Redes de Computadoras_Lastrelli

Desarrollo de Programas y Manipulacin de Datos Redes de Computadoras - Pgina 1Prof.: Hugo F. Lastretti

REDES DE COMPUTADORAS

Introduccin

En la actualidad hay una gran diversidad de sistemas de telecomunicaciones, como porejemplo la telefona conmutada, telefona mvil, radio y TV, computadoras, satlites decomunicaciones, etc. Para todos estos sistemas existe un diseo convergente y un objetivo comn, queconsiste en reunir, procesar y distribuir la informacin de la manera ms rpida y mejorposible. Tambin estos sistemas tienden a usar componentes comunes, que ya han sidodiseados con anterioridad, y que pueden ser usados por varios de los sistemasmencionados antes.Una red consiste en una interconexin de una gran variedad de dispositivos* decomunicaciones de datos con el objeto de compartir e intercambiar datos entre sistemas ya su vez optimizar el uso de costosos recursos.

* Cualquier elemento capaz de comunicar la informacin a travs de un medio detransmisin. Debe poseer hardware y software que le permita presentarse en la red comodispositivo compartible.

Ej. : computadoras, terminales, perifricos, sensores ( humedad, temperatura, seguridad,etc.).

El nivel ms elemental de una red es consiste en dos computadoras conectadas por uncable, de manera tal que puedan compartir informacin:

Cualquier red, no importa cual sea su nivel de sofisticacin, utiliza este simple principio.

Usos de las Redes de Computadoras

Las redes de computadoras surgen por la necesidad de conectar computadoraspersonales. Dichas redes de computadoras constan de una coleccin de computadorasautnomas interconectadas. Las redes de computadoras no conectan terminales. Pormedio de estas redes, las computadoras pueden intercambiar informacin. Un sistema distribuido es un caso particular de red de computadoras. Es transparente alusuario, es decir, un usuario en una computadora no es consciente de que existe una redy la informacin est distribuida entre los equipos. La red no es evidente para el usuario. Las primeras redes se disearon para compartir recursos, como impresoras, discos,etctera. Tambin se desarrollaron para poder compartir datos o informacin de formarpida y cmoda entre computadoras lejanas, como por ejemplo entre las distintassucursales de un banco. Parte del uso de las redes se debe al aumento de fiabilidad que estas proporcionan, puesla red permite tener una computadora conectada las veinticuatro horas del da. Ms

PC1 PC2


exactamente, se pueden ir alternando las mquinas que estn encendidas, de forma quela informacin requerida siempre se encuentre en alguna mquina. Actualmente, uno de los principales usos de las redes es el de la comunicacin, o losnuevos servicios como la televisin interactiva. Estos ltimos son de desarrollo muy

Requerimientos de los usuarios de una red

Disponibilidad: que la red preste servicios en todas partes relativas a la organizacin yen operacin permanente.

Confiabilidad: que el sistema no introduzca errores en el proceso de comunicacin.

Respuesta: que el sistema sea suficientemente rpido como para contribuir a losusuarios en las tareas, eliminando los cuellos de botella.

Facilidad de uso: que sea fcil realizar la comunicacin necesaria.

Flexible: facilidad para adaptarse a cambios y reconfiguraciones.

Ergonmica: la meta es que la red y todos sus componentes cubran las necesidades delos usuarios.

Mantenimiento: requiera pocos cuidados.

Seguridad: contra destruccin accidental o intencional de la informacin, o la alteracinno autorizada.

Propsitos de una red

Hacer las cosas de la manera ms productiva.

Compartir recursos:

Almacenamiento en disco compartido: un integrante de un grupo puede copiar unarchivo a un disco compartido y otros pueden leerlo ( no hay necesidad de distribuirdisquetes ).

Compartir dispositivos perifricos: todos pueden acceder a dispositivos caros o deuso infrecuente, tales como impresoras lser, plotters, faxes, etc.

Software de aplicacin compartido: se instala una aplicacin compatible con la reden una sola PC para que todos la usen. Cuando alguien necesita emplearla, secopia desde el disco compartido a la RAM de la PC individual. Si se necesita algnotro acceso a los archivos de programa, se hace desde el disco compartido.

Software de grupo: se emplean las ventajas del disco compartido para incrementarla productividad de todo el grupo. Ej.: correo electrnico, base de datoscompartidas, agendas grupales, etc.


