1.4 Topologias de Redes

TOPOLOGIAS

ESTELLA

Una red en estrella es una red en la cual las estaciones están conectadas directamente a un punto central y todas las comunicaciones se han de hacer necesariamente a través de éste. Los dispositivos no están directamente conectados entre sí, además de que no se permite tanto tráfico de información. e utiliza sobre todo para redes locales. La mayoría de las redes de área local que tienen un enrutador (router), un conmutador (switch) o un concentrador (hub) siguen esta topología. El nodo central en estas sería el enrutador, el conmutador o el concentrador, por el que pasan todos los paquetes.

Ventajas

*Si una PC se desconecta o se rompe el cable solo queda fuera de la red esa PC.

*Fácil de agregar, reconfigurar arquitectura PC.

*Fácil de prevenir daños o conflictos.

Desventajas

*Si el nodo central falla, toda la red deja de transmitir.

*Es costosa, ya que requiere más cable que las topologías bus o anillo.

El cable viaja por separado del hub a cada computadoraz

ARBOL

Topología de red en la que los nodos están colocados en forma de árbol. Desde una visión topológica, la conexión en árbol es parecida a una serie de redes en estrella interconectadas salvo en que no tiene un nodo central. En cambio, tiene un nodo de enlace troncal, generalmente ocupado por un hub o switch, desde el que se ramifican los demás nodos.

Ventajas de Topología de Árbol

*El Hub central al retransmitir las señales amplifica la potencia e incrementa la distancia a la que puede viajar la señal.

*Se permite conectar más dispositivos gracias a la inclusión de concentradores secundarios.

*Permite priorizar y aislar las comunicaciones de distintas computadoras.

*Cableado punto a punto para segmentos individuales.

*Soportado por multitud de vendedores de software y de hardware.

 

 

Desventajas de Topología de Árbol

*Se requiere mucho cable.

*La medida de cada segmento viene determinada por el tipo de cable utilizado.

*Si se viene abajo el segmento principal todo el segmento se viene abajo con él.

*Es más difícil su configuración.

*No tiene sentido único.

Malla 

* topología de red en la que cada nodo está conectado a todos los nodos. De esta manera es posible llevar los mensajes de un nodo a otro por diferentes caminos. Si la red de malla está completamente conectada, no puede existir absolutamente ninguna interrupción en las comunicaciones. Cada servidor tiene sus propias conexiones con todos los demás servidores.

ANILLO

*Topología de red en la que cada estación está conectada a la siguiente y la última está conectada a la primera. Cada estación tiene un receptor y un transmisor que hace la función de repetidor, pasando la señal a la siguiente estación.

*En este tipo de red la comunicación se da por el paso de un token o testigo, que se puede conceptualizar como un cartero que pasa recogiendo y entregando paquetes de información, de esta manera se evitan eventuales pérdidas de información debidas a colisiones.

*En un anillo doble, dos anillos permiten que los datos se envíen en ambas direcciones. Esta configuración crea redundancia (tolerancia a fallos).

BUS

*Red cuya topología se caracteriza por tener un único canal de comunicaciones (denominado bus, troncal o backbone) al cual se conectan los diferentes dispositivos. De esta forma todos los dispositivos comparten el mismo canal para comunicarse entre sí.

*Es económica

*Fácil de instalar

*Tiene un limite de compus

Colisión en el cable

1.3.2 Proceso de encapsulado de datos

Todas las comunicaciones de una red parten de un origen y se envían a un destino. La información que se envía a través de una red se denomina datos o paquetes de datos. Si un computador (host A) desea enviar datos a otro (host B), en primer término los datos deben empaquetarse a través de un proceso denominado encapsulamiento. 

El encapsulamiento rodea los datos con la información de protocolo necesaria antes de que se una al tránsito de la red. Por lo tanto, a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI, reciben encabezados, información final y otros tipos de información.
Una vez que se envían los datos desde el origen, viajan a través de la capa de aplicación y recorren todas las demás capas en sentido descendente. El empaquetamiento y el flujo de los datos que se intercambian experimentan cambios a medida que las capas realizan sus funciones para los usuarios finales. Las redes deben realizar los siguientes 4 pasos de conversión a fin de encapsular los datos: 

                                                        1. Crear los datos.

Cuando un usuario envía un mensaje de correo electrónico, sus caracteres alfanuméricos se convierten en datos que pueden recorrer la internetwork. 

2. Empaquetar los datos para ser transportados de extremo a extremo.

Los datos se empaquetan para ser transportados por la internetwork. Al utilizar segmentos, la función de transporte asegura que los hosts de mensaje en ambos extremos del sistema de correo electrónico se puedan comunicar de forma confiable. 

3. Agregar la dirección de red IP al encabezado.

Los datos se colocan en un paquete o datagrama que contiene un encabezado de paquete con las direcciones lógicas de origen y de destino. Estas direcciones ayudan a los dispositivos de red a enviar los paquetes a través de la red por una ruta seleccionada. 

4. Agregar el encabezado y la información final de la capa de enlace de datos.

Cada dispositivo de la red debe poner el paquete dentro de una trama. La trama le permite conectarse al próximo dispositivo de red conectado directamente en el enlace. Cada dispositivo en la ruta de red seleccionada requiere el entramado para poder conectarse al siguiente dispositivo. Realizar la conversión a bits para su transmisión. La trama debe convertirse en un patrón de unos y ceros (bits) para su transmisión a través del medio. Una función de temporización permite que los dispositivos distingan estos bits a medida que se trasladan por el medio. El medio en la internetwork física puede variar a lo largo de la ruta utilizada.

1.3 Descripción del Modelo OSI Y 1.3.1 Modelo de capas

El modelo OSI es un modelo conceptual que no define ni especifica interfaces y protocolos, únicamente establece criterios generales sobre cómo concebir las redes de comunicaciones de datos.

El proceso de transmisión de datos, intervienen componentes software y hardware. Debido a ello, los procedimientos se dividen en capas o niveles.

En el modelo OSI se consideran siete niveles, en cada uno de ellos se procesan unidades de información denominadas PDU (Unidad de datos de protocolo). En los ordenadores emisores las PDU se transmiten del nivel superior al inferior, y en cada uno de ellos se añade información de control (cabeceras o terminales DT). En los Ordenadores receptores la información se procesa desde el nivel inferior, comprobando y eliminando en cada nivel las cabeceras o terminales de cada PDU correspondiente a dicho nivel.

CAPA 7. Capa de Aplicación

Dos ordenadores se intercomunican a través de procesos, correspondiente a unas determinadas aplicaciones. El intercambio de información entre dos procesos se efectúa por medio de algún protocolo de la capa de aplicación. Algunos protocolos de la capa de aplicación son TELNET, FTP, SMTP, POP3, DNS, RTP,HTTP.

CAPA 6. Capa de Presentación

Trata de homogeneizar los formatos de representación de los datos entre equipos de la red.

Para homogeneizar la representación de datos (Textos, Sonidos, imágenes, valores numéricos, instrucciones), la capa de presentación interpreta las estructuras de las informaciones intercambiadas por los procesos de la aplicación y las transforma convenientemente.

Puede realizar transformaciones para conseguir mayor eficacia en la red (compresión de texto y cifrado de seguridad). Los programas del nivel 6 suelen incluirse en el propio Sistema Operativo.

La representación de los caracteres como los datos de texto y numéricos dependen del Ordenador, se representan por códigos de representación EBCDIC, ASCII y UNICODE.

CAPA 5. Capa de sesión

Cuando se realiza una transferencia entre dos ordenadores se establece una sesión de comunicaciones entre ambos. La capa de sesión es responsable de :

·         Actuar de interfaz entre el usuario y la red, gestionando el establecimiento de la conexión entre procesos remotos.

·         Establecer un dialogo entre dos equipos remotos para controlar la forma en que se intercambian los datos.

·         Identificar los usuarios de procesos remotos

·         Cuando se corta la conexión de forma anormal, en la capa de transporte o en inferiores, la capa de sesión puede encargarse de restablecer la sesión de forma transparente al usuario.

Su función es aumentar la fiabilidad de la comunicación obtenible por las capas inferiores, proporcionando el control de la comunicación entre aplicaciones al establecer, gestionar y cerrar sesiones o conexiones entre las aplicaciones que se comunican .

CAPA 4. Capa de Transporte

Se encarga del transporte de la información, desde la fuente al destino, a través de la red.

Los accesos a la capa de transporte se efectúan a través de puertos (sockets). EL objetivo es realizar un servicio de transporte eficiente entre procesos o usuarios finales. Para dicho fin, toma los mensajes del nivel de sesión, los distribuye en pequeñas unidades (Segmentos) y los pasa a la red. Los protocolos de la capa de transporte se aseguran que todos los segmentos lleguen de forma correcta a su destino, para lo cual realizan detección y corrección de errores, además de controlar el flujo y la secuenciación. Otras funcionalidades es optimizar el transporte, realizando múltiples acciones de varios mensajes en un segmento para abaratar costes.

CAPA 3. Capa de la Red.

Se encarga de Fragmentar los segmentos que se transmiten entre dos equipos de datos en unidades denominadas paquetes. En el ordenador receptor se efectúa el proceso inverso: los paquetes se ensamblan en segmentos.

Realizar el encaminamiento de los paquetes. Se encargará de realizar algoritmos eficientes para la elección de la ruta más adecuada en cada momento, para reexpedir los paquetes en cada uno de los nodos de la red que deba atravesar.

Prevenir la producción de bloqueos así como la congestión en los nudos de la red de transporte que pudiesen producirse en horas punta por la llegada de paquetes en forma masiva.

CAPA 2. Capa de enlace de datos

Descompone los mensajes que recibe del nivel superior en tramas o bloques de información, en las que añade una cabecera (DH) e información redundante para control de errores. La cabecera suele contener información de direcciones de origen y destino, ruta que va a seguir la trama, etc … También se encarga de transmitir sin error las tramas entre cada enlace que conecte directamente dos puntos físicos (nodos) adyacentes de la red, y desconectar el enlace de datos sin pérdidas de información.

CAPA 1. Capa Física

Es donde se especifican los parámetros mecánicos (grosor de los cables, tipo de conectores), eléctricos (temporizador de las señales, niveles de tensión) de las conexiones físicas.

Las unidades de información que considera son bits, y trata de la transmisión de cadenas de bits en el canal de comunicación (pares trenzados de cobre, cable coaxial, radio, infrarojos, Wifi, fibra óptica), si el emisor envía un 0 , al receptor debe de llegar un 0.

1.2.3.2 Cliente Servidor

CLIENTE – SERVIDOR

Esta arquitectura consiste básicamente en que un programa -el cliente- que realiza peticiones a otro programa -el servidor- que le da respuesta. Aunque esta idea se puede aplicar a programas que se ejecutan sobre una sola computadora es más ventajosa en un sistema operativo multiusuario distribuido a través de una red de computadoras.

En esta arquitectura la capacidad de proceso está repartida entre los clientes y los servidores, aunque son más importantes las ventajas de tipo organizativo debidas a la centralización de la gestión de la información y la separación de responsabilidades, lo que facilita y clarifica el diseño del sistema.

La separación entre cliente y servidor es una separación de tipo lógico, donde el servidor no se ejecuta necesariamente sobre una sola máquina ni es necesariamente un sólo programa. Los tipos específicos de servidores incluyen los servidores web, los servidores de archivo, los servidores del correo, etc. Mientras que sus propósitos varían de unos servicios a otros, la arquitectura básica seguirá siendo la misma.

Ventajas

·         Centralización del control: los accesos, recursos y la integridad de los datos son controlados por el servidor de forma que un programa cliente defectuoso o no autorizado no pueda dañar el sistema. Esta centralización también facilita la tarea de poner al día datos u otros recursos (mejor que en las redes P2P).

·         Escalabilidad: se puede aumentar la capacidad de clientes y servidores por separado. Cualquier elemento puede ser aumentado (o mejorado) en cualquier momento, o se pueden añadir nuevos nodos a la red (clientes y/o servidores).

·         Fácil mantenimiento: al estar distribuidas las funciones y responsabilidades entre varios ordenadores independientes, es posible reemplazar, reparar, actualizar, o incluso trasladar un servidor, mientras que sus clientes no se verán afectados por ese cambio (o se afectarán mínimamente). Esta independencia de los cambios también se conoce como encapsulación.

Desventajas

·         La congestión del tráfico ha sido siempre un problema en el paradigma de C/S. Cuando una gran cantidad de clientes envían peticiones simultaneas al mismo servidor, puede ser que cause muchos problemas para éste (a mayor número de clientes, más problemas para el servidor). Al contrario, en las redes P2P como cada nodo en la red hace también de servidor, cuanto más nodos hay, mejor es el ancho de banda que se tiene.

 

1.2.3.1 Redes De Igual a Igual

La forma más sencilla de red son las redes de igual a igual (peer to peer o P2P), todos los equipos pueden ser cliente y servidor al mismo tiempo. No existe un ordenador central.

Red formada por 4 computadoras, cada una de estas puede ser cliente y/o servidor de las otras 3. Cualquier PC puede compartir alguno de sus dispositivos (discos duros, impresoras y módems) e intercambiar archivos con la red. Este tipo de redes son perfectas para el ámbito doméstico, o también para pequeñas oficinas con pocos ordenadores.

Ventajas:

·         Son fáciles de manejar.

·         No se necesita ningún equipo adicional entre el propio sistema operativo instalado en la computadora. Costos reducidos.

Desventajas:

·         Falta de seguridad.

·         El sistema no está centralizado y esto dificulta la administración.

·         Los archivos compartidos pueden contener virus.

·         Las redes de igual a igual son relativamente fáciles de instalar, de operar y son efectivas con menos de diez ordenadores.

1.2.2.2 Redes No orientadas

Redes No orientadas a conexión: En este tipo de redes cada paquete es ruteado por separado hacia la terminal destino, esto indica que pueden llegar en desorden y es tarea de la capa de transporte re ordenarlos para que formen el paquete original.

Este tipo de redes son llamadas Datagramas, pasan directamente del estado libre al modo de transferencia de datos. En un sistema no orientado a conexión, no se hace contacto con el destino antes de que se envíe el paquete. Una buena analogía para un sistema de entrega no orientado a conexión es el sistema de correos. No se hace contacto con el destinatario antes de que la carta se envíe desde un destino a otro. La carta se envía hacia su destino y el destinatario se entera de su existencia cuando la recibe. Suponemos (Correos mediante) que la carta llega a su destino. Las redes no orientadas a conexión pasan directamente del estado libre al modo de transferencia de datos, finalizado el cual vuelve al estado libre. Además, las redes de este no ofrecen confirmaciones, control de flujo ni recuperación de errores aplicables a toda la red, aunque estas funciones si existen para cada enlace particular, el coste de una red no orientada a conexión es mucho menor. Internet es una enorme red no orientada a conexión en la cual la entrega de paquetes.

1.2.2.1 Redes Orientadas

Los procesos de red orientados a conexión a menudo se denominan conmutados por circuito. Estos procesos establecen en primer lugar una conexión con el receptor y luego comienza la transferencia de datos. Todos los paquetes se transportan de forma secuencial a través del mismo circuito físico, o más comúnmente, a través del mismo circuito virtual.

En los sistemas orientados a conexión, se establece una conexión entre emisor y receptor antes de que se transfieran los datos. Una red orientada a conexión es aquella en la que inicialmente no existe conexión lógica entre los ETD y la red. Una red orientada a conexión cuida bastante los datos del usuario. El procedimiento exige una confirmación explicita de que se ha establecida la conexión, y si no es así la red informa al ETD solicitante que no ha podido establecer esa conexión.  

 

Las redes conectadas a conexión llevan un control permanente de todas las sesiones entre distintos ETD, e intentan asegurar que los datos no se pierdan en la red. Las redes orientas a conexión suelen compararse conceptualmente con el sistema telefónico. Se hace una llamada, se establece una conexión y luego se produce la comunicación.

1.2.2 Redes De acuerdo a su tipo de conexión

Conexiones físicas:

Permiten a las computadoras transmitir y recibir señales directamente. Las conexiones físicas están definidas por el medio empleado (pueden ser cables hasta satélites) para transmitir la señal, por la disposición geométrica de las computadoras (topología) y por el método usado para compartir información, desde textos, imágenes y hasta videos y sonidos.

Conexiones Lógicas o Virtuales:

Permiten intercambiar información a las aplicaciones informáticas, por ejemplo a un procesadode texto o cualquier tipo de software. Las conexiones lógicas son creadas por los protocolos dered y permiten compartir datos a través de la red entre aplicaciones correspondientes acomputadoras de distinto  tipo, algunas conexiones lógicas emplean software de tipo clienteservidor y están destinadas principalmente a compartir archivos e impresoras.

1.2.1 Redes de acuerdo a su Tecnología de interconexión

LAN

LAN significa Red de área local. Es un conjunto de equipos que pertenecen a la misma organización y están conectados dentro de un área geográfica pequeña mediante una red, generalmente con la misma tecnología (la más utilizada es Ethernet).

Una red de área local es una red en su versión más simple. La velocidad de transferencia de datos en una red de área local puede alcanzar hasta 10 Mbps (por ejemplo, en una red Ethernet) y 1 Gbps (por ejemplo, en FDDI o Gigabit Ethernet). Una red de área local puede contener 100, o incluso 1000, usuarios.

Al extender la definición de una LAN con los servicios que proporciona, se pueden definir dos modos operativos diferentes:

• ·         En una red "de igual a igual", la comunicación se lleva a cabo de un equipo a otro sin un equipo central y cada equipo tiene la misma función.
• ·         En un entorno "cliente/servidor", un equipo central brinda servicios de red para los usuarios.

MAN

Una MAN (Red de área metropolitana) conecta diversas LAN cercanas geográficamente (en un área de alrededor de cincuenta kilómetros) entre sí a alta velocidad. Por lo tanto, una MAN permite que dos nodos remotos se comuniquen como si fueran parte de la misma red de área local.

Una MAN está compuesta por conmutadores o routers conectados entre sí mediante conexiones de alta velocidad (generalmente cables de fibra óptica).

WAN

Una WAN (Red de área extensa) conecta múltiples LAN entre sí a través de grandes distancias geográficas.

La velocidad disponible en una WAN varía según el costo de las conexiones (que aumenta con la distancia) y puede ser baja.

Las WAN funcionan con routers, que pueden "elegir" la ruta más apropiada para que los datos lleguen a un nodo de la red.

La WAN más conocida es Internet.

PAN

PAN (personal area network) es una red de ordenadores usada para la comunicación entre los dispositivos de la computadora (teléfonos incluyendo las ayudantes digitales personales) cerca de una persona.

1.1 Concepto de red, su origen

CONCEPTO

Una red es un grupo de computadoras que son capaces de comunicarse unas con las otras y compartir datos, ficheros, programas y operaciones. Las computadoras en una red se comunican vía hardware y software. El hardware es el que comunica físicamente a las computadoras por ejemplo: líneas telefónicas, cables de fibra óptica, routers y las computadoras en si. El software es el que permite usar el hardware para la comunicación y compartir información.

ORIGEN

Se ha dicho que la guerra ha contribuido a desarrollar invenciones que luego resultaron útiles para la Humanidad e Internet es buen ejemplo. Internet tiene su origen en 1968 cuando el Pentágono a través de su DARPA (Agencia de Proyectos Avanzados de Investigación de la Defensa de EE.UU.) financió un proyecto para desarrollar un mecanismo de comunicación que sobreviviera a un conflicto, el proyecto fue bautizado como ARP Anet.

Hasta entonces el sistema de comunicaciones norte-americano era demasiado vulnerable ya que usaba un sistema basado en la comunicación telefónica (Red Telefónica Conmutada, RTC), y por tanto, en una tecnología denominada de conmutación de circuitos, (un circuito es una conexión entre llamante y llamado), que establece enlaces únicos y en número limitado entre importantes nodos o centrales, con el consiguiente riesgo de quedar aislado parte del país en caso de un ataque militar sobre esas arterias de comunicación.