INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMPUTADORAS

Presentado por :

Alexis Franco Cardona

EL TELÉFONO

• En 1878, Alexander Graham Bell mostró su “máquina eléctrica parlante” y cómo podía mantener una conversación a distancia entre dos de estos aparatos unidos por un hilo eléctrico.

La red telefónica es analógica, ubicua, trabaja con la técnica de conmutación de circuitos, con tarifación por tiempo de ocupación, con enlaces multiplexados en frecuencia y con canales limitados a 4 kHz.

APARECEN LOS PRIMEROS ORDENADORES

La década de los sesenta vio la aparición de los primeros ordenadores comerciales. Eran grandes, caros y poco potentes. Por ello, estos ordenadores llevaban sistemas operativos multitarea y multiusuario, para que diferentes usuarios, realizando distintos trabajos, pudieran utilizarlos simultáneamente.No tardó mucho en aparecer la necesidad de poder alejar los terminales de la unidad central para conectarse, por ejemplo, desde casa o desde una delegación al ordenador central. Los primeros módems eran de 300 bps y generaban dos tonos diferentes:uno para el 1 lógico y otro para el 0. En la actualidad, van a 56.000 bps, que es el máximo que permite la red telefónica convencional actual.

LA DIGITALIZACIÓN DE LA RED TELEFÓNICA Y BANDA ANCHA

DIGITALIZACION DE LA RED BANDA ANCHA

En este momento tenemos dos redes completamente independientes entre sí, pero de alguna manera superpuestas

Para conseguir esta banda ancha, se han seguido dos caminos completamente diferentes:

• Una red analógica, con conmutación de circuitos, pensada para voz.

Se han promovido cableados nuevos con fibra óptica que permitan este gran caudal, con frecuencia implementados por empresas conafán competidor contra los monopolios dominantes. Estas redes se aprovechan para proporcionar un servicio integral: televisión, teléfono y datos.

• Una red digital, con conmutación de paquetes, pensada para datos

Las compañías telefónicas de toda la vida han querido sacar partido del cableado que ya tienen hecho y, por ello, se han desarrollado lastecnologías ADSL, que permiten la convivencia en el bucle de abonado de la señal telefónica y una señal de datos que puede llegar a los 8 Mbps.

ARQUITECTURAS DE PROTOCOLOS: EL MODELO OSI

LAS REDES DE ÁREA LOCAL

• Cuando empezó a ser habitual disponer de más de un ordenador en la misma instalación, apareció la necesidad de interconectarlos para poder compartir los diferentes recursos: dispositivos como impresoras, un disco duro, almacenamiento de datos un equipo de cinta para realizar copias de seguridad, etc.

• En las redes de área local se necesita, habitualmente, establecer comunicaciones “muchos a uno” y “uno a muchos”, lo que es difícil de conseguir con las redes de conmutación, pensadas para interconectar dos estaciones. Para este tipo de redes es más adecuada la difusión con medio compartido, en que los paquetes que salen de una estación llegan a todo el resto simultáneamente. En la recepción, las estaciones los aceptan o ignoran dependiendo de si son destinatarias delos mismos o no.

TOPOLOGÍAS DE LAS LAN

• Lo primero que caracteriza una red local es la manera en que se conectan las estaciones; es decir, la forma que adopta el medio compartido entre las mismas. Básicamente existen tres topologías posibles:

• • Topología en estrella.

• • Topología en bus.

• • Topología en anillo.

CONTROL DE ACCESO AL MEDIO

• Dado que cualquier ordenador de la red puede poner tramas al medio compartido, es preciso establecer mecanismos de control que regulen este acceso de manera eficiente, justa y fiable.

• El control de acceso al medio (MAC) es un mecanismo que decide qué estación tiene acceso al medio de transmisión para emitir una trama de información manera eficiente, justa y fiable.

• En general, los protocolos de acceso al medio se pueden clasificar

en tres grandes grupos:

• Control de acceso al medio estático

• Control de acceso al medio dinámico (centralizado o distribuido)

• Control de acceso al medio aleatorio

CSMA/CD Y TCP/IP

• Es una política de acceso al medio de tipo aleatorio, lo cual quiere decir básicamente que las estaciones no acceden al medio de una forma prefijada sino cuando quieren. De esta forma se consigue aumentar la eficiencia de la red

El modelo Internet gira en torno a los protocolos TCP/IP. IP es un protocoloque proporciona mecanismos de interconexión entre redes de área local y TCP proporciona mecanismos de control de flujo y errores entre los extremos de la comunicación. No se trata de una arquitectura de niveles formal como la torre OSI, que ya hemos visto en la unidad 1. De hecho, podríamos considerar que el modelo de la red Internet consta sólo de cuatro partes o niveles; es decir, todo lo que hay por debajo del IP, el IP, el TCP y todo lo que hay por encima del TCP:

DIRECCIONES IP , MÁSCARAS DE RED

• Las direcciones IP son únicas para cada máquina. Para ser precisos,

• cada dirección es única para cada una de las interfaces de red IP de cada máquina. Si una máquina dispone de más de una interfaz de red, necesitará una dirección IP para cada una. Las direcciones IP tienen una longitud de 32 bits (4 bytes).Para representar una dirección, se suele escribir los 4 bytes en decimal y separados por puntos. Por ejemplo:

• 212.45.10.89

La máscara de red constituye el mecanismo que nos permitiráconseguir más flexibilidad. Por medio de una máscara de 32 bits,definiremos los bits que identifican la red (bits en 1) y los que identificanla estación (bits en 0). Por norma general, los bits 1 y los 0son consecutivos, pero no necesariamente.

EL FORMATO DEL PAQUETE IP, DIRECCIONAMIENTO Y DIRECCIONADORES

El ARP (address resolution protocol)

• Al describir el funcionamiento de los direccionadores hemos visto que necesitan saber la dirección MAC correspondiente a una dirección IP. El ARP es el encargado de llevar a cabo la resolución automática del mapeado entre direcciones MAC. Cuando efectuamos la transmisión de un paquete entre dos estaciones locales de una misma LAN, lo hacemos indicando a la aplicación correspondiente sólo la dirección IP. Por ejemplo, si desde 147.83.153.103 queremos conectarnos a 147.83.153.100, haremos lo siguiente:

$ telnet 147.83.153.100

• Para ello, emite una petición ARP. Se trata de un paquete encapsulado directamente sobre una trama Ethernet (con tipo = 0x0806). Como dirección de destino lleva la dirección broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF) para que llegue a todas las estaciones de la LAN, y como contenido, la dirección IP para la cuál se da a conocer la dirección MAC. La estación que reconoce su IP en la petición ARP responde con una respuesta ARP dirigida al origen de la petición con su dirección MAC. De hecho, el contenido de la respuesta ARP es irrelevante, lo único importante es la dirección MAC de origen de la trama.

El ICMP (Internet control mensaje protocolo)

• La cuestión de si el ICMP es un protocolo, o si más bien es una herramienta que utiliza el protocolo IP para notificar errores genera mucha polémica. Lo cierto es que el ICMP constituye el mecanismo básico para la gestión de las diferentes incidencias que pueden ocurrir en una red IP.

• Los mensajes ICMP viajan dentro de paquetes IP (al contrario de lo que sucedía con los paquetes ARP), en el campo de datos con el campo Protocolo igual a 1. El formato del mensaje presentado en la figura siguiente nos facilitará el estudio de los diferentes usos del paquete ICMP:

• Existen trece tipos de mensajes ICMP en uso en la actualidad, y alrededor de una treintena de subtipos identificados con el campo código

El UDP (use datagram protocol)

• El UDP es un protocolo no orientado a la conexión, de manera que no proporciona ningún tipo de control de errores ni de flujo, aunque utiliza mecanismos de detección de errores. En caso de detectar un error, el UDP no entrega el datagrama a la aplicación, sino que lo descarta. Conviene recordar que, por debajo, el UDP está utilizando el IP, que también es un protocolo no orientado a la conexión.

El TCP (transmission control protocolo)

• El TCP proporciona fiabilidad a la aplicación; es decir, garantiza la entrega de toda la información en el mismo orden en que ha sido transmitida por la aplicación de origen. Para conseguir esta fiabilidad, el TCP proporciona un servicio orientado a la conexión con un control de flujo y error es.

• La unidad de información del protocolo TCP se llama segmento TCP y su formato el siguiente:

DATOS Y SEÑALES ANALÓGICOS Y DIGITALES

• Datos analógicos: pueden tomar valores en un intervalo continuo. La mayoría de los datos que se toman por sensores.

Datos digitales: toman valores discretos, Ejemplo: los textos o los números enteros. Los datos digitales, en los ordenadores se representan por combinaciones de ceros y unos correspondientes a distintos tipos de codificaciones (ASCII, UNICODE).

• Señales continuas o analógicas: Es aquella en que la intensidad de la señal varia suavemente en el tiempo. Las variaciones de la señal pueden tomar cualquier valor en el tiempo.

Señal discreta o digitales: es aquella que la intensidad se mantiene constante durante un intervalode tiempo, tras el cual la señal cambia a otro valor constante. Las variaciones de la señalsolo pueden tomar valores discretos

SEÑALES PERIÓDICAS Y SEÑAL NO PERIÓDICA

• El tipo de señales mas sencillas son las señales periódicas, que se caracterizan por tener un patrón que se repite a lo largo del tiempo; S(t + T) = s(t) para cualquier valor de -t-. Al valor T se denomina periodo.