Tipos de Redes de Computadoras

Redes Dedicadas.

Las redes dedicadas tambin son conocidas como redes punto a punto, redes deconectividad total o redes malladas. Estos nombres se deben a que todos los equiposestn conectados entre s.

Como se aprecia en la imagen, para dos equipos tenemos un medio, para tres equipostenemos 3 medios y para 4 equipos seis medios. Iterando, se llega a la conclusin de quepara N equipos necesitamos N(N-1)/2 medios, y N-1 interfaces por equipo. Este tipo de red posee como ventaja su sencillez. Sin embargo, para un nmero elevadode equipos el coste de la red es muy elevado debido al nmero de medios y de interfacesnecesarias. Adems, la administracin de la red se dificulta progresivamente con elincremento de medios e interfaces.

Redes de Difusin.

Este tipo de red posee un slo medio de transmisin para conectar entre s todos losequipos. Por lo tanto, es necesaria la multiplexacin de los datos para poder usar elmedio. En el caso de que la red sea bilateral se requiere un mecanismo de acceso al mediocompartido, para evitar que dos o ms estaciones transmitan a la vez y se produzcancolisiones. Si un equipo transmite, todos los dems reciben la transmisin, decidiendoindividualmente cada uno de ellos si la informacin les interesa o no. Un ejemplo muy claro de este funcionamiento es la red de radio, que utiliza multiplexacinen frecuencia y un nico medio compartido, la atmsfera. Como redes de computadoras,el ejemplo ms claro es el de las LANs.

Redes de Conmutacin.

Este tipo de red es el nico que utiliza medios de conmutacin, de ah su nombre. Losdistintos equipos no estn conectados entre s directamente, como en los casosanteriores, sino que lo estn a travs de nodos de conmutacin.


Los nodos de conmutacin transfieren informacin de sus entradas a sus salidas,comunicando unas con otras. Estos nodos pueden ser de dos tipos.Nodo de trnsito: son aquellos nodos que no tienen ningn equipo conectado a ellos.Nodo perifrico: aquellos que tienen conectados uno o ms equipos terminales.Si un nodo tiene conectados equipos, y adems se comunica con otros nodos, entoncesson simultneamente nodos de trnsito y perifricos. Los nodos no se suelen comportar exclusivamente como un repetidor pasivo sino quepueden llevar a cabo el control de errores y de flujo, adems de encaminar (decidir pordnde debe ir un mensaje o un paquete) en algunos casos. Por tanto, la velocidad a laque los nodos procesan la informacin es muy importante. Por norma general, los nodosde trnsito son ms rpidos. No todos los nodos de conmutacin estn conectados entre s. Debe existir por lo menosun camino posible entre dos nodos cualesquiera, y no tiene que ser directo. Por razonesde fiabilidad (garantizar el servicio), es recomendable que existan al menos dos caminos. La clasificacin de este tipo de redes se hace en funcin de la tecnologa utilizada por losnodos para conmutar:

1. Redes de conmutacin de circuitos.2. Redes de conmutacin de mensajes.3. Redes de conmutacin de paquetes.

1. Redes de Conmutacin de Circuitos.

Son el primer tipo de redes de conmutacin inventadas. Se utilizan desde el invento de lacentral telefnica automtica. En este tipo de red, se establece un camino directo ydedicado entre el equipo origen y el destino.

1.1 Transmisin de Datos. El proceso de comunicacin se lleva a cabo en tres fases:

establecimiento de la conexin.transferencia de informacin. liberacin de la conexin


Para comprenderlo mejor, siendo el equipo "A" el que se quiere conectar al "B", pasandola llamada a travs de los nodos de conmutacin "1" y "3" (ver fig. pgina siguiente). Primero se establece la conexin. Para ello, el equipo origen solicita la conexin con eldestino, mandando a tal efecto la direccin al nodo perifrico. Este toma una decisin de

encaminamiento, buscando el camino ms rpido y cmodo. Se requieren dos caminos,uno de ida y otro de vuelta, que pasen ambos por los mismos nodos. Esta peticin deconexin llega al siguiente nodo, que vuelve a decidir el mejor camino, as hasta llegar aldestino, el cual contesta con una seal de aceptacin, que vuelve a hacer el camino peroen sentido inverso. La peticin de conexin sufre un retardo en cada nodo por el que pasa debido a que estosdeben tomar decisiones. Sin embargo, la seal de aceptacin no sufre retardo alguno alhaberse establecido el circuito anteriormente. A continuacin, con el circuito establecido y en exclusiva, los dos terminales puedenintercambiar informacin durante todo el tiempo que sea necesario. Dicha informacin nosufre retardo alguno. Por ltimo, cuando uno de los dos equipos desea finalizar la conexin (el destino, porejemplo), se enva una seal de peticin de desconexin. Al pasar esta por cada nodo,estos cierran o liberan las conexiones entre entradas y salidas que establecen el circuito.Esta seal tampoco sufre retardo.

1.2 Prestaciones de la Red.

El origen de este tipo de redes son las redes telefnicas. Hoy en da se utilizan paratransmitir datos, pues incluso en la actualidad la red telefnica es digital. Otro ejemploclaro de red de conmutacin de circuitos es la ISDN o RDSI (Red Digital de ServiciosIntegrados), que permite transmitir voz y datos. El mecanismo de conmutacin permite crear un circuito dedicado entre origen y destino, atravs de los distintos nodos de la red. Este circuito es de uso exclusivo y durante tiempoilimitado, hasta la peticin de desconexin. En definitiva, equivale a poseer una lneaprivada entre origen y destino. La otra gran ventaja de este tipo de redes estriba en la sencillez de la tecnologaempleada, y adems en que se posee gran experiencia en el uso de dicha tecnologa. Sin embargo, este tipo de red tambin posee sus inconvenientes. El principal es que elequipo origen y el equipo destino deben transmitir a la misma velocidad, pues si no, elsistema no funciona al no existir mecanismos de control de flujo. Por lo tanto, el sistemaresulta muy poco flexible, ya que se debe transmitir continuamente, y adems siemprecon un flujo de datos constante, se tenga necesidad de transmitir o no. El sistema noacepta transmisin a rfagas. Otro inconveniente es el de saturacin de la red que se congestiona si se realizan muchasllamadas, es decir, si muchos usuarios quieren conectarse a la vez. Esto se debe a que el


nmero de canales disponibles es limitado, por lo que si todos ellos ya estn siendoutilizados, ningn otro usuario puede conectarse, quedndose sin servicio. Encompensacin, los usuarios que s estn conectados, reciben siempre un servicioperfecto, independientemente del nmero de usuarios conectados.

2. Redes de Conmutacin de Mensajes.

Este otro tipo de red est especficamente diseado para transmitir bits, son redesdigitales. En este caso, los nodos de conmutacin son ordenadores con un dispositivo dealmacenamiento. En estas redes, no se establece ningn tipo de camino dedicado entre emisor y receptor.Simplemente, los equipos transmiten por el canal que les une al nodo que les proporcionaservicio. Este nodo, es el encargado de hacer llegar el mensaje al destinatario. En latransmisin de un mensaje o cadena de bits por parte de un equipo fuente se debe incluiren la cabecera de dicho mensaje la direccin del destinatario. Cuando el mensaje llega al nodo, proveniente de cualquier equipo, es almacenado. Elnodo lee la direccin del destinatario, y decide por dnde debe encaminar el mensaje, esdecir, a que nodo debe mandar el mensaje para que llegue a su destino. Una vez tomadala decisin, reenva el mensaje. Este proceso lo realiza cada nodo con cada mensaje;cuando un mensaje llega al nodo al que esta conectado el sistema final al que va dirigido,dicho nodo enva el mensaje directamente al equipo. Debido al modo de funcionamiento de estas redes, tambin se las conoce como redes dealmacenamiento y reenvo. El ejemplo ms claro para comprender su funcionamiento esel sistema de correo. En estas redes el mensaje se transmite siempre a la mxima capacidad del enlace (porejemplo, de equipo a nodo a 64 Kbps, y de nodo a nodo a 2 Mbps). Sin embargo, unmensaje puede tardar mucho tiempo en ser reenviado hacia el siguiente nodo o hacia elequipo, pues un nodo solo puede enviar un paquete cada vez por cada enlace usando elcien por cien de su capacidad. Hay que tener en cuenta que un nodo puede recibir a lavez tantos mensajes como enlaces posea, y que antes de enviarlos de nuevo debealmacenarlos y decidir el encaminamiento, por lo que todos los mensajes sufren unretardo variable por cada nodo que pasan.Este tipo de red posee bastantes ventajas, entre ellas el hecho de que los recursosdisponibles tienen un uso exhaustivo, por lo que es muy eficaz. Otra ventaja importante esel hecho de que cada equipo puede enviar y transmitir a la velocidad que necesiten, notienen que transmitir todos a la misma velocidad. Adems, el comportamiento de la red encaso de saturacin es gradual, es decir, que la red se va degradando poco a poco, y quetodos los usuarios se ven afectados por igual, pudiendo transmitir todos ellos. Sin embargo, posee un gran inconveniente, y es que si no se fija un tamao mximo demensaje, el retardo puede ser indefinido. En la realidad, este tipo de red es pura teora, pues nunca se ha llegado a llevar a laprctica.

3. Redes de Conmutacin de Paquetes.

Estas redes utilizan la misma filosofa que las de conmutacin de mensajes, salvo que elmensaje se fragmenta en paquetes para su transmisin.


Se subdividen en dos tipos, en funcin del mecanismo de encaminamiento elegido paraesos paquetes: conmutacin de paquetes por datagramas y conmutacin de paquetes porcircuitos virtuales.

3.1 Conmutacin por Datagramas.

En este caso, cada fragmento tiene una longitud mxima que depende de la red enconcreto. Cada uno de esos fragmentos o paquetes lleva su correspondiente cabeceradonde consta la direccin del destino. El funcionamiento de la red es idntico al deconmutacin de mensajes, salvo que cada paquete se encamina por separado. Es comosi cada paquete equivaliera a un mensaje distinto. Esta realizacin conlleva un retardo menor, tal y como puede apreciarse, pero sinembargo es posible que cada paquete vaya por un camino distinto, incluso pueden llegardesordenados debido a que cada camino introducir sus respectivos retardos, que sonvariables. Como el mensaje debe ser fragmentado para poder ser enviado, es el equipo origen elencargado de la fragmentacin, debiendo incluir en cada fragmento informacin sobre elorden de los paquetes, su tamao, el nmero de paquetes, etctera. Los paquetes sevuelven a unir en el destino, reordenndolos si fuese necesario. Un inconveniente de este tipo de red es que de hecho se realiza muchas veces la mismatarea, pues si un mensaje tiene N paquetes, se debe encaminar N veces hacia el mismositio, lo que no suceda con la conmutacin de mensajes.

3.2 Conmutacin por Circuitos Virtuales.

Este tipo de red se desarrolla para evitar que el encaminamiento de los distintos paquetesde un mismo mensaje se tengan que encaminar uno a uno. Tambin evita que lospaquetes se desordenen.En primer lugar, se enva un pequeo paquete de sealizacin que solicita elestablecimiento de un circuito virtual. Este paquete slo lleva la direccin del destino. Amedida que pasa de nodo a nodo, se va estableciendo el circuito virtual, pues al paquetese le asigna un identificador de circuito virtual, y cada nodo guarda la informacin de pordonde deben ir los siguientes paquetes. Luego el destino confirma su establecimiento yacepta la conexin con un mensaje de vuelta. Entonces cada paquete que se dirige a ese destino, y provenga del mismo origen, utilizael mismo camino que el paquete de sealizacin. Cada uno de esos paquetes debe llevaren la cabecera el identificador de circuito virtual, evitando as repetir cada vez elencaminamiento, pues cada nodo por el que pasa el mensaje ya sabe por donde debeenviarlo. De esta forma se consigue un retardo todava menor. Por ltimo, se finaliza la conexin con una peticin de liberacin del circuito virtual. Con este funcionamiento, se establece un circuito, pero es virtual debido a que su uso noes exclusivo. Si el emisor no manda ningn paquete por ese circuito, no se ocupa recursoalguno en la red. El sistema empleado obliga a invertir tiempo en el establecimiento del circuito virtual, peropermite que todos los paquetes lleguen siempre ordenados. Si se usan paquetes losuficientemente pequeos se puede transmitir trfico iscrono, como vdeo en tiempo real.De hecho, de todas los tipos de redes, este es el nico que lo permite. El tamao de los paquetes depende de cada red en concreto. Por ejemplo, en redesFrame Relay se fija un mximo de 1600 bytes por paquete, mientras que en redes ATMse fija un tamao fijo de 53 bytes por paquete.


Sistema Operativo de Red ( NOS )

Complementa al sistema operativo local y proporciona las funciones necesarias para elfuncionamiento de la red.Tambin proporciona medidas de seguridad que controlan el acceso a distintos recursosde la red.El sistema operativo de red es capaz de gestionar todos los recursos de la mquina, tantorecursos hardware ( discos, memoria, CPU, perifricos en general, tarjetas, etc.) comorecursos software. Adems de manejar la mquina en la que se instala, incorpora lasherramientas suficientes para comportarse como un sistema operativo de red: gestin detarjetas de red, gestin de recursos, sistemas de autenticacin de usuarios, etc.

Caractersticas del sistema operativo

Multitarea: un sistema operativo multitarea es capaz de ejecutar, gestionar y controlarvarios procesos a la vez, centralizando de esta forma el control sobre los procesos delsistema.

Multiusuario: un sistema operativo multiusuario permite crear entornos diferentes parausuarios, incorpora un sistema de autenticacin con perfiles, definicin de permisos,control de accesos, etc.

El sistema operativo de red incorpora las herramientas necesarias para la gestin deprotocolos de red. Es capaz de manejar simultneamente varias pilas de protocolosdiferentes, como puede ser TCP/lP, IPX/SPX, LAN Manager, para la manipulacin devarias tarjetas de red o monitorizar el trfico de la red en tiempo real, entre otrasfunciones.

Servicios del sistema operativo

Los siguientes servicios estn incluidos en el NOS o se pueden agregar como programasindependientes:

Servicios de archivos: los usuarios pueden acceder a los archivos que se encuentran enlos discos fijos, los CD-ROM, etc.

Servicios de correo electrnico: los usuarios pueden intercambiar mensajes, imgenesgrficas, hojas de clculo, archivos de texto, etc. ( local )

Servicios de correo electrnico gateway: los usuarios pueden intercambiar correoelectrnico entre distintos sistemas de correo.

Servicios de bases de datos: los usuarios pueden consultar, actualizar y administrarbases de datos.

Servicios de comunicaciones: los usuarios pueden comunicarse con servicios y redesexternos.


Servicios de almacenamiento: los usuarios pueden manejar archivos NOS mediantecopias de seguridad de los mismos en cualquier medio de almacenamiento.

Servicios de impresin: los usuarios pueden imprimir documentos en un gran nmero deimpresoras.

Servicios de fax: los usuarios pueden enviar y recibir informacin de fax.

Servicios telefnicos: los usuarios pueden acceder a correo hablado a travs de susterminales de trabajo.

Servicios de video: los usuarios pueden ver, crear y participar en videoconferencias.

Definiciones

Nodo

Un nodo es un dispositivo inteligente que se conecta a una red de datos ( ej.: PC ). Debeposeer hardware y software que le permita presentarse a la red como un dispositivocompartible.

Estacin de trabajo o cliente

Es un nodo en el cual un usuario realiza un trabajo. Generalmente se trata de una PC querequiere servicios de servidores u otras estaciones de trabajo.Para poder utilizar un N.O.S., el cliente debe contener un software que le permitacomunicarse con la red a travs de una tarjeta de interface de red ( N.I.C.: NetworkInterface Card ).

ServidorEs un nodo que proporciona servicios a las estaciones de trabajo o clientes. Un servidorde archivos es el tipo ms comn de servidor: provee un disco compartido a todas lasestaciones de trabajo.Nota: algunos nodos pueden funcionar a la vez como servidores o como clientes.El N.O.S. y sus servicios dependientes se ejecutan en los servidores.

PerifricosSe pueden conectar a los servidores o a los clientes ( ej.: impresoras, mquinas de fax,etc.). Estos dispositivos no contienen sistema operativo de red ( N.O.S.) como tal, pero sicontienen hardware y software que les permite presentarse ante la red como dispositivoscompartibles, pueden conectarse directamente a la red.

Comunicacin igualitaria

Cuando las estaciones de trabajo individuales pueden compartir los procesos, elalmacenamiento de archivos y el trabajo de impresin, etc., con otras estaciones detrabajo, el tipo de red se denomina igualitaria, dado que los equipos pueden trabajar unosobre el otro de forma idntica.

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