intbrmación de encaminamiento (RIF. Routing Infonnation Field), quc es una lista -..- irrs nÍrmeros de anillo y números de puente que la trama debe atravesar para llegar a su des:-rr. Cuando un pllente Token Ring ve una trama en un anilio que está destinada para ott'o ani, :1 cual el puente también está conectado, retransmitirá la trama hacia ese segundo anillo.

CONMUTADORES :redida que las redes fueron crecienclo todavía más y la cantidad de datos transmitidos por ,,,:l computadora se fue incrementando, se hizo todavía rnás imporlante segmentar las redes. ' lluentes de dos pueños ya no eran suficientes. Aunque ahora tienen mucha más fulrcio,,rdad. los conmutadores iniciaron su andadura como puentes multipuefio y se consideran , )lrositivos de nivel 2. La mayoría de los conmutadores tienen 12 o 2l puertos. pero muchos -,-. ellos son modulares y pueden llegar a tener varios cctltenares de puertos. Otra distinción es que los conmutadores pueden gestionar varias conversaciones al mismo - -.ntpo. Cada puerto lO0Base-TX de un conmutador puede enviar y recibir tramas al mis: -r rismt. (1o que se denomina comunicación dúplex, por oposición a los concentradores, -.,.c- Solt semi-dúplex). Esto quiere decir que los conmutadores tienen que tener una tarjeta de que pennita - -.r.irrol bastante compleja (a menudo denominada estructura de conmutación) funcionade los detalles pueftos. Aunque 1os otros - -.r- csdzr puerlo hable con cualquiera de -.

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Redes de comunicaciones miento de estos mecanismos suelen publicarse. no fbmran parte de ningún estándar tecnológico, sino que son propietarios de cada tipo de conmutador. Los conmutadores emplean también búrf'eres. Estos búléres son zonas de memoria que pueden utilizarse para almacenar las tramas hasta que éstas puedan ser transmitidas. Esto resulta útil cuando hay muchos dispositir,'os conversandc¡ con Lrn r.nismo dispositivo y todos ellos envían, colectivamente, más datos de los que e1 enlace pr.rcde admitir en un momento dado. En este caso, las tramas esperan en el bút-er hasta clue esté drsponible el suficiente ancho de banda en el enlace como para transrritir 1a trama. Se r.itilizan comirnmente dos tipos de conmutadores:

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Conmutadores de almacenamiento y reenr ío. qLre reciben 1a trama completa en el bút-er antes de transmitirla. Esto permite al conmutador leer r calcular las sumas de comprobación situadas al final de las tramas, para garantizar que éstas no se hayan corrompido. Conmutadores de anticipación, que sólo leen e1 campo de dirección dc destino de la cabecera de nivel 2 antes de comenzar a transmitir. Los conmutadores de anticipación pueden retransmitir tramas erróneas y iiagmentos de tramas. pero sor-r algo más rápidos que los conmutadores de almacenamiento ] reelr io.

ENCAMINADORES Aunque segregar los segn-rcntos de red resulta útil. todos 1os dispositivos conectados a los concentradores, pucntes y conmutadores continúan estando en e1 rnisrlo ciorninio de difusión, y hay una serie de límites pr'ácticos a1 núrnero de disposrtiros que pueden coexistir en cualquier dominio de difusión. Por elio. para secrcgar los dominios de difirsión, se crearon los encaminadores. Los encaminadores actúan como la h'ontera entre clominios dc difusión. Dc forma similar a la manera en qlre los puentcs 1. connrutadores leen -v reaccionan a las cabeceras de nivel 2. los encaminadores leen 1'torran decisiones basándosc en las cabeceras de nivel 3, como por ejernplo las cabeceras TCP IP o lPX. Por tanto. decimos que los encaminadores son dispositivos de nivel 3. La tarea de un encaminador cor.rsistc cn inspeccionar cada paquete que se le envía y determinar si pertenece a la red IP o IPX local o a una red ren.lota. Si el destino del paquete es una red remota y el encaminador conoce cólr.ro 1legar hasta esa red, el encaminador reenvía el paquete; en caso contrario, el paquete se descarta. Los encaminadores suelen utilizarse casi exclusivamente para conectar rcdcs remotas a través dc cnlaces WAN, pero esto no guarda ninguna relación con la propia fiurción de encaminamiento. Resulta posible utilizar puelltes u otros dispositivos, col11o por cjernplo un PC. para conectar enlaces WAN, aunque sólo se hace raramcnte. Los encaminadores utilizan a tnenudo protocolos de encaminamiento y algoritn-ros sot'isticados para comunicarsc con otros encaminadores, con el fin de descubrir la mejor fbrma de aTcanzar cada red remota. Hablaremos de esto en detalle en c1 Capítr-r1o 7.

Topologías de red Como hemos mencionado anteriormente, debe existir Lrna rlita física c¡-re conecte a los dispositivos errisor y receptor (incluso si esa ruta es inalánlbrica). Sin enrbarso. pueden crearse

¿ *epf§UL§ 2 Redes de comunicaciones Una detennlmuchos tipos diferentes de rutas. Estos tipos de rutas se denominan topologíal" Por ejemplo, tanto FDDI nada topología puede describir varios protocolos de red difcrentes' .o*o Tok.,rRing son anillos. Los tipos de rutas se suelen dividir en varias categorías' como necesitamos definir los térse indica a continuación, pero antes de explicar csas categorías, minos /i.rlco y lógico. al nivel Físico del En este contexto,.¡i.slco tiene su significado notmal y no hace referencia micntras c¡ue el nivel modelo OSI. Los atributos físicos de una red describen cosas palpables, Ambas acepciolriminosas. Físico describe el comportamiento de los electrones y las ondas y cables conectores' nes se solapan en ciertá manera en el área de las especificaciones de el término lógico en el contexto de las topologías de red describe el

Por comparación, OSI para la comportarniento especrticado en el nivel 2 (véase la sección anterior «Modelo comunicación en red»). dentro de este mismo capítLrlo' E'themet o Token Ring' Esta distinción es importaúte porqlie una misma tecnología. como puede tener una topología fisica y otra topología lógica diferente'

MEDIO COMPARTIDO compartan la red Una topología compartida es capaz de permitir que más de dos dispositivos deben tracomparlidos medios los en cada momento. A diferencia de otros tipos de medios, es compartidos tar con los problemas de la contienda. Eu otras palabras, sólo en los medios que el posible qr. t"ngur, lugar múltiples conversaciones simultánearnente' Esto signif,rca medio debe disponer de algún método para controlar cl acceso. utilizar Ethen,et y Aunque describirernos esto con rnayor detalle en el Capítulo 3, vamos a y su protocolo de Token Ring como ejemplo en esta sección. Ethernet es un medio comparlido (Multiplc Access). nivel MAC es CSMA/ÓD. Recuerde que «MA» significa acceso múltiple que varios implica que MA es comirn más Este térr,i*o tiene dos significados. La dcfrnición que signillca MA palabras, otras En dispositivos pr.reden compar-tir el mismo enlace de datos. refereucia hace que MA cs se trata de un medio comparticlo. La otra definición, más precisa, seguidas' Esto significa veces varias red a la acceso para otorgal a la capaciclacl de Ethernet sucesivas' tramrs varias transmitir podría qr. ,ru tarjeta Ethemet de una computadora trama cada vez' una transmitir pueden Por contraste, los dispositivos Token Ring sólo de la cadena' Después cle eso, debcn.nir"gr el testrgo de transmisión al siguiente dispositivo dcbe dar la lnclirso aunque los demás dispositivos no tengan tramas que transmitir, el testigo scgunda trama' vuelta cornpleta al anillo antes de que la primera estación pueda transmitir su (CD, colisioncs de la detección es El método quc Ethernet utiliza para controlar el acceso escucha a la está collision detection). En pocas palabras, CD significa qtte cada dispositivo más transmitienpara ver si otros dispositivos de la red están transmitiendo. si no hay nadie posible. información de máximo io. el dispositivo puede transmitir el

Los medios compartidos tarnbién deben resolver el probiema del direccionarriento'

que el otro disCuando só1o hay dos iispositivos en una red. resulta obvio en otras topologías vez que positivo será siempre el ieceptor clel tráfico qtle llosotros ellviemos y viceversa' Una cuál es el dispositivo con se añade un tercgr dispositivo, se necesita una maneta de identificar el que quercmos comunicamos' ,t.,nqu" las implementaciones varían, casi todas las tecnologías de red modernas utilizan pero los dos algún tipo de direccionamiento MAC. Hay muchos tipos de medios compartidos,

*á, .o*un.s

son la topología en bus y la topología en anillo'

Redes de comunicaciones Bus Una topología de bus es similar a la arquitectura de bus que conecta la memoria principal con el procesador y las unidades de disco cle una computadora. Se trata de una ruta áe datás simple en la que todos los dispositivos de la red están conectados a la misma n-rta de comunicaciones, de manera que sólo uno de los dispositivos puede usarla en cada momento. Dicha mta puede ser fisica o lógica (véase la Figura 2.3).

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Figura 2.3. Topokreia

en bus.

Por ejemplo, desde e1 punto de r'.ista lógico. Ethemet es siempre tm bus. Sin embargo, desdc el punto cle r''ista llsico. Ethernet puede ser un br-rs ( l0Base2), en el que cada computadora está conectada a la si-euiente colnputadora v se incluyen sendas teminaciones en los extremos dei busl pero Ethemet también puede ser físicamente una topología en estreila (lOBase3), en la que cada dispositivo trene su propio cable que está conectado a un concentrador central.

Ani tto Desde el punto de vista lógico, una topología en anillo es aquélla en la que cada dispositivo transmite sólo hacia su vecino situado a-euas abajo y recibe sólo desde su vecino situado aguas ariba' En otras palabras, si se quiere recibir una trama del vecino más próximo aguas abajo. ia trama tendrá que recoffer todo el anillo. pasando por cada uno de los demás

antes de recibirla (véase la Figura 2.4).

di-spositivos,

Desde el punto de vista físico, una topología en anillo representa el mismo concepto. Cada dispositivo está conectado exactamente a otros dos (a menos, por supuesto, que sólo haya dos dispositivos en la red), de modo que todos los dispositivos forman un círculo. Otro ejemplo de la diferencia entre disposición física y clisposición lógica es que Token Ring es un anillo desde el pr-rnto de vista lógrco, mientras que físicamente es una estrella, al igual que una red Ethemet de par trenzado, en la que cada dispositivo está conectado a un concentrador central.

REDES IGUALITARIAS Una red igLralitaria (peer to peer network), que a menudo se designa mediante la abreviatura P2P, es el tipo más simple de red cuando existen muy pocos nodos. pero si son muchos los

dispositivos quc necesitan comunicarse con más de Lrn dispositivo, Lste tipo de redes ¿eja muy pronto de ser manejable. Estas redes se construyen conectando un único enlace entre dos

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Redes de comunicaciones

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Figura 2.4. Topología en anillo. --spositivos homólogos. Estos dispositivos homólogos pueden ser dos computadoras con un -,rble serie o dos encaminadores conectados mediante un circuito Tl punto a punto. El aspec-' tnás importante que hay que tener en cuenta es que sólo hay dos dispositivos y una cone.-rrn. Aunque algunas veces los dispositivos utilizan direcciones MAC, resulta en realidad ..necesario (véase la Figura 2.5).

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Figura 2.5. Una red P2P simple. Otro punto imporlante es que el término de red igualitaria en los medios de comunicación .,tce usualmente referencia a la relación entre dos computadoras por encima del nivel de apli-

--'.ción: cliente-servidor, servidor-servidor o cliente-cliente, que es otra forma de hacer refe--ncia a las redes formadas entre los dispositivos homólogos. Un ejemplo ya antiguo de este :po de red es Windows para grupos de trabajo. Otros ejemplos más recientes de redes igua.:arias son los servicios de intercambio de archivos musicales, como por ejemplo Gnutella. i. impoftante tener en cuenta que ese tipo de redes no tienen nada que ver con el concepto :¡ red igualitaria en el contexto de las topologías de red. Cuando hay muchos dispositivos involucrados y varios de ellos necesitan comunicarse .r)n ltu[ferosos otros dispositivos, se suelen combinar varias redes igualitarias para formar ,.ra de las siguientes configuraciones:

Estre[[a En una configuración en estrella, hay un dispositrvo central que tiene conexiones con todos .rs demás dispositivos y se encarga de transmitir las comunicaciones entre ellos. La configu:¡ción en estrella también se denomina a veces configuración de rtrcdq. porque se asemeja a

-¡ rueda de un car:romato.

,.],*,ilili.,:r r.r ,,:, Redes de comunicaciones

Malla Para conectar todos los dispositivos entre sí, hacen falta n(n 1 )/2 conexiones. Si sólo hay l0 dispositivos en la red, serían necesarios ,15 enlaces físicos y cada dispositivo necesitaría

nueve interfaces para conectarse con 1os demás. La rentaja c1e este tipo de topología es que los datos nunca tienen que realizar más de un salto a trar.és de la red; colno consecuencia. esta red puede ser increíblemente rápida. Una solución de compromiso bastante cornirn es la que se denomina malla parcial. En una malla parcial, 1o que se hace es eliminar al-uunos de 1os enlaces de la mal1a. En la realidad. ios patrones de tráfico en cualquier red indican que cada dispositrr o de la misma invierte la mayor parte del tiempo hablando úrnicamente con algunos otros dispositivos determinados. Si eliminamos los enlaces raramente utilizados. se reduce enonreu.]ente el coste y la complejidacl de la red. Las mallas parciales son mLlv collunes en tccnolo-sías tales como AfM y Frame Relay.

REDES HíBRIDAS Por mucho empetio que pon-samos en dei-rnlr concctamenfe las reglas, siempre aparecerá alguien que pretenda romperlas. No resulta sorprendente. por tanto. que diversas compañías traten de tomar las rnejores características de cada topolouía r- combinarlas.un ejemplo algo antigtto de este tipo de estrategia es la tecnolosía dc banda base de IBM, que es una combinación de las topologías de bus ,v de estrella. En c-sta topología. cada bus puede tener hasta ocho dispositivos, pudiéndose conectar r arios buses entre sí en una configuración en estrella, como se muestra en Ia Fislrra 2.6.

Clonccntr¿rdor dc banda base

Figura 2.6. Buses conectados en una configuración en estrella.

Hay varios ejemplos lógicos de redes híbridas, como más de este trpo de redes en los capítulos posteriores.

2.1

AIM y Frame Relay. Hablaremos

Enumere los componentes requeridos para conectar dos computadoras mediante un concentrador Ethenret.

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: -1 :I

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.,,: Redes de comunicaciones

¿,Cuál es el mínimo número de componentes requeridos para conectar dos computadoras utilizando tecnología Ethemet?

¿,cuántos cables de alimentación eléctrica se requieren en la pregunta 2.1?

,,Cuántos cables de alirnentación eléctrica se requieren para conectar dos computadoras mediante dos tarjetas de interfaz de red Token Ring y Lln concentraclor Token Ring'?

:.5 :'6 ).7

:.8

Dos computadoras cstán ubicadas en salas adyacentes y una tercera computadora se encuentra en un edificio que dista 100 metros. Erplique cómo conectaría las tres computadoras para crear una única red. Sc dispone dc otras tres computadoras en una oficina situada al otro larlo de la ciudad. ¿,Cr"rál sería Ia fonna más comirn de concctar estos tlispositivos con los indicados cn la Cuestión de repaso 2.5?

Disponemos de una red de 10 cornputadoras. Cinco de ellas están conectadas a un concentrador Ethcrnet y otras cinco a un segundo concentrador Ethernet. Ambos concentradores cstán conectados a un conmntador. Se uftliza un cncamir.rador para conectar ese conmutador con una oficina remota que dispone de una configuración idéntica. ¿,cuántas direcciones MAC tendrá que reconocer nuestro conmutador'/

Disponemos dc una computadora en Alabama y de otra en Tennessec. Sin tener en cuenta los componentes proporcionados por el pror,,eedor de servicios de telecomunicaciones, ¿cuál cs el mínimo nútmero de componcntes requerido para conectar las dos computadoras'.)

2.9

Hay 20 computadoras en nuestra red. Cinco de ellas están conectadas a un conccntrador Ethemct y otras cinco a otro concentraclor. Cada concentrador está conectado a un conmutador independiente y ambos corunutadores se conectan a encaminadores también independientes. Los dos encaminadores están conectados entre sí a travós de un puente Ethemet. Las restantes 10 computadoras se conectan directamente a uno de los dos conmutadores. ¿cuántos segmentos Ethemet forman nuestra red?

2.10 Utilizando el escenario dc la Cuestión de repaso 2.9,

¡,cuántos dominios de difusión

hay?

2.11 Utilizando el cscenario de la Cuestión de repaso 2.9. ¿;cuántos cables sc requieren? 2.12 Una tarjeta de interfaz de red Ethemet tiene un conector de 15 pincs etiquetado como

AUI. El concentrador tiene trn conector RJ-r15. ¿Cómo 2.13 ¿Tienen nivel fisico las redes inalárnbricas?

2.14 2.15

se los puede concctar?

¿Tienen componentes físicos las redes inalámbricas? Suponga que estamos crperimentando dificultacles a la hora de tratar de conectar dos dispositivos y que sospechamos que lo que no funciona es cl cable de fibra óptica monomodo. IIn amigo nos sugiere desconectar uno cle los cxtremos y tnirar si dicho extremo está cmitiendo |uz. Seleccione dos de las siguientes afirmaciones para descri-

bir esta idea:

z.

Es una buena idea, porque se puede ver si el otro dispositivo está transmitiendo

b.

Es una tnala idea, porque el láser no utiliza frecuencias pertenecientes al espectro

c.

señales Iurninosas.

visible. E,s

una mala idea, porque el láser podría quemañtos la retina.

eAp§TLlLü

\ d.

No pasa nada. El láser no es

2

Redes de comunicaciones

1o suficientemente potente como para causamos

gún daño.

2.16 2.17

nin-

¿Cuántas redes puede conectar un encaminador?

Si un PC conectado a una red AIM que utiliza LANIE necesita difundir una trama a todos Ios demás dispositivos de la red, ¿cómo puede llevar esto a cabo en una red que

no sea de multidifusión'l

2.18

Una vez que el componente de nivel 2 de1 sofnl.are controlador de la red recibe una trama, ¿cómo sabe qué hacer con ella?

2.19 ¿Cómo se entregan los datos al sigurente nivei superior para su ulterior proccsamiento? 2.20 ¿En qué nivel opera Fast Ethernet? 2.21 La computadora A se encuentra en una red Token Ring, conectada a una red Ethemet mediante un encaminador. Esta red Ethernet. a su vez, está conectada a otra red Token Ring mediante un puente de traducción. La computadora B reside en esta sesunda red Token Ring. Explique 1o que sucede con los datos enviados por la computatiora -\ a la

computadora B.

2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27

¿En quó nivel del modelo OSI reside Tcp,/ip? ¿Qué es una red de área local (LAN)? ¿Puede tener encaminadores una LAN?

¿Cuál es la diferencia entre un paquete y una trama? ¿Córno se encaminan las tramas a través de la red? Si

ATM tiene un componente de nir.,el 3. ¿por qué

ATM?

2.1 2.2

es necesario ejecutar

TCp Ip sobre

¿Qué factores hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar una topolo_uía de recl?

¿Qué sucede cuando se desconecta una computadora de un anillo, rómpiénao de ese

modo el anillo?

2.3 2.4 2.5 2.6

2.7 2.8

¿Qué sucede cuando se desconecta una computadora en un bus, rompiendo el bus? ¿cómo se controla el acceso al medio físico en ras redcs en aniilo?

¿córno se controla el acceso al medio flsico en ras redes malladas? La Figura 2.7 mllesÍa cuatro conmutadores AfM conectados, etiquetados como A, B, C y D. Las líneas blancas entre ellos representan conexiones de fibra óptica. Las 1íneas pLlnteadas representan circuitos viftuales permanentes. Físicamente, ¿qLré tipo de topología es esta? La Figura 2.7 muestra cnatro conmutadores ATM, etiquetados A, B, C y D. Las líneas blancas entre ellos representan conexiones de fibra óptica. Las líneas punteadas representan circuitos virtuales permanentes. Lógicamente, ¿qué tipo de topología es ésta? En la Figura 2.7, indique todos los posibles caminos a través de los cuales puede establecerse un circuito viftual pemanente entre la computadora superior y la cámara de

vídeo.

J trPfTlit§

:.9 :.10 L

1,11

2

Redes de comunicaciones

Los teléfonos y las 1íneas telefónicas analógicas de cualquier domicilio no están conectados a ningún tipo de fuente tie alimentación eléctrica. ¿,Cómo es posible que sucne el timbre del teléfono? hnagine que quiere poner en marcha una nueva compañía telefónica, pero que las 1íneas telefónicas existentes son propiedad de otra. ¿Cómo podría conectarse con los domicilios y empresas de sus clientes con el fin de proporcionarles servicio? Suponga que dispone de dos oficinas y que quiere instalar una centralita en cada tlna de ellas y conectar entre sí las dos ccntralitas, para que los empleados de una de las of,rcinas puedan llamar a los empleados de la otra sin tener que pagar a la cornpañía tciefónica por cada llamada. ¿Cómo podría hacerlo'l

lt in rd

la

Figura 2.7. Una red de tlbra óptica de ejemplo

1?

ese

:1

,B, i lí-

Componentes: dos computadoras con dos tarjetas de interfaz de red (NlC), dos cables CIAT5 con conectores RJ-45 en cada extremo y ul1 concentrador Ethernet. Uno de los ertremos de cada cable se insertaría en la tarjeta NIC de la computadora y el otro crtremo en el concentrador, como se muestran en la Figura 2.8. Concentrador Etl-rernct

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PC

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ade Figura 2.8. Conexiones

a un conccntrador.

e,&p§T§"Jt§

2.2

2

Redes de comunicaciones

Tres componentes: dos computadoras y un cable nulo (cable cruzado). El cable crLrza-

do CAT5 se conectaria a la tarjeta NIC de cada computadora. El cable cruzado

es

como un cable nonnal en todos los aspectos, salvo porque los pares de hilos de transrnisión (Tx) y recepción (Rx) están inverlidos, de modo que 1o quc un PC envíe pueda ser recibido a través del hilo correcto por otro PC. Si sc usara un cable normal. cada computadora enviaría sus señales a través del hilo Tx del segundo PC. por 1o que las señaies no podrían ser recibidas. Los puertos de los concentradores incorporan ya este tipo de crlrce, por lo que se utilizan cables normales para conectarse a el1os (véase la Figura 2.9).

:

..".§l-., ..,.....,.&,,--

,lt¡i.!&*§t;}

Cable cruz¡do

Figura 2.9. Cable

2.3 2.4

2.5

I.

.q§:

_6¡¡6ffi*

de red cruzado.

Tres: uno para cada PC y uno para el concentrador. Dos o tres. Los concentradores Token Ring que utilizan cables Tipo-l de IBM no necesitan alimentación. Estos concentradores no repiten la señal, como hacen 1os concentradores Ethemet. En iugar de ello, conticnen un relé que se ciema para completar r-m circuito cuando se detecta que se ha enchufado un dispositivo (éste es cl origen de los ruidos y clics que pueden oírse en los annarios de cableado teletónico). Una vez quc se ciera este relé. el dispositivo actúa en esencia cotno un único cable que conectara un PC con el siguiente PC del anillo. La tarjeta NIC del PC es responsable de gencrar una señal lo su{icientemente fuerte como para alcanzar a1 dispositir,o siguiente clel ani11o. Sin embargo. muchos concentradores Token Ring rnodemos que utilizan conectores RJ-rl5 sí que nccesitan ser concctados a la red de alimentación.

Adquiera un concentrador que tenga puertos tanto UTP como de hbra óptica. Coloque el concentrador cerca de las dos computadoras y conecte éstas mecliante cable CAI5 al concentrador. Tienda un cable de fibra óptica (monomodo o multimodo) entre la computadora remota y el concentrador. En el extremo remoto, utilice un convertidor de medio físico para conectar ei cable UTP a los cables de fibra óptica. La disposrción se muestra en la FiÁura 2.10. Convertidor de ruedio físico

Concentrador Ethemct Fibra óptica

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¡ae&atd&§t&

PC

Figura 2.10. Conexiones de fibra óptica y UTp a un concentrador.

2.6

Coloque otro concentrador cerca de las tres computadoras y conéctelo a éstas mediante tres cables CAT5. Instale un encaminador con una interfaz Ethemet a continuación del concentrador y conéctelo a éste mediante otro cable CAf5. Instale un encaminador

J \P§TUL§

:,j

2

Redes de comunicaciones

similar a continuación del concentrador al que se hace referencia en la Cuestión de repaso 2.5 y conéctelo a dicho concentrador mediante un cable CAT5. Por último, conecte los encaminadores entre sí a través de un circuito proporcionado por el proveedor de servicios de telecomunicaciones (por ejemplo, un enlace RDSi o T1)' Véase la Figura 2.11. Los circuitos WAN se explican en el Capítulo 3' y 11. El conmutailor tendrá que reconocer la dirección MAC de las 10 computadoras' dispositivos además la dirección MAC del encaminador. Los concentradores no son qlle operen en el nivel 2, por lo que no tienen direcciones MAC. Asimisrno. el conmuta¿oriOto opera en [a red local. así que no necesitará detectar ninguna dirección MAC comespondiente al otro lado del encaminador local.

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Encaminador de ol'icina retnota

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1a

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PC

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Concentrador Ethemet

Encaminador Transceptor

Concentrador

Fibra óptica

Etl-rernet

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Figura 2.11. Una concxión

:!i

PC

PC

PC

de red de área extcnsa'

Cuatro. Conecte el PC de Alabama a un encatninador utilizando un cable cruzado CAT5 v conecte el PC de Tennessee a otro encaminador utilizando otro cable cruzado CAT5. Conecte los dos encaminadores a los equipos proporcionados por el proveedor de sen'icios de telecomunicaciones, como se muestra en la Figura 2.12' -Vo/a: una solución más común consistiría en colocar un concentrador en cada uno de los sitios y conectar el encaminador y el PC al concentrador utilizando un cable CAI5 normal. Proveedor de telecor-nunicac iones

*

Cruce

Clruce

Slapout,

AL

-,.".§,. ,§3ilñffiñr&

Bucksnort. TN

Figura 2.12. Conexión de redes encaminadas.

t,jj-'i,)i'il¡l,{-:,,: Redes de comunicaciones

2'9 l6' Los conmutadores,

puentes, encaminadores y computadoras delimrtan segmentos Ethernet. Los concentradores no. Por tanto, 1os dispositivos conectados a un concentrador se encuentran en el mismo segmento Ethemet. La fonna más fácil de determinar el número de segmentos consiste en empezar con los conmutadores. Hay siete dispositivos conectados a cada conmutador (cinco computadoras. Lln concentradá. y un encaminador). Por tanto, hay siete segmentos por cada conmutador. Si multrplicamos por dos conmutaddres se obtienen 1,1 segmenios. Además. habrá que sumar la conexión entre los encaminadores, que requiere dos se-ementos adicronales. debido al puente situado entre ambos (véase la Figura 2 i3).

PC

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5 PCs

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Encaminador

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Encanrl:¡.:

puente Ethernet

Figura 2.13. una red de ejemplo:

2.10

cada punto del dia-srarna represenra un

:---:r:a,E:hr-rnct.

_r3S

Tres. Los encaminadores son los únicos crisposrtil,os que operan en e1 nti -' -l ] que. por tanto, delimitan dominios de difusión. En consecu.n.ir. .r,J, uno tle ltrs d¡,s Smpos de conmutadores, concentradores y conmutadores, se encuentrs en un drr:llrit¡ de difusión. La conexión entre los dos encaminadores, a trar,és dei puenre . ao:tstri-lve el tercer dominio de difusión (véase la Figura 2.121).

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I

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Concentrador Ethenict 5 PCs

Conmutador Ethernet

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Encaminador

Figura 2.14. Dominios de difusión.

F::.'ntct

, §,&pfTL.,L*

2

Redes de comunicaciones

2.ll

Harán falta 24 cables CAT5 normales y dos cables CAT5 de cruce. Cada PC reqniere un cable para conectarse a un concentrador o un conmutador, 1o que nos da un total de 20 cables. Cada encaminador requiere un cable para conectarse al puente y otro cable para conectarse al conmutador. Eso implica que hacen falta cuatro cables más, lo que nos da un total de24. Cada uno de los dos concentradores está conectado a un conmutador mediante un cable de cruce.

2.12

Aunque la mayoría de las tarjetas NIC tienen un conector RJ-45, los pueftos AUI permiten mucha más flexibilidad. Al puerto AUI se le conecta un dispositivo denominado transceptor. Los transceptores pueden tener muchos tipos de conector: de fibra óptica. Thinnet o RJ-45. Esto pennite a los administradores utilizar muchos tipos diferentes de redes Ethernet, incluyendo lOBase-T, 1OBase-2, 10Base-5 y lOBase-F, sin cambiar la tarjeta NiC del PC ni los controladores software. Por tanto, la respuesta es que puede instalarse un transceptor con un conector RJ-45 y usarse un cable CAI5 normal para conectar el transceptor al concentrador.

2.13

Sí. El medio físico es de radiofrecuencia (RF) y, aunque no pueda tocarse, sí que puede

observárselo y medírselo con la a1.uda de diversas heramientas. El nivel físico está especificado en la norma IEEE 802.11b (entre otras) e incluye los mismos componentes que otros medios físicos, como la frecuencia, la intensidad de señal y sus características, las limitaciones teóricas de distancia, etc.

2.11

Sí. La mayoría de las redes inalámbricas están compuestas de tarjetas adaptadoras (normalmente de formato PCMCIA) con antenas externas o internas, y estaciones base, que son de hecho concentradores que se limitan a convertir entre un nivel físico y otro, nor-

malmente, l0Base-T.

2.15

Las respuestas correctas son a y c. Puede verse la luz (suponiendo que el dispositir o esté transmitiendo) pero podríamos sufrir graves daños en los ojos. Por tanto, es muy mala idea hacer eso. Nunca mire directamente en un cable de fibra óptica o a ninguna otra fuente láser, ya sea de luz visible o no. Una altemativa consistiría en mantener el extremo del cable a menos de un centímetro de nuestra mano o de una hoja de papel. Entonces deberíamos ser capaces de ver un pequeño punto luminoso. Los cables de fibra óptica multimodo uflltzan un LED en lugar de un láser real, por 1o que en tcoría no podrían dañarnos los ojos, pero sigue sin ser buena idea mirar directamente, aunque sólo sea por si acaso. No tiene sentido cotrer riesgos innecesarios.

2.16 No hay ningún límite teórico. Desde el punto de vista práctico,

la limitación proviene del número de interfaces físicas permitidas por los fabricantes de los encaminadores. Aunque la mayoría de los encaminadores sólo tienen dos o tres interfaces, otros encaminadores más caros pueden tener más de 100. Sin embargo, esta cuestión puede tener su truco, porque es posible tener más de una red en una interfaz física. E,sta es una práctica común cuando se utilizan circuitos viftuales permanentes AIM o Frame Relay. En estas redes, cada circuito virtual permanente (PVC) puede representar una red de nivel 3 separada.

2.17

Como parle de la íntcialización de cada LEC (cliente de emulación LAN), se establece un circuito virtual conmutador (SVC) entre el LEC y el LES (servidor de emulación LAN) y el BUS, que es el servidor de difusión/desconocido (Broadcast/Unknown Server). La Figura 2.15 ilustra el BUS, que es un módulo software que suele ejecutarse en uno o más conmutadores AfM. Cada vez que un PC necesita difundir una trama, su

Redes de comunicaciones LEC se limita a enviar esta trama al BUS. qllc a su vez la distribuye a todos los otros clientes LEC que se hayan registrado ante el BUS. 2.18 La mayoría de los protocolos de nivel 2 dehnen una cabecera que incluye un campo donde se indica cuál es el siguiente nivel superior. Por ejemplo, la cabecera Ethernet incluye un campo denominado Ethertl,'pe. Si se asigna el r'alor 0800h a este campo, la parle de datos de la trama. que es e1 paquete procedente de1 nivel 3, se entrega al software TCP/IP para su ulterior procesamiento. Sr el r'alor es 0806h. el contenido del campo de datos pefienece al protocolo ARP (-l¿¿ú'ess Resolution Protocol , protocolo de resolución de direcciones).

Figura 2.15. Red con servidor BLIS.

2.lg

Usualmente, cuando se inicializa un prótocolo tal como IP, se crean una serie de búferes de memoria para enviar y recibir paquetes. Cuando se establece la vinculación entre el protocolo y un adaptador de red, se asigna al controlador de dispositivo del adaptador (que es el softu,are de nivel 2) una dirección de memoria en la que puede colocar los datos entrantes. IJnavez que coloca los datos en la dirección de memoria especificada, el software IP puede comenzar el procesamiento del paquete.

2.20

Podríamos decir que la respuesta correcta a esta cuestión es simplemente «Nivel 2». Sin embargo, es importante ser consciente de que estas tecnologías no pueden existir en el vacío. La aplicación transmisora en la computadora A pasa los datos hacia abajo a través de los niveles superiores hasta alcanzar el nivel 3, donde se incluyen los datos dentro de un paquete. Este paquete se incluye a su vez en una trama Token Ring (nivel 2). A continuación, se transforma la trama en señales eléctricas que se transmiten a través del

2.21

cable (nivel 1).