Cambian constantemente. No tiene un patrón que se repita periódicamente. Una señal a-periódica puede ser descompuesta en un numero infinito de señales periódicas mediante la técnica denominada transformadas de Fourier.

CONCEPTOS SOBRE LA TRANSMISIÓN DE SEÑALES

Perturbaciones en la transmisiónEn cualquier sistema de comunicaciones debe aceptar que la señal que se recibe difiera de las señales transmitidas debido a dificultades sufridas en la transmisión. Las perturbaciones massignificativas son:• La atenuación• La distorsión de retardo• El ruido

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MODULACIÓN Y CODIFICACIÓN DE DATOS

• La información debe ser transformada en señales antes de poder ser transportada por un medio de Comunicación. La transformación que hay que realizar sobre la información dependerá del formato original de esta y del formato usado por el hardware de comunicaciones para trasmitir la señal. Se puede utilizar una señal analógica para llevar datos digitales (modem). Se puede usar una señal digital para llevar datos analógicos (Un CD-ROM de música).

• Los ordenadores utilizan tres tecnologías para transmitir los bits:

• como voltajes en diversas formas de cable de cobre;

• como impulsos de luz guiada a través de la fibra óptica

• como ondas electromagnéticas moduladas y radiadas.

TÉCNICAS DE TRANSMISIÓNBANDA BASE BANDA ANCHA TÉCNICAS DE CONMUTACIÓN

EN LA TRANSMISIÓN DE DATOS

La transmisión de la señal digital se hace directamente al medio físico de transporte sin ningún tipo de transformación (modulación, amplificación...). La señal es digital. Se utiliza esta técnica de transmisión porque no requiere de modem y puede transmitirse a alta velocidad. Distancia: Pocos kilómetros.Características

• Esta técnica no es adecuada para la transmisión a largas distancias ni instalaciones sometidas a un alto nivel de ruidos o interferencias.• Adecuado para distancias cortas.• Permite utilizar dispositivos - interfaz, repetidores - muy económicos.• Los medios físicos han de poder cambiar de estado con rapidez.• Banda base utiliza todo el ancho de banda de un canal, por lo que solo puede transmitirse una señal.• Bidireccional: El mismo circuito sirve para transmitir y recibir.

Ventajas.• Menor coste, tecnología mas simple, fácil de instalar

La señal digital se modula sobre ondas portadoras analógicas y seguidamente se envía al medio.Señal analógica.Características• Unidireccional. Para conseguir la bidireccionalidad funcional:− Sistemas con desdoblamiento de frecuencias. Transmite en f1 y recibe en f2.− Sistema con dos cables.

• Varias portadoras pueden compartir el medio mediante técnicas de multiplicación. FDM.− Utilización conjunta de distintos circuitos, - video, datos, audio...• El ancho de banda depende de la velocidad a la que se vayan a transmitir los datos. ( > 4Khz).• Distancia: decenas de kilómetros.Ejemplo: cable de televisión. Los distintos canales comparten el cablepero sus señales van a distintas frecuencias.Ventajas• Elevada capacidad, mayor distancia, configuración mas flexible, tecnología CTV..

Por difusión: Cuando origen y destino están en un mismo tramo del medio físico. Hay un solo camino posible para alcanzar el destino.

− Redes de paquetes por radio − Redes de satélites− Redes de área local (bus, anillo, estrella)

Por Conmutación: cuando existen diversos caminos para alcanzar el destino. La conmutación consiste en elegir un camino entre varios posibles.

MULTIPLEXACIÓN• • Es la compartición de un canal de comunicación de alta capacidad/velocidad por varias

señales. Conjunto de técnicas que permiten la transmisión simultaneas de múltiples señales a través de un único enlace de datos.

Multiplexación por división de frecuencias (FDM Frecuency-division Multiplexing). Se pueden transmitir varias señales simultáneamente modulando cada una de ellas en una frecuencia portadora diferente. Es una técnica analógica. Se puede aplicar cuando el ancho de banda del enlace físico es mayor que la suma de los anchos de bandas de las señales atransmitir. Las señales generadas por cada dispositivo emisor se modula usando distinta frecuencia portadora. Las frecuencias portadoras están separadas por tiras de ancho de banda sin usar (banda de guarda) para prevenir que las señales se solapen

Multiplexación por división de tiempo (TDM Time-division Multiplexing). Es un proceso digital. Se puede aplicar cuando la tasa de datos del enlace es mayor que la suma de las tasas de datos de los dispositivos emisores y receptores.− TDM síncrona, que es cuando el multiplexor asigna siempre la misma ranura de tiempo a un dispositivo, tanto cuando tiene datos que transmitir que cuando no.− TDM asíncrona no hay una asignación previa y permite transmitir, aunque la suma teórica de las tasas de bit de los emisores sea mayor que la del enlace. Cada tramadeben de incorporar una dirección para identificar a que dispositivo pertenecen los datos que están transmitiendo.