Redes Locales

TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN TEMA 6.- Redes locales. Concepto, tipos y configuración

Tema 6 Redes locales. Concepto, tipos y configuración 1.- ¿Qué es una red? Una red la forman dos o más ordenadores conectados entre sí, en los que se pueden compartir no sólo los ficheros de datos y el software de aplicación, sino también el hardware como las impresoras y otros recursos informáticos como el fax. 1.1.- Tipos de redes En función de la extensión de la red o de la distancia que exista entre los distintos equipos que forman parte de una red, éstas pueden ser clasificadas en dos grandes grupos: Redes de Área Local (redes LAN). La mayoría de redes enlazan ordenadores dentro de un área limitada; dentro de un departamento, una oficina o un edificio. Estas redes se llaman Redes de Área Local, o LANs (Local Área Network). Una Lan, por tanto, es un grupo de ordenadores conectados mediante un medio de transmisión compartido, normalmente un cable. Compartiendo un único cable, cada equipo requiere solamente una conexión para hacer posible la comunicación con cualquier otro de la red. Redes de Área Amplia (redes WAN). Las redes pueden unir ordenadores de todo el mundo, con lo que se puede compartir información con alguien situado en el otro extremo del planeta de una manera tan sencilla como compartirla con la persona de la mesa de al lado. Cuando las redes son de este tipo, reciben el nombre de Redes de Área Amplia, o WANs (Wide Area Network). Una WAN es una colección de LAN conectadas utilizando enlaces punto a punto que alcanzan distancias relativamente larga, por ejemplo, a través de una línea telefónica. 1.2.- Tipología de redes Cuando hablamos de tipología de una red, hacemos referencia a su configuración. Esta configuración recoge tres niveles: físico, eléctrico y lógico. El nivel físico y el eléctrico se puede entender como la configuración del cableado entre máquina o dispositivos de control o conmutación. Cuando hablamos de la configuración lógica tenemos que pensar en cómo se trata la información dentro de nuestra red, cómo se dirige de un sitio a otro o cómo la recoge cada estación. Así pues, para ver más claro cómo se pueden configurar las redes vamos a explicar de manera sencilla cada una de las posibles formas que pueden tomar.

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Mallada. Este tipo de redes son las más caras. Pero a su vez son las más flexibles. Vienen caracterizadas por encontrar caminos entre estaciones muy rápidamente, pero hay que tener en cuenta que para ‘N’ nodos, necesitamos ‘N-1’ enlaces, teniendo pues en total (N*(N-1)) enlaces.

Estrella. Esta configuración está siendo eliminada poco a poco, puesto que todo el sistema se centra en la estación central y si por algún motivo cayese, todo el sistema se vería afectado. El nodo central, para ‘N’ estaciones, tiene ‘N-1’ enlaces, mientras que las otras estaciones tan sólo tendrían uno que es el que les vendría de la estación central. Se puede sustituir la estación central por un hub o concentrador, que propaga las señales por cualquiera de sus puertos hacia todos los demás puertos, de modo que las señales transmitidas por cada equipo llegan a todos los demás. Bus. Tenemos un enlace por cada nodo, y estos se conectan a un enlace que une todas las estaciones. Típica configuración que une una Ethernet, dónde un cable va de un ordenador al siguiente como una guirnalda.

Anillo. Cada nodo tiene dos enlaces, puesto que la información siempre le vendrá de un lado y la enviará hacia el otro. Un ejemplo de esta configuración la encontramos en un Token Ring.

Árbol o Estrella jerárquica. Todas las estaciones cuelgan de un ordenador central y se conectan entre ellas a través de los hubs que haya instalados.

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1.3.- Componentes de una red Describiremos a continuación los principales componentes de una red local. SERVIDOR. La mayoría de las redes poseen al meno un ordenador llamado Servidor, y todos los ordenadores de sobremesa conectados a él. Almacena los ficheros de datos y los programas de software de aplicación a los que los usuarios acceden y comparte entre sí. Algunos sistemas operativos como Novell Netware requieren que exista una computadora dedicada al papel de servidor y que otras funcionen solamente como clientes. Por otro lado existen sistemas operativos entre iguales dónde todos los equipos pueden funcionar tanto en forma de cliente como de servidor. CLIENTE. Un cliente es el ordenador de sobremesa o portátil de sobremesa. Los clientes se conectan al servidor, y acceden a sus ficheros y aplicaciones. ADAPTADOR DE RED. Todo ordenador que forme parte de una red debe disponer de un dispositivo que le permita transferir y recibir datos a otros componentes de la red. El dispositivo más común es una tarjeta adaptadora conectada al bus de expansión de la computadora y a un cable de red. El adaptador de red, en combinación con el correspondiente controlador, implementa el protocolo del nivel de enlace de datos utilizado por cada equipo que forma parte de la red. PERIFÉRICOS COMPARTIDOS. En una red se pueden compartir cualquier número de periféricos, como impresoras, escáneres, unidades CD-ROM, fotocopiadoras, dispositivos de copia de seguridad. HUBS O CONCENTRADORES. Dispositivo que funciona como centro de cableado para una red con topología en estrella. Su función es la de propagar la información que reciba por cualquiera de sus puertos a los demás puertos. SWITCH. Se trata de un Hub “inteligente” en el que la información recibida por un puerto es transmitida al puerto en el que se encuentro conectado el equipo de destino de dicha información, de manera que pueden existir dos o más parejas de ordenadores en conversación en un determinado momento. ROUTER. Conecta dos redes de área local completamente independientes en el nivel de red. 1.4.- Software de red Sistema operativo de red. Controla el funcionamiento de la red; indica a los ordenadores de la red lo que deben hacer, organiza los ficheros, gestiona el flujo de información, y controla quién tiene acceso a qué información. El Sistema operativo de red o NOS (Network Operating System) incluye un software servidor, que se ejecuta en el servidor, y un software cliente, que se ejecuta en cada uno de los ordenadores de sobremesa. Software cliente. Incluye el entorno operativo del cliente, controla qué sucede en el cliente, y se comunica con el sistema operativo de red. Profesor: Ricardo Rodríguez García

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Aplicaciones y utilidades en red. Son los programas software que se instalan y se ejecutan desde el servidor. Incluye aplicaciones de grupo, como el software e-mail, calendarios y agendas. También forman parte de él las versiones de red de las aplicaciones de productividad personal, como procesadores de textos y hojas de cálculo, y utilidades como software de copias de seguridad (que protege los datos copiándolos en cinta, y que pueden restaurar al servidor si los datos originales se pierden). 1.5.- Medios de transmisión Debemos entender los medios de transmisión como el canal por el que irá la información que nosotros deseamos enviar de un sitio a otro; por tanto, la capa física será la que se encargará de hacer llegar la información a su destino mediante algún soporte físico. Aunque en una transmisión, los medios por los que pueden “correr” los bits pueden ser varios, intentaremos ir uno a uno para entender su funcionamiento y sus características. 1.5.1.- Cable coaxial Se divide en cuatro partes: 9 El núcleo es un alambre de cobre duro que va recubierto por un material aislante que constituye la segunda parte del cable. 9 A su vez el aislante está dentro de un conductor exterior que es de forma cilíndrica y normalmente tiene una forma de malla trenzada. 9 La cuarta y última parte del cable está formada por una cubierta de plástico, que protege todo su interior de las condiciones adversas. Las redes de cable coaxial se instalan usando una topología de bus, en la que el cable forma un segmento, limitado por dos extremos, con los ordenadores conectados alo largo de su longitud. Los conectores de estos cables son básicamente dos, el conector en T y el conector tipo vampiro. El conector en T necesita que se corte el cable para poder ser insertado provocando el corte en la red al añadir nuevos usuarios. En cambio, con el conector, tipo vampiro, basta con perforar en el cable para que este quede insertado en el núcleo, pero una mala conexión puede hacer que tengamos errores en toda la red. 1.5.2.- Par trenzado Actualmente el par trenzado es el tipo estándar de cable para las comunicaciones de LAN. Es un cable adecuado para muchas aplicaciones, y comparado con el coaxial, resulta más fácil de instalar y proporciona mucho mejor rendimiento. Quizás la mayor ventaja del par trenzado es que se utiliza en innumerables líneas telefónicas por todo el mundo. A diferencia del cable coaxial, que sólo tiene un cable portador de la señal y otro de tierra, el cable de par trenzado utilizado en la mayoría de las redes tiene cuatro pares de hilos de cobre aislados dentro de una funda

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común. Cada par de hilos está trenzado con un número diferente de vueltas por pulgada para evitar interferencias electromagnéticas de los otros pares y de fuentes externas. Cada par de hilos de un cable de par trenzado está marcado con un color, siendo el hilo de color liso el portador de las señales, mientras que el hilo rayado es el de tierra: • • • •

Azul liso y rayas blancas y azules. Naranja liso y rayas blancas y naranjas. Verde liso y rayas blancas y verdes. Marrón liso y rayas blancas y marrones.

Patillaje de los conectores Los cables de par trenzado utilizan conectores modulares RJ-45 en ambos extremos. En las siguientes figuras se muestra, por un lado la misión de cada una de las patillas del conector, por otro la conexión de los cables al conector según distintos estándares.

Cable UTP DIRECTO

Patillaje 568B

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Patillaje 568A

Patillaje USOC

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1.5.3.- Cable de fibra óptica El cable de fibra óptica utiliza pulsos de luz para transmitir las señales binarias generadas por los ordenadores. Como el cable de fibra óptica utiliza la luz en lugar de electricidad, elimina completamente casi todos los problemas propios del cable de cobre, como las interferencias electromagnéticas, la interferencia entre cables y la necesidad de conexión a tierra. Además, se reduce enormemente la atenuación, permitiendo que los enlaces de fibra óptica alcancen distancias muchos mayores que los de cobre, hasta 120 kilómetros en algunos casos.

2.- El modelo de refencia OSI Las comunicaciones de red tienen muchos niveles y pueden ser difíciles de entender. El modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (Open Systems Interconnection, OSI) es un concepto teórico que separa las comunicaciones de red en siete niveles diferentes, tal y como se muestra en la siguiente figura. Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace de datos Físico

Es la interfaz entre la aplicación demandante de servicios de red, que se ejecuta en el ordenador y la torre de protocolos que convierte esa demanda en las señales transmitidas por la red. Gestiona el uso de una sintaxis de transferencia admitida por los equipos conectados, de modo que sistemas terminales de tipos diferentes se puedan comunicar. Proporciona mecanismos mediante los cuales se establece, mantiene y termina un diálogo entre computadoras. Proporciona diferentes niveles de servicio según las necesidades de la aplicación, como confirmación de recepción, entrega garantizada, ... Realiza funciones de direccionamiento, enrutamiento por internet, fragmentación de paquetes, reensamblaje y comprobación de errores. Empaqueta los datos del nivel de red para su transmisión, proporciona el direccionamiento de los paquetes y comprueba posibles errores. Codifica los datos binarios proporcionados por el nivel de enlace de datos, convirtiéndolos en voltajes eléctricos o pulsos de luz.

Cada equipo de la red utiliza una serie de protocolos para realizar las funciones asignadas a cada nivel. En la parte más alta está la aplicación que demanda un recurso localizado en cualquier otro sitio de la red y en la parte más baja, medios de transmisión, como los cables, que conectan las computadoras entre sí y forman la red. 2.1.- Comunicación entre niveles Las redes funcionan enviando mensajes de un sitio a otro, y el modelo OSI define los componentes básicos necesarios para transmitir estos mensajes a sus destinos. Los protocolos de red deben asegurarse de que las transmisiones alcanza los destinos correctos y a su debido tiempo. Al igual que para enviar una carta se procede a introducirla en un sobre en el que se escribe una dirección, los protocolos de red sirven para empaquetar los datos generados por un aplicación, adjuntarle una dirección y enviarlo a otro equipo de la red. Los protocolos que operan en los diversos niveles funcionan conjuntamente para proporcionar una calidad de servicio unificada. El tráfico saliente va adquiriendo, por etapas, la información de control necesaria para hacer el viaje hasta su destino, comenzando por protocolos más altos y bajando por la pila hasta el medio de transmisión. Esta información de control toma la forma de encabezados, y en algún caso de cola, que envuelven los datos recibidos del nivel inmediatamente superior, en un proceso llamada encapsulación de datos.

