Topologias De Redes Y Protocolos

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TOPOLOGIAS TOPOLOGIAS DE REDESDE REDES

Las redes de computadoras surgieron como una necesidad de interconectar los diferentes host de una empresa o institución para poder así compartir recursos y equipos específicos. Pero los diferentes componentes que van a formar una red se pueden interconectar o unir de diferentes formas, siendo la forma elegida un factor fundamental que va a determinar el rendimiento y la funcionalidad de la red.

La disposición de los diferentes componentes de una red se conoce con el nombre de topología de la red. La topología idónea para una red concreta va a depender de diferentes factores, como el número de máquinas a interconectar, el tipo de acceso al medio físico que se desea implementar, la infraestructura fisica donde se implementa la red, el presupuesto etc.

ASPECTOS A CONSIDERAR PARA IMPLEMENTAR UNA TOPOLOGIA

1. La topología física, que es la disposición real de las máquinas,

dispositivos de red y cableado (los medios de transmisión) en la red.

2. La topología lógica, que es la forma en que las máquinas se comunican a

través del medio físico. Los dos tipos más comunes de topologías lógicas

son broadcast (Ethernet) y transmisión de tokens (Token Ring).

3. La topología matemática, mapas de nodos y enlaces, a menudo

formando patrones.

LA TOPOLOGÍA DE BROADCAST O Ethernet.

Cada host envía sus datos hacia todos los demás hosts

del medio de red. Las estaciones no siguen ningún

orden para utilizar la red, sino que cada máquina accede

a la red para transmitir datos en el momento en que lo

necesita. Esta es la forma en que funciona Ethernet.

LA TOPOLOGÍA DE TOKENS

La transmisión de tokens controla el acceso a la red al transmitir

un token eléctrico de forma secuencial a cada host. Cuando un

host recibe el token significa que puede enviar datos a través de

la red. Si el host no tiene ningún dato para enviar, transmite el

token hacia el siguiente host y el proceso se vuelve a repetir.

TOKENS

Basado en tecnología de Token Ring es una arquitectura de red desarrollada por IBM en los años 1970 con topología lógica en anillo y técnica de acceso de paso de testigo. Token Ring se recoge en el estándar IEEE 802.5.(es un estándar por el Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), y define una red de área local (LAN) en configuración de anillo (Ring), con método de paso de testigo (Token) como control de acceso al medio. La velocidad de su estándar es de 4 ó 16 Mbps.)

CONCEPTOS BÁSICOS

A. Comunicación.

Es la acción o efecto de hacer a otro partícipe del

conocimiento o información que uno tiene. A partir

de esta definición se puede apreciar o identificar

tres elementos básicos: Emisor.- Es el ente que hace partícipe de la

información que éste tiene. Receptor.- Es el ente o unidad que recibe la

información que el emisor transmite. Mensaje.- Es el contenido de lo que se intercambia.

B. Para que el esquema emisor - mensaje - receptor se lleve a cabo, se requiere que estén presentes cada uno de los siguientes elementos:

1.CODIFICACIÓN:

Es la acción o procedimiento de traducción de un mensaje en la forma más adecuada para entrar a un canal de comunicación o de transmisión.

B. Señal:

Consiste en una abstracción humana que está contenida en el mensaje (básicamente consiste en un símbolo); es decir, las señales son representaciones matemáticas de unas variables físicas que, comúnmente, se generan a partir de funciones matemáticas que pueden ser de tipo analógicas, digitales, continuas o discretas.

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Señales Continuas

Es una señal "suave" que está definida para todos los puntos de un intervalo determinado del conjunto de los números reales. Por ejemplo, la función seno es un ejemplo continuo, como la función exponencial o la función constante. Una parte de la función seno en el rango de tiempos de 0 a 6 segundos también es contínua. Si deseamos ejemplos de la naturaleza tenemos la corriente, el voltaje, el sonido, la luz, etc.


Señales Discretas

Es una señal discontinua que está definida para todos los puntos de un

intervalo determinado del conjunto de los números enteros. Su importancia en la tecnología es que, los computadores y microchips que son utilizados en este nuevo mundo "Digital" en el que vivimos, sólo manejan señales discretas.

Estas señales provienen normalmente de conversores analógico-digitales, o lo que es lo mismo, de la discretización de señales continuas. Cuando una señal discreta es cuantificada mediante un cuantificador se transforma en una señal digital.

Una señal discreta en la naturaleza podría ser el pulso cardíaco, el rebotar de una pelota al caer libremente, etc.


C. Canal de comunicación.

Es el medio físico de transmisión de datos. Se define como el canal al conjunto del medio de transmisión, que incluye a los canales, las señales y los protocolos de comunicación.

D. Protocolo.

Consiste en un conjunto de reglas que definen la forma en que deben de efectuarse las comunicaciones de las redes, incluyendo el formato, la temporización, la secuencia y la revisión y la corrección de errores.

E. Protocólo de comunicación.-

Es el conjunto de reglas y convenciones establecidas a priori para el efecto de la comunicación entre el emisor y el receptor.

F. ESTÁNDAR:

Es la especificación de red (o la serie de especificaciones) adoptada, e incluye guías y reglas que se refieren al tipo de componentes que deben usarse, a la manera de conectar los componentes, así como a los protocolos de comunicación que hay que utilizar.

G. DISPOSITIVO.

Es una unidad física que emite o recibe señales. Estas señales deben de ser tales que el dispositivo receptor reconozca la señal, y aquí entra de manera indirecta el concepto de protocolo y de codificación. Los parámetros que entran entre el emisor y el receptor son la potencia y la frecuencia de una señal (la potencia consiste en la capacidad que tiene un dispositivo para regresar un trabajo en un tiempo determinado, o bien, el hecho de cuanta energía lleva una señal; por otro lado, la frecuencia de una señal se interpreta como la cantidad de señales emitidas por unidad de tiempo).

ESTRUCTURA GENERAL DE LAS REDES DE TELECOMUNICACIONES

las metas que se desean alcanzar al diseñar e instalar una red de

telecomunicaciones son las siguientes:

Poder compatir los recursos de máquinas (hardware). Poder transmitir la información.

Y entre los objetivos a alcanzar de una red están los siguientes:

Proveer un camino para que los procesos se desenvuelvan en dispositivos unidos a la red, para que puedan intercambiar la información de forma eficiente.

NOTA

Ante la descentralización - es decir, el hecho de que la información ya no estuviese necesariamente localizada en un servidor principal con terminales tontas , sino que la información se guardara en discos duros - que se produce por los setentas y ochentas, también suceden varios fenómenos importantes:

Antes Después (1980 – 2007)

Existían máquinas grandes (Mainframes) de alto costo. Computadoras personales o de escritorio con cierta capacidad de información.

Información y programas en tarjetas perforadas o cintas magnéticas, procesadas en un servidor central que muchas veces era propiedad de una Universidad (un servidor que se rentaba a otros).

La información y los programas ahora se almacenaban en discos o cassettes, en servidores propios de una empresa, como resultado del abaratamiento de los costos del equipo de cómputo.

Todos usaban y trabajaban sobre la misma información y los mismos recursos.

Los recursos manejados se descentralizaron, hay mas dispositivos que se desean compartir (memoria, impresoras, fax) y más servicios deseados (e-mail, bases de datos y programas); surge la necesidad de compartir recursos y surgen las redes locales de datos ( RLD o LAN's ).

La transmisión de datos se realizaba a muy baja velocidad. Surgen medios de telecomunicaciones baratos (cable coaxial, par, trenzado, etc); y aparecen enlaces de alta velocidad o de mayor ancho de banda.

ESTRUCTURA GENERAL

Esta formada por tres elementos principales: A

continuación definiremos cada uno de ellos.

Nodo.- Localización física de un proceso. También esto caracteriza las topologías.

Enlace.- (O medio físico) Es el vínculo que existe entre dos nodos, a través del cual fluye la información.

ESTRUCTURA GENERAL

Protocolo (definición en términos de redes).-

Es el conjunto de reglas previamente establecidas que definen los procedimientos para que dos o más procesos intercambien información. Además, se dice que estas reglas definen la sintaxis, la semántica y la sincronización del protocolo.


PRINCIPALES PROBLEMAS DEL DISEÑO DE UNA RED DE TELECOMUNICACIONES

PRIMER PROBLEMA.-

Este problema que se presenta consiste en el proceso de adecuar las señales de información para su transmisión. Como las telecomunicaciones están basadas en señales digitales, estas señales deben de ser convertidas las señales analógicas que llegan en señales digitales. Una ventaja que tienen las señales digitales es que pueden ser comprimidas, y por lo tanto, pueden tener un factor que ayude a que estas señales sean corregidas, en caso de un error de transmisión de datos (si una señal contuviese un error interno), es factible el ver que dicha señal pueda recobrarse en su forma original.


PRINCIPALES PROBLEMAS DEL DISEÑO DE UNA RED DE TELECOMUNICACIONES

SEGUNDO PROBLEMA.-

Es la incompatibilidad que existe entre el equipo físico (este es un problema de diseño), como el caso de dos equipos que deben de trabajar en forma compatible, esto genera un problema si ambos equipos tienen una arquitectura completamente opuesta (como la incompatibilidad de señalización, de conexiones entre líneas, de velocidad de transmisión de código, datos, y otros detalles derivados).

Tercer problema.-

Es la coordinación que debe de existir entre el emisor y el receptor. Los procesos deben de coordinarse en el momento en que un proceso va a mandar información, donde el otro proceso debe de recibir información, y no transmitir. Aquí es importante saber cuando empieza un mensaje y cuando termina.

Problema derivado del anterior.- Control de acceso al medio: es cuando dos o

más nodos están compartiendo el mismo medio.

Cuarto problema.-

El maximizar la confiabilidad de transmisión y minimizar los errores.

Quinto problema.-

El optimizar el desempeño. Este es un problema que esta muy relacionado con el uso eficiente de los recursos. Estos recursos que vamos a estar optimizando son algunos como la tasa efectiva de transmisión de datos (caudal), el retardo de transferencia (este está muy relacionado con el tiempo promedio de un mensaje que va del receptor al emisor), y por último, tenemos un parámetro relativo, que es la potencia (que es la tasa normalizada de transmisión entre el retardo de transferencia). Esta nos ayuda a encontrar el punto óptimo de una transmisión efectiva.

Sexto problema.-

El minimizar los costos de diseño. Para esto es necesario seguir una buena estrategia de diseño.

Séptimo problema.-

La administración del sistema, el cual tiene que ver con el qué tan fácil o difícil es el mantener, administrar, configurar o monitorear un sistema.

TIPOS DE ENLACES Y SU OPERACIÓN

Los enlaces son una unión entre dos nodos, a través de los cuales fluye la información, y dependiendo de como fluye la información los enlaces pueden ser de tres tipos:

Simplex.- La información fluye en un solo sentido.

Half-duplex.-La información fluye en un sentido en un tiempo 1, y cambia al otro sentido en un tiempo 2.

Full-duplex.-La información fluye en dos sentidos a la vez.

Existen muy pocos enlaces de tipo Simplex en las telecomunicaciones, no son muy

óptimos que digamos, ya que la aplicación determina cual de los enlaces es el más

recomendable. En cuestiones de desempeño, por otra parte, los enlaces de tipo Half-

duplex tienen un desgaste de tiempo por el tiempo utilizando en cambiar de sentido,

mientras que un enlace Full-duplex no tiene problemas al respecto.

Otra forma que existe para clasificar los enlaces esta muy relacionada con lo que es

la sincronización entre un nodo y otro. A partir de este criterio existen estos tipos de

enlaces: Enlace asíncrono - Emisor y receptor, donde el emisor y el receptor no utilizan el

mismo reloj para transferir datos.

Enlace síncrono - El emisor y el receptor están sincronizados, es decir, trabajan a partir del mismo reloj.

Enlace isócrono - Es un tipo de enlace moderno. En principio, consiste en un enlace síncrono para transmisión de datos que sean sensibles al tiempo (el contenido de información del tiempo), es decir, se transmite información que cambia al pasar el tiempo, como las animaciones gráficas.

NOMBRAMIENTO Y DIRECCIONAMIENTO

En una red se tienen los siguientes elementos necesarios

para establecer la conexión y comunicación entre dos

computadoras: Nombre, Dirección y Ruta. Para lo cual, se

requieren los siguientes elementos básicos:

Procesos Nodos Dispositivos Servicios


PARÁMETROS QUE DEFINEN A UNA RED

Topología: Se refiere a la forma en la cual están interconectados físicamente los nodos.

Medio de transmisión: Es el equipo utilizado para la comunicación entre los nodos de una red. Este parámetro es elegido de acuerdo a la topología de la red y a los requerimientos del usuario.

Método de acceso: Es la técnica que se utiliza para la comunicación interna entre los nodos, como puede ser Token Ring Bus y CSMA, que son las más comunes.

Topologías:

TOPOLOGÍA EN ESTRELLA. La topología de tipo estrella consiste en un dispositivo central (por lo general es el

servidor) al cual se conectan los nodos restantes. Este es uno de los esquemas más simples para interconectarse, ya que consisten en un servidor centralizado que se encarga de la decisión de a quien mandarle la información, ya sea secuencialmente o por prioridades.

Características Servidor centralizado. El nodo central es el responsable de la comunicación entre nodos. Comunicaciones de tipo bidireccionales.

Ventajas Simple para interconectar. Si falla un nodo en este esquema de red no afecta la funcionalidad de la misma. Es una de las topologías más rápidas en situaciones de tráfico pesado (por el criterio de

enrutamiento que sigue el servidor). Requiere de software mucho más simple para los dispositivos individuales.

Desventajas Si falla el nodo principal, falla toda la red. Requiere de mayor medio físico para la interconexión de dispositivos. (se utiliza mucho cable).

TOPOLOGÍA EN BUS La topología consiste en una línea de comunicación que comparten todos los

dispositivos, tanto el (o los) servidor(es) como los clientes, un medio muy popular y muy fácil de extender.

Características Una sola línea de comunicación, por la cual se comunican tanto el servidor como las

estaciones. No tiene mecanismo de verificación de que el nodo destino recibió el paquete del nodo origen

(acuse de recibo), así que se asume que el paquete de datos sí llego, después de esperar un cierto tiempo a que exista conexión.

La trasmisión de la información es por medio de ráfagas.

Ventajas Requiere de una pequeña cantidad de medio físico. Fácil de extender. Fácil de instalar.

Desventajas Solo un cliente puede estar hablando a la vez (solo una señal esta activada al mismo tiempo

en la línea). Cada cliente siempre esta a la escucha para saber si cada paquete es para el o no. Topología difícil para la detección de fallas. Dificultad para aislar el nodo que esta fallando.

TOPOLOGÍA DE ANILLO

La topología de anillo es muy similar a la topología de ducto en cuanto a que todos los nodos comparten el mismo medio de transmisión, pero difiere en el hecho de que dicho medio esta conectado en forma de anillo: la información que viaja en el recorre una sola dirección a lo largo de la red. No requiere de enrutamiento, ya que cada paquete es pasado a su vecino y así consecutivamente.

Características Toda la información viaja en una sola dirección a lo largo del circulo formado por el anillo. Cada estación se conecta a otras. Cada nodo siempre pasa el mensaje, si este mensaje es para él, entonces lo copia y lo vuelve a enviar. El arreglo tiene un bit de verificación, a simple vista, este mecanismo podría parecer menos fuerte que el

mecanismo usado para la topología en caso de fallas. En la implementación es posible diseñar anillos que permitan saltar a un nodo que este fallando.

Ventajas No requiere de enrutamiento. Requiere poca cantidad de cable. Fácil de extender su longitud, ya que el nodo esta diseñado como repetidor, por lo que permite amplificar la señal

y mandarla mas lejos.

Desventajas Altamente susceptible a fallas. Una falla en un nodo deshabilita toda la red (esto hablando estrictamente en el concepto puro de lo que es una

topología de anillo). El software de cada nodo es mucho más complejo.

Clasificaciones de las Redes por su cobertura.

WAN (Wide Area Network).- Redes de área global.

LAN (Local Area Network).- Redes de cobertura o área local; este tipo de red surgió con los beneficios de conectar las PC o las microcomputadoras a fin de compartir la información.

MAN (Metropolitan Area Network).- Redes de cobertura metropolitana (Es un sistema híbrido, que se encuentra entre las redes tipo LAN y WAN).

Diferencias entre cada una:

La principal característica que define cada una de estas clasificaciones es su cobertura:

las redes de tipo WAN, por ejemplo, son diseñadas para cubrir toda una región internacional;

las redes de tipo LAN, por su parte, son diseñadas para cubrir una región o área limitada a un grupo de edificios muy cercanos;

las WAN pueden llegar a cubrir un área más extensa (unos cuantos kilómetros, lo cual las hace ideales para algún campus universitario, por ejemplo).

Clases de Redes

• Redes de área local (LAN): red de propiedad privada que conecta enlaces de una única oficina, edifico o campus pertenecientes a una empresa o entidad. Su objetivo es compartir recursos como hardware (impresoras, scaneres, etc..) y/o software (programas, bases de datos, etc..)

LAN en su único oficina o edificio

LAN en múltiples oficinas o edificios

Clases de Redes

• Redes de área metropolitana (MAN): red de una empresa privada o de servicio público, cuyo objetivo es la interconexión de varias LAN dentro del entorno geográfico de una ciudad.

Clases de Redes• Redes de área amplia (WAN): red que utiliza una combinación de

dispositivos de comunicación públicos, alquilados o privados, para proporcionar conectividad a nivel mundial.

Para establecer una conectividad entre dispositivos pertenecientes a dos redes distintas es necesario el utilizar dispositivos de interconexión de redes: encaminadores, pasarelas, puentes, repetidores, etc.

Interconexión de Redes

El factor de que cada una de estas redes sean diseñadas para algunos casos es el decisivo para establecer entre estos tipos varias diferencias significativas: Las redes de tipo WAN están apoyadas en la arquitectura de la red telefónica conmutada (red telefónica mundial); esta red telefónica ofrece un ancho de banda muy limitado (aproximadamente de unos 4000 bits por segundo en ambas direcciones).

DIFERENCIAS ENTRE REDES

Esto implica que las especificaciones de las WAN deben ser tales que no desperdicien el ancho de banda disponible; por otro lado las redes de tipo LAN están diseñadas para cables que tienen un gran ancho de banda de alta calidad (como el cable coaxial); esto en el orden de los MegaHertz.

Las geometrias de enlaces de malla están diseñadas sobre la base de las tecnologías de enlaces de punto a punto, así que se necesitan técnicas de conmutación, de recorrimiento, de un nodo a otro. Por su parte, las tecnologías de estrella y de anillo no necesitan técnicas de conmutación para poder seleccionar su ruta. Esto es lo que sucede con las redes de tipo LAN; por otra parte, las redes de tipo MAN utilizan técnicas semejantes a las de las redes LAN.

Las redes de tipo LAN generalmente están compartiendo un mismo medio, se hace necesario el utilizar técnicas para controlar el hecho de quien tiene derecho de usar el cable (lo mismo sucede con la arquitectura de anillo y de estrella). Esto no sucede dentro del esquema de las WAN, ya que cada enlace esta nada mas para una sola transmisión, así que no se necesita controlar el hecho de quien deba de usar el enlace.

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“ Add your company slogan ”PROTOCOLOS PROTOCOLOS

DE DE TRANSMISIOTRANSMISIO

NN


DEFINICION

Un protocolo es el conjunto de normas o procedimientos necesarios para iniciar y mantener una comunicación; en el caso de las redes de computadores es el conjunto de normas que permiten que dos o más computadores se puedan comunicar, el protocolo consta de una sintaxis, una semántica y un tiempo.

PARTES

SINTAXIS: en un protocolo define los conjuntos de bits una serie de unos o ceros divididos en un campo, por ejemplo los primeros 48 bits son la dirección fuente y los siguientes 48 son la dirección destino

SEMÁNTICA: define el significado exacto de los bits dentro del campo, por ejemplo una dirección de 48 bits iguales (unos), significa que es una dirección broadcast, es decir que puede ser leída por todas las computadoras de la red.

TIEMPO: define la relación entre el rango de los bits dentro de los campos y las pausas entre reconocimientos de los mismos.


PROCEDIMIENTOS DE USO DE ESOS MENSAJES:

Es lo que hay que programar realmente(los errores, como

tratarlos)


DEFINICIÓN DE PROTOCOLO DE APLICACIÓN

Definir el modelo de comunicación: Tenemos dos opciones: Orientado a conexión o No orientado a conexión

Definir el servicio de transporte: Que sea fiable o no. tenemos que definir la fiabilidad que tiene. Si queremos total fiabilidad: TCP, y si no, UDP.

Definir el tipo de sintaxis: Hay dos tipos. Nos fijamos en la unidad que va a ser capaz de comprender. Bits o Caracteres o bytes.

Los protocolos son la base para la transmisión en Internet, y sirve para enlazar computadoras que utilizan diferentes sistemas operativos, incluyendo PC, minicomputadoras y computadoras centrales sobre redes de área local (LAN) y área extensa (WAN). TCP/IP fue desarrollado y demostrado por primera vez en 1972 por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, ejecutándolo en ARPANET, una red de área extensa de dicho departamento.

La familia de protocolos de Internet puede describirse por analogía con el modelo OSI (Open System Interconnection), que describe los niveles o capas de la pila de protocolos, aunque en la práctica no corresponde exactamente con el modelo en Internet. En una pila de protocolos, cada nivel soluciona una serie de problemas relacionados con la transmisión de datos, y proporciona un servicio bien definido a los niveles más altos.


Los niveles superiores son los más cercanos al usuario y tratan con datos más abstractos, dejando a los niveles más bajos la labor de traducir los datos de forma que sean físicamente manipulables.


La familia de protocolos es un conjunto de protocolos de red en la que se basa Internet y que permiten la transmisión de datos entre redes de computadoras. En ocasiones se le denomina conjunto de protocolos TCP/IP, en referencia a los dos protocolos más importantes que la componen: Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y Protocolo de Internet (IP), que fueron los dos primeros en definirse, y que son los más utilizados de la familia. Existen tantos protocolos en este conjunto que llegan a ser más de 100 diferentes, entre ellos se encuentra el popular:

HTTP (HyperText Transfer Protocol), que es el que se utiliza para acceder a las páginas web,

ARP (Address Resolution Protocol) para la resolución de direcciones,

FTP (File Transfer Protocol) para transferencia de archivos,

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)


TELNET para acceder a equipos remotos, entre otros.

El siguiente diagrama intenta mostrar la pila OSI y otros protocolos

relacionados con el modelo OSI original:

7 Aplicaciónej. HTTP, DNS, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, SSH y SCP, NFS, RTSP, Feed, Webcal , POP3

6 Presentación ej. XDR, ASN.1, SMB, AFP

5 Sesión ej. TLS, SSH, ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, NetBIOS

4 Transporte ej. TCP, UDP, RTP, SCTP, SPX

3 Redej. IP, ICMP, IGMP, X.25, CLNP, ARP, RARP, BGP, OSPF, RIP, IGRP, EIGRP, IPX, DDP

2 Enlace de datosej. Ethernet, Token Ring, PPP, HDLC, Frame Relay, RDSI, ATM, IEEE 802.11, FDDI

1 Físico ej. cable, radio, fibra óptica

Protocolo TCP Y RELACION CON EL MODELO OSI

TCP = TRANSFER CONTROL PROTOCOL IP = INTERNET PROTOCOL

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