Puesto que los primeros segmentos Token Ring y Ethemet están separados por un encaminador, que opera en el nivel 3, el encaminador debe descartar la información de cabecera y de f'rn de trama Token Ring y a continuación leer la cabecera del paquete (nivel 3). Una r.ez determinada la ubicación de la computadora B. el encaminador crea

¿ *,&p§TtJ[-ü

2

Redes de comunicaciones

una nueva trama Ethemet inseftando una cabecera y un fin del paquete Ethernet alrededor de1 paquete (nivel 2) y enviando la trama hacia su destino convirtiendo de nuevo los unos y ceros es señales eléctricas (nivel l). Una vez que la trama llega al puente, que opera en el nivel 2, el puente determina que la computadora B reside en el segundo segmento Token Ring. Puesto que el puente no es capaz de interpretar el contenido del paquete (ya que sólo opera en el nivel 2) y la trama Ethernet recibida no puede transmitirse a través de la red Token Ring, el puente debe quitar 1a cabecera y fin de trama Ethemet y aplicar una cabecera y fin de trama Token Ring (nivel 2) y luego transmitir la trama (nivel 1). 2.22

La respuesta que daríamos en un examen a esta cuestión sería «Nivel 3». Sin embargo, en realidad TCPAP es un conjunto de muchos protocolos separados. Entre los protocolos de este conjunto están TCP y UDP, que operan en el Nivel 4, y también IP, que es un protocolo de nivel 3. Muchos de los protocolos de TCP/IP están diseñados para realizar funciones de gestión, como por ejemplo ICMP, o para facilitar la comunicación entre niveles, como por ejemplo ARP y DNS.

2.23

Una red de área local (LAN, Local Area Network) es un término que se utiliza para

describir un grupo de dispositivos que comparten una ubicación geográfica. Usualmente, este tipo de red está limitada a un único edificio o a un conjunto de edificios muy próximos. 2.24

Sí. Las redes de área local contiener¡ a menudo muchos encaminadores para segmentarlas en diversos dominios de difusión más pequeños, pero el término LAN describe una agregación geográfica, más que realizar distinciones entre los niveles 2 y 3 del modelo OSI.

2.25

Una trama es la unidad de datos de protocolo (PDU) del nivel de enlace de datos, mientras que un paquete es la PDU del nivel de red. Dicho de otro modo, para crear una trama se añaden a un paquete una cabecera y un fin de trama de nivel de enlace de datos. Por tanto, decimos que Íatrama encapsula al paquete.

2.26 No

se las encamina. Las tmmas sólo existen dentro de un dominio de difusión. Si el paquete contenido dentro de la trama está destinado a una red remota, el encaminador copia el paquete en sus búferes y luego descarta la trama. Unavez determinada por el

encaminadot

la interfaz de salida, el encaminador crea una nueva trama, coloca

el

paquete dentro de la misma y envía la trama hacia su destino.

2.27 No

es necesario. Resulta posible, ciertamente, escribir aplicaciones que soliciten los servicios AIM directamente y utilicen las direcciones AIM de 20 bytes en lugar de las direcciones IP y permitan a los mecanismos de encaminamiento de AIM proporcionar un camino libre de bucles a través de la interred.

De hecho, esta capacidad es una de las razones por las que AIM era tan popular. Todo el mundo daba por supuesto que alguien escribiría las aplicaciones estrella que aprovecharan los mecanismos inherentes de gestión de la calidad de servicio de AIM y que una pléyade de aplicaciones multimedia de siguiente generación haría que todo el

mundo se convirtiera de Ethernet

a

AIM.

Desafortunadamente, nadie desarrolló nunca esas aplicaciones y, al no existir ninguna necesidad urgente, pocas empresas podían justificar el coste de AIM, lo cual es la razón de que ATM esté siendo rápidamente sustituido por Ethernet una vez más.

rl¡:tirllTr.j;.:-:

..

Redes de comunicaciones

I:t'LI:91 ,i.

2.1

Hace muchos años, estas decisiones estaban basadas en 1a drsposición física de las computadoras cliente v servidores. en e1 ancho de banda necesario t'en los patrones de tráfico más comunes de 1a red. Sin embargo. las redes modernas de área loca1 son casi exclusivamente Ethernet. que es una topolo-eía en estrella. Esto se debe. principalmente, a que la mavoría de ias ernpresas también necesitan utilizar aparatos telefónicos y resulta fácil tender cables de teléfono 1 de datos a1 mismo tiernpo (y, de hecho, a menudo son cables idénticos). Esta preralencia de Ethemet se basa también en cuestiones de cosre 1. de disponibilidad de soporte técnico, porque prácticamente no hay ninguna otra red competidora. En e1 campo de las redes WAN, estas decisiones suelen tomarse basándose en el coste. porque los costes mensuales de mantenimiento de los circuitos de datos pneden ser muy altos. Así, aunque puede que fuera técnicamente benetlcioso disponer de una malla completa ATM o Frame Relay entre las oficinas remotas, resulta difíci1 normalmente justificar este tipo de solución desde el punto de vista financiero. Debido a la evolución, las redes en estrella también resultan comunes en el campo de ias redes \\,4N. El proceso comienza cuando una pequeña empresa necesita conectar dos oficinas alejadas entre sí. Lo que se suele hacer es configurar una red punto a punto. A medida que la compañía crece y añade nuevas oficinas, continúan disponiendo nuevos circuitos punto a punto. Estos circuitos suelen tenderse desde la sede de la compañía hasta las oficinas remotas, creando una topología en estrella.

)1

Si se rompe el trayecto alrededor del anillo, ninguno de los dispositivos del anillo podrá

comunicarse. Sin embargo, muchas topologías en anillo, como SONET y FDDI, utilizan anillos «duales» y dispuestos en sentido contrario de giro, 1o que ofrece una cierta redundancia. Token Ring, sin embargo, no tiene estas características. Afortunadamente, sí que incluye un mecanismo para evitar la interrupción de todos los servicios de red cada vez que se encienda o apague una computadora del anillo.

,1

En la mayoría de las redes de bus, puede desenchufarse o apagarse una computadora sin que el resto de los dispositivos se vean afectados, pero si se desconecta el enlace con el siguiente dispositivo, se desactivará la red completa. Esto se debe a que la mayoría de las redes en bus necesitan estar terminadas en ambos extremos mediante un dispositivo denominado, apropiadamente, terminador. Los tetminadores son, normalmente, una resistencia del valor especificado por 1a tecnología. Esta resistencia es necesaria para evitar que las señales reboten en el extremo del cable y afecten a otras señales.

2.4

La mayoría de las redes en anillo ttllizan mecanismos de paso de testigo. Un testigo es una trama especial enviada desde una computadora a la siguiente computadora del anil1o, que a su vez envía el testigo al siguiente dispositivo, etc. Sólo el dispositivo que tenga el testigo puede acceder al medio físico. En otras palabras, si se desea enviar datos, es necesario esperar hasta que e1 dispositivo anterior del anillo nos envíe el testigo, después de lo cual podernos enviar los datos. lJna vez enviados los datos, se pasa e1 testigo a la siguiente computadora, para que también ésta tenga una oportunidad de transmitir.

§eptrT{",L§

2

Redes de comunicaciones

2.5

Normalmente, no hay ningún control de acceso al medio. Puesto que sólo hay dos dispositivos en cada enlace y las conexiones son generalmente dúplex, 1o que significa que ambos dispositivos pueden transmitir y recibir simultáneamente, no existe ninguna necesidad de controlar el acceso al medio.

2.6 2.7

Físicamente, se trata de una malla parcial de redes igualitarias. Si los conmutadores A y C estuvieran conectados directamente, se frataría de una malla completa. Desde el punto de vista lógico, es una ma.lla completa, porque todos los conmutadores tienen una conexiór, directa con todos los otros a través de un PVC. No es importante que no haya conexión física entre los conmutadores A y C.

2.8

Los posibles trayectos son a través de los siguientes conmutadores:

O C, D,A O C, B.A . C, B, D,A . C,D,B,A Hay cuatro posibles trayectos desde la conmutadora hasta la cámara de vídeo y ni 1a computadora ni la cámara tienen forma de saber cuál es la ruta que los datos toman a través de la red. Esta falta de visibilidad explica por qué las redes ATM y otras redes basadas en circuitos virtuales, como Frame Relay, se denominan a veces nubes (y se suelen representar como tales en los diagran-ras). La principal ventaja de utilizar estas conexiones es que puede encaminarse el tráfico para tratar de evitar los enlaces congestionados o interrumpidos. Por ejemplo, si un SVC está transportando datos a través de la ruta C, D, A y el enlace físico entre los conmutadores A y D se interrumpe. el tráfico puede reencaminarse rápida y automáticamente para seguir la ruta C, B, A. Si e1 enlace entre B y C se congestionara, de modo que la red AIM no pueda garantizar que se mantenga la tasa de bits constante, podría elcgirse la ruta C, D, B, A en su lugar. Aunque esta flexibilidad es muy valiosa, este tipo de redes

complicado tanto de configurar como de diagnosticar. La central telefonica suministra la alimentación eléctrica a través del mismo par de hilos que transporta la conversación de voz. La alimentación suministrada es ¿18 voltios CC. Aunque la comiente y la tensión son bastante pequeñas, se puede experimentar una sacudida eléctrica si se tocan los hilos, completando el circuito.

también

2.9

2.10

2.ll F

t F

r

es bastante

Usualmente, las normas cxistentes en los distintos países obligan a las compañías telefónicas ya establecidas a facilitar el uso de su infraestructura a otras compañías tele-

fónicas. Estas otras compañías pueden instalar sus propios equipamientos de telecomunicaciones y deberán abonar una tarifa a la compañía ala que peftenezcan los cables de conexión con los domicilios y of,rcinas. Alquile un circuito dedicado, como por ejemplo una línea T1 o una línea RDSI-PRI (Primary Rate Interface, interfaz de acceso primario) a la compañía telefónica. A continuación, conecte este circuito a cada una de las centralitas. Esto permitirá mantener varias conversaciones telefonicas simultáneas entre las oficinas. Aunque hay una conexión física, el enlace T1 o DS1 es un circuito virtual, de manera que no imporla el número de dispositivos que atraviese físicamente; para las centralitas, parecerá como si sólo estuvieran separadas por un único cable. En otras palabras, si las dos oficinas se encontraran en provincias distintas, el circuito podría conectar físicamente una centralita ala central telefónica local y ésta podría conectarse a otro

CAP|IULO

2

Redes de comunicaciones

- -t-.:l-:..i.1.r-:lS-.-.a :a - --a-.-:t.::lrtlOCOflIlflltadOf,etC.EStaCOneXiónptfede t_::r : .::-.e: .ie Jr-ltir,: :: -. -. t-.t-,..-- ::.i de rariaS COmpañíaS diStintaS, inClUyendO .:.::J.':-s d.- larsa úisil:-.-;. -:..:) :: :'-:-l: ¡ la oficina remota. Sin embargo, 1o único --: :],t,Sr)lroS \erentrrs i: -.t -1..- - rt.:,: :t-ife 1aS doS Centralitas. EStO Se debe a que , RTGC es una red de aa:-:l-.--.:-. .: l: - r' --l-tr¡