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Fundamento de Redes y Conectividad

Por: Li. Fany Aquino Castro

Fundamento de Redes y Conectividad

SESIÓN

1 FUNDAMENTOS DE REDES 1. DEFINICIÓN Una Red de Computadoras (llamada también Red Informática), es un conjunto de equipos y software interconectados que hacen posible la transmisión y recepción de información digital. La interconexión se realiza por medio de dispositivos físicos que envían y reciben impulsos eléctricos, ondas electromagnéticas o cualquier otro medio para el transporte de datos, con la finalidad de compartir información, recursos y ofrecer servicios.

Como en todo proceso de comunicación, se requiere de un emisor, un mensaje, un medio y un receptor. La finalidad principal para la creación de una red de computadoras es compartir los recursos y la información en la distancia, asegurar la confiabilidad y la disponibilidad de la información, aumentar la velocidad de transmisión de los datos y reducir el costo general de estas acciones. Un ejemplo es Internet, la cual es una gran red de millones de computadoras ubicadas en distintos puntos del planeta interconectadas básicamente para compartir información y recursos.

La estructura y el modo de funcionamiento de las redes informáticas actuales están definidos por estándares, siendo el más importante y extendido de todos ellos, el modelo TCP/IP basado en el modelo de referencia OSI; conceptos en los cuales se profundizará más adelante.

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Fundamento de Redes y Conectividad 2. HISTORIA Y EVOLUCIÓN La historia de las redes de las computadoras está vinculada a la historia de Internet, la misma que se resume a continuación.

Puesta en órbita del primer satélite artificial por Parte de la URSS

Inicio de la Guerra Fría

1945

La agencia ARPA crea y desarrolla la red ARPANET

Creación de la Agencia ARPA (EE.UU.)

1957

1958

1966

Creación de la red Cyclades (Francia) Por su bajo presupuesto, su enfoque fue interconectarse con las redes ya existentes.

Creación de la red NPL (Inglaterra) Se crea la Conmutación de Paquetes

1967

1972

Timothy Berners-Lee crea la World Wide Web.

Vinton Cerf crea el Protocolo de Control de Transmisiones (TCP

1973

1989

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Fundamento de Redes y Conectividad 3. CONCEPTOS Y COMPONENTES BÁSICOS DE UNA RED

A continuación se describen los conceptos y componentes básicos para que la comunicación en red se dé. Para su mejor entendimiento, se tratan cada uno de éstos con analogías propias de la vida cotidiana.

Por ejemplo en el ámbito humano, para que exista la comunicación y por ende pueda compartirse información, es imprescindible contar con los siguientes elementos:

a. b. c. d.

El Emisor: Quien es el responsable de elaborar el mensaje a transmitir.

El Receptor: Es quien recibe el mensaje elaborado por el emisor.

El Mensaje: Es la información a transmitir.

El Canal: Representa el medio por el cual se transmitirá el mensaje. Puede ser un cable telefónico, ondas acústicas en el aire, etc.

De forma análoga, para que dos computadoras puedan compartir información (o comunicarse), se requiere los mismos elementos para su funcionamiento, salvo que en este contexto, tienen diferentes denominaciones, y éstos forman parte de los que se conoce como Componentes de Red.

Elementos de la Comunicación Humana

Componentes de una Red de Computadoras

Emisor

Servidor

Receptor

Cliente

Mensaje

Datos

Canal

Medio de Transmisión

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Fundamento de Redes y Conectividad a. SERVIDOR Un equipo servidor, es una computadora cuya función es la de Proveer Información a otras.

Aunque en teoría, esta función la puede desempeñar cualquier computadora, lo cierto es que la creciente Internet y la alta demanda de información en el mundo, han generado la aparición de empresas dedicadas específicamente a la fabricación de estos equipos, con especificaciones y características que van desde funcionar ininterrumpidamente hasta atender a millones de usuarios de forma simultánea. b. CLIENTE En equipo cliente, es una computadora que usa o consume la información proveniente desde un equipo servidor. Haciendo referencia nuevamente al ejemplo de Internet, los equipos cliente los podemos encontrar en nuestro hogar, en una cabina pública, etc.

Cabe aclarar que los conceptos de Equipo Cliente y Equipo Servidor no definen de manera concluyente la función que cumple una computadora en una red, sino el momento en el que cumplen tal función. Por ejemplo, al estar un usuario en una computadora consumiendo la información contenida en un servidor de Facebook, claramente queda definido que el equipo que usa el usuario es, en ese instante, “Cliente”, mientras que la computadora de Facebook es el “Servidor”. Continuando con el ejemplo, si en ese mismo instante, la computadora de la empresa “Facebook” empieza a descargar la actualización del antivirus que tiene instalado desde la página de su proveedor, entonces, este equipo se convierte en “Cliente” y la computadora desde la cual se descarga la actualización se convierte en “Servidor”. c. DATOS Los datos representan el mensaje que se transmite, el mismo que está codificado en lenguaje binario por tratarse de una comunicación digital. Físicamente los datos pueden ser pulsos eléctricos, señales de microondas, un haz de luz, etc. d. MEDIO DE TRANSMISIÓN Este componente hace alusión a los equipos y medios empleados para que los datos pueden “viajar” de un equipo a otro. Los detalles se verán en la siguiente sesión.

Datos Servidor

Medio Cliente

Aunque los componentes descritos hasta el momento son suficientes para la comunicación entre dos computadores, es sabido que en un entorno real intervienen muchos de estos equipos, por lo que será necesaria la adición de dos componentes, cuyas funciones son básicas en las actuales redes de computadoras.

Antes de continuar, es preciso que el lector se familiarice con los siguientes conceptos:

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PAQUETE

NÚMERO IP

También denominado Datagrama, es una El Número IP es una secuencia de números porción de información que viaja a través de comprendidos entre 0 y 255. Sus funciones la red. son las de identificar y jerarquizar a los dispositivos en una red. (Generalmente PC’s) Un repartidor debía trasladar a diario y por una sola vez, de una ciudad a otra, cajas que contenían productos fabricados por tres empresas. Su trabajo lo realizaba empleando una furgoneta que tenia una capacidad de 10 cajas, la misma que trataba de distribuir lo más equitativamente posible ya que todas las empresas pagaban el mismo monto por el servicio. Tal día, una de ellas le pidió llevar un pedido de 10 cajas, a lo cual el repartidor respondió con una negativa, ya que de hacerlo, no podría cumplir con las otras dos empresas hasta el día siguiente.

Conversando, tanto la empresa como el repartidor, llegaron al acuerdo que trasladarían las cajas de tres en tres durante los días subsiguientes.

Lo descrito escenifica claramente la forma como opera el denomino “Método de Conmutación de Paquetes” en una red de computadoras: Fracciona la información a transmitir para que todos los equipos puedan hacer uso del medio, y con ello agilizar el proceso de transferencia.

Ahora ¿Qué sucede cuando el repartidor llega a la ciudad destino? ¿Cómo saber para quién es cada paquete? ¿Cómo ubicar a cada destinatario? Las respuestas a éstas dos últimas preguntas son: a) Se requiere que cada caja consigne el nombre y dirección del destinatario, y b) Que a cada destinatario sea posible ubicarlo en una determinada dirección.

Cada paquete que viaja por la red está compuesto de dos partes: los datos a transmitir propiamente dichos (el contenido de las cajas) y los datos de control (los datos consignados afuera de cada caja) Al llegar el paquete de información a una red (o transmitirse dentro de sí misma, ya que el repartidor puede trasladar paquetes de una casa a otra) debe dirigirse a una computadora en particular y la ubica mediante su dirección única, llamada Número IP.

DATA

HEADER

ESTRUCTURA DE UN DATAGRAMA

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Fundamento de Redes y Conectividad CAMPO

DESCRIPCIÓN

TAMAÑO

Version

número de versión

4 bits

Header Lenght

longitud del encabezado en palabras de 32 bits

4 bits

Priority and type of service

cómo se debe manejar el datagrama, los primeros 3 bits son de prioridad

8 bits

Total Lenght

longitud total, encabezado + datos

16 bits

Identification

valor único de datagrama de IP

16 bits

Flags

especifica si debe ocurrir frangmentación

3 bits

Fragment Offset

provee la fragmentación de datagramas para permitir diferentes unidades de transmisión máximas en la red (maximum transmission unit MTU)

13 bits

Time-to-live (TTL)

identifica durante cuanto tiempo considerado válido el datagrama

8 bits

Protocol

Protocolo en el siguiente nivel que envió el datagrama

8 bits

Header Checksum

para verificar la integridad en el encabezado

16 bits

Source IP Address

dirección IP de origen

32 bits

Destination IP Address

dirección IP de destino

32 bits

IP Options

network testing, debugging, security and others

Data

datos del protocolo de la capa superior

será

0 o 32 bits si está Variable

POR SU VARIABILIDAD EN EL TIEMPO

TIPOS DE NÚMERO IP

TIPO

DESCRIPCIÓN

ESTÁTICA

Los sitios de Internet que por su naturaleza necesitan estar permanentemente conectados generalmente tienen una dirección IP fija (comúnmente, IP fija o IP estática). Esta no cambia con el tiempo. Los servidores de correo, DNS, FTP públicos y servidores de páginas web necesariamente deben contar con una dirección IP fija o estática, ya que de esta forma se permite su localización en la red.

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Fundamento de Redes y Conectividad Una dirección IP dinámica es una IP asignada mediante un servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) al usuario. La IP que se obtiene tiene una duración máxima determinada. El servidor DHCP provee parámetros de configuración específicos para cada cliente que desee participar en la red IP. Entre estos parámetros se encuentra la dirección IP del cliente.

DINÁMICA

DHCP apareció como protocolo estándar en octubre de 1993. El estándar RFC 2131 especifica la última definición de DHCP (marzo de 1997). DHCP sustituye al protocolo BOOTP, que es más antiguo. Debido a la compatibilidad retroactiva de DHCP, muy pocas redes continúan usando BOOTP puro.

Las IP dinámicas son las que actualmente ofrecen la mayoría de operadores. El servidor del servicio DHCP puede ser configurado para que renueve las direcciones asignadas cada tiempo determinado.

Las direcciones IPv4 se expresan por un número binario de 32 bits, permitiendo un espacio de direcciones de hasta 4.294.967.296 (232) direcciones posibles. Las direcciones IP se pueden expresar como números de notación decimal: se dividen los 32 bits de la dirección en cuatro octetos, los cuales se separan mediante el carácter “.” (punto). El valor decimal de cada octeto está comprendido en el rango de 0 a 255. Ejm: 192.168.4.56, 126.221.223.2, etc.

POR SU VERSIÓN

En esta arquitectura hay tres clases de direcciones IP (asignadas por la Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN): clase A, clase B y clase C. IPv4

IPv6

 En una red de clase A, se asigna el primer octeto para identificar la red, reservando los tres últimos octetos (24 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 224 - 2 (se excluyen la dirección reservada para broadcast (últimos octetos en 255) y de red (últimos octetos en 0)), es decir, 16.777.214 hosts.  En una red de clase B, se asignan los dos primeros octetos para identificar la red, reservando los dos octetos finales (16 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 216 - 2, o 65.534 hosts.  En una red de clase C, se asignan los tres primeros octetos para identificar la red, reservando el octeto final (8 bits) para que sea asignado a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 28 - 2, ó 254 hosts.

La función de la dirección IPv6 es exactamente la misma que la de su predecesor IPv4, pero dentro del protocolo IPv6. Está compuesta por 128 bits y se expresa en una notación hexadecimal de 32 dígitos. IPv6 permite actualmente que cada persona en la Tierra tenga asignados varios millones de IPs, ya que puede implementarse con 2128 (3.4×1038 hosts

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Fundamento de Redes y Conectividad direccionables). La ventaja con respecto a la dirección IPv4 es obvia en cuanto a su capacidad de direccionamiento.

Su representación suele ser hexadecimal y para la separación de cada par de octetos se emplea el símbolo ":". Un bloque abarca desde 0000 hasta FFFF.

La Máscara de subred La máscara permite distinguir los bits que identifican la red y los que identifican el host de una dirección IP. Dada la dirección de clase A 10.2.1.2 sabemos que pertenece a la red 10.0.0.0 y el host al que se refiere es el 2.1.2 dentro de la misma. La máscara se forma poniendo a 1 los bits que identifican la red y a 0 los bits que identifican el host. De esta forma una dirección de clase A tendrá como máscara 255.0.0.0, una de clase B 255.255.0.0 y una de clase C 255.255.255.0. Los

CONMUTACIÓN DE PAQUETES

Técnicamente el funcionamiento de la Conmutación de Paquetes se da de la siguiente manera: Imagine un escenario en el cual existen tres computadoras interconectadas: A, B y C. B inicia un proceso de copiado de un archivo que pesa 1 GB desde A, lo cual, en una red doméstica promedio, tomará aproximadamente 10 min. Si ese archivo se transmitiera como un todo de manera ininterrumpida, la computadora C, durante ese tiempo, no podrá recibir ni enviar información ya que el medio se encontraría ocupado. Por ello el “Método de Conmutación de Paquetes”, fracciona la información transmitida en partes más pequeñas para garantizar que todos los equipos conectados puedan enviar y recibir data en todo momento.

X Transmisión sin Conmutación de Paquetes

Transmisión con Conmutación de Paquetes

e. ROUTER

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Fundamento de Redes y Conectividad Es el componente que hace las veces de “Repartidor” en una red (en alusión a la lectura anterior). Técnicamente las funciones que cumple son a) Encaminamiento de Paquetes o Routing (palabra de la cual proviene su nombre) y b) Renvío de paquetes.

Encaminamiento de Paquetes (Routing): 192.168.2.78

192.168.2.45

192.168.2.106

Cada router almacena y actualiza constantemente lo que en informática es conoce como “Tabla de Ruteo”. Es un documento electrónico que almacena las rutas a los diferentes nodos de una red y es empleado por el router para determinar la “mejor ruta” para transferir la data.

Renvío de Paquetes

El Router analiza los datos de control de cada paquete que llega a él (ya sea desde otra red o desde una computadora de la propia) para enviarlo a la dirección IP correspondiente. Emplea un conjunto algoritmos que determinan el camino que debe seguir cada paquete en la red.

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f. MODEM

El nombre de este dispositivo proviene de la contracción de dos palabras: MOdulador – DEModulador. Este dispositivo posibilita la transmisión de datos y voz (a la vez) a través del cable telefónico.

El cable telefónico de par de cobre que tenemos todos en casa se diseñó inicialmente para la transmisión de voz, por lo que las señales digitales que genera el computador no podían circular por esta vía.

Para poder hacerlo se "modulaban", es decir, se convertían en un sonido que sí pudiese transmitirse. Las señales que se recibían lo hacían en forma de sonido que, a su vez, eran demoduladas y convertidas de nuevo en señales eléctricas ("unos" y "ceros"). Esto lo hacía un módem (modulador - demodulador). Es como si silbáramos con dos notas distintas (una para los "unos" y otra para los "ceros") por el teléfono. Todo el ancho de banda que admite el cable es empleado por la transmisión de datos. Este tipo de tecnología se denomina analógica.

Posteriormente se crea la tecnología RDSI que hizo posible que por los cables de teléfono pudiesen circular los "unos" y "ceros" puros, sin modular, como impulsos eléctricos que son. Ésta es la única tecnología de transmisión de datos verdaderamente digital. Esta tecnología presenta, sin embargo, un inconveniente, que se considera insalvable: las características electrónicas del famoso cable telefónico impide que se puedan transmitir datos en forma digital a una velocidad superior a 56 kbps. Para aumentar la velocidad se emplean varias líneas telefónicas. Se puede hablar y enviar datos por una línea básica porque está compuesta por dos líneas individuales, una de voz y otra de datos.

Surge entonces ADSL. En contra de lo que se cree, no es una tecnología digital, sino tan analógica como el antiguo módem de 56 Kbps, lo que sucede es que el tipo de señal analógica se la "interpreta" como digital por las variaciones que posee; en realidad si la señal fuera realmente digital la misma no podría alcanzar ni los 100 metros y se caería, sabiendo no obstante que las líneas ADSL superan los 5 kilómetros. La diferencia estriba en un elemento definitivo: el oído humano, el mismo no es capaz de oír todo el rango de frecuencias que produce la voz (el mismo principio empleado para poder comprimir música). De este modo, se aplica un filtro sofométrico

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Fundamento de Redes y Conectividad que deja pasar sólo el rango de frecuencias audibles y descarta las restantes, tanto por encima como por debajo de este rango. Es la función que desempeña el microfiltro que se pone en los teléfonos en una línea ADSL. En este espacio que queda libre se colocan diversas frecuencias portadoras moduladas con datos igual que hacía el módem. El aumento en la velocidad del ADSL viene dado porque, según va aumentando el nivel tecnológico, es posible meter más frecuencias portadoras en esos espacios libres, pues los filtros que separan unas portadoras de otras son cada vez más selectivos.

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