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Los encabezados y la cola están compuestos por campos individuales que contienen la información de control necesaria para lograr que el paquete llegue a su destino. En una transacción típica, como la que se muestra en la figura, envuelve el paquete que recibe del protocolo anterior creando uno nuevo que es transferido al nivel inferior.

Una vez encapsulado el protocolo del nivel de enlace de datos, el paquete completo, que ahora se denomina trama, está preparado para convertirse en el tipo de señal apropiado para su transmisión por el medio. De este modo, el paquete final que se transmite por la red consiste en los datos originales del nivel de aplicación más varios encabezados que han añadido los protocolos de niveles sucesivos, tal y como se muestra en la figura.

3.- Protocolos de red 3.1.- El protocolo TCP/IP TCP/IP (Protocolo de Control de la Transmisión / Protocolo de Internet) se ha convertido en el grupo de protocolos preferido en la mayoría de redes de datos; una de las principales razones es que son los protocolos utilizados en Internet, además de ser realmente universal en su interoperatividad entre plataformas, admitidos por todas y dominado por ninguna.

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A todo dispositivo de una red TCP/IP se le asigna una dirección de IP (a veces más de una), que lo identifica de forma única frente a los otros sistemas. Direccionamiento de IP La dirección IP es un identificador absoluto de la máquina individual y de la red en que reside. Todo paquete de datagramas IP transmitido por una red TCP/IP contiene la dirección de IP del sistema origen que lo ha generado y del sistema destino al que va dirigido en su cabecera IP. Las direcciones de IP tienen una longitud de 32 bits y su notación consta de cuatro números decimales de 8 bits separados por puntos, como 192.168.2.45. El intervalo completo de direcciones IP posibles va de 0.0.0.0 a 255.255.255.255. Toda dirección de IP contiene bits que identifican una red y bits que identifican un adaptador, denominado host, de dicha red. Máscaras de subred La máscara de subred aplicada sobre la dirección IP de un adaptador de red, establece donde termina la dirección de la red externa, y donde comienza la dirección de la red local o segmento al que se encuentra conectado dicho adaptador. Así pues las máscaras dividen redes en subredes, y esas subredes por medio de otras máscaras dividen pueden dividirse igualmente en redes de menor tamaño. A partir de una máscara de red resulta muy sencillo calcular el número de nodos que pertenecen al mismo segmento. Si partimos de la siguiente máscara de red 255.255.255.0, representada en binario: 11111111.11111111.11111111.00000000, ahora sencillamente hemos de asociar mentalmente los 1 con la parte de la red externa y los 0 con la red local. El número total de nodos por segmento en esta red será el máximo número que podamos representar con un número binario de tantas cifras como ceros (de red local), tengamos. En este caso tenemos 8 ceros, luego son 28 nodos, o lo que es lo mismo: 256 (aunque habría que excluir aquellos nodos con direcciones IP no permitidas). Mediante la máscara de subred podemos dividir una red en subredes de menor tamaño. Podemos crear subredes capaces de albergar cualquier número de puestos, aunque en la medida de lo posible, deberán evitarse números que no sean potencia de 2. Siguiendo esta recomendación, hallar la máscara de red es sencillo. Tan sencillo como construir un número binario dividido en octetos, con tantos ceros al final como bits precisemos para representar el número de puestos. Ejemplo: si pretendemos dividir una red de 256 nodos en 8 redes de 32 puestos, precisaríamos 5 bits para representar los 32 puestos (pues 25 = 32), luego la máscara en binario de cada uno de los puestos sería: 11111111.11111111.11111111.11100000, o lo que es lo mismo, 255.255.255.224 en decimal. Tablas de rutas Describiremos, a continuación, cómo se realiza la transmisión de datos entre los nodos de una red local. Una dirección IP, combinada con una máscara devuelve la dirección de la subred a la que pertenece la dirección IP. Las rutas son como los caminos que sirve para dirigir datagramas de datos en una red IP. Dentro de la ruta (y a efectos prácticos), el segmento (red destino) es algo similar a un patrón contra el cuál se irán contrastando las direcciones IP de los datagramas que van recibiendo o generando los adaptadores de red. Si la

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dirección destino del datagrama IP pertenece al segmento de red de la ruta de datos, se reenviará a través del adaptador y a la dirección IP asociada a tal ruta. De manera que cuando un nodo recibe un datagrama, consulta su dirección de destino, posteriormente, y de acuerdo a su tabla de rutas, consulta si dicha dirección pertenece a alguna de las subredes a las cuales tiene acceso. Para ello, en primer lugar toma la dirección y máscara de cada una de las rutas. Averigua su dirección base mediante el procedimiento anteriormente descrito. Una vez hecho esto, aplica el mismo algoritmo a la dirección destino del datagrama con la misma máscara de la ruta. Si el resultado de ambas operaciones es idéntico, el datagrama va destinado a dicha subred, y por tanto hemos de reenviarlo a través del adaptados pertinente a la máquina especificada en la ruta. Este proceso se describe más técnicamente en la siguiente figura:

DIRECCIÓN IP DEL ADAPTADOR 194.100.1.8

MÁSCARA DE RED DEL ADAPTADOR 255.255.255.128

DIRECCIÓN IP DESTINO DEL DATAGRAMA 194.100.1.103

EN BINARIO

EN BINARIO

EN BINARIO

11000010.01100100.00000001.00001000

11111111.11111111.11111111.10000000

11000010.01100100.00000001.01100111

AND

AND

11000010.01100100.00000001.00000000

11000010.01100100.00000001.00000000

XOR

00000000.00000000.00000000.00000000

EN DECIMAL=0

El resultado final es 0, luego el datagrama IP pertenece a la misma subred que el adaptador. Si el resultado fuera distinto de 0, no pertenecería y el datagrama no sería enviado. En caso de no encontrar una ruta válida, los nodos suelen disponer de una ruta por defecto o default, que apunta a una máquina, una puerta de enlace o GATEWAY (si disponen de acceso al exterior, por ejemplo un modem-router ADSL), que supuestamente será capaz de gestionar los paquetes no pertenecientes al grupo de subredes directamente accesibles. Clases de direcciones de IP La IANA (Internet Assigned Numbers Authority) registra varias clases de direcciones de red, que se diferencian en las máscaras de subred, esto es, en el número de bits utilizados para representar la red y el host. Profesor: Ricardo Rodríguez García

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Las clases de direcciones aparecen resumidas en la siguiente tabla: Clase A

Clase B

Clase C

Clase D

Clase E

Bits de dirección de red

8

16

24

N/D

N/D

Bits de dirección de host

24

16

8

N/D

N/D

Máscara de subred

255.0.0.0

255.255.0.0

255.255.255.0

N/D

N/D

Las direcciones comienzan

0

10

110

1110

1111

Dirección de comienzo

0.0.0.0

128.0.0.0

192.0.0.0

224.0.0.0

240.0.0.0

Dirección final

127.255.255.255

191.255.255.255

223.255.255.255

239.255.255.255

255.255.255.255

Número de redes

127

16.384

2.097.151

N/D

N/D

Número de hosts

16.777.214

65.534

254

N/D

N/D

Las direcciones de Clase D no están diseñadas para su asignación en bloques como en las otras clases. Esta parte del espacio de direcciones está destinada a direcciones multidifusión. Las direcciones multidifusión representan grupos de sistemas que poseen un atributo en común, peor que no se encuentran ubicadas, necesariamente, en el mismo lugar ni están administradas por la misma administración. Por ejemplo, los paquetes que se envían a la dirección de multidifusión 224.0.01 son procesados por todos los enrutadores de la subred local. El bloque de direcciones diseñadas como Clase E está reservado para su uso en el futuro.

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