Conceptos Fundamentales de Redes

Subredes

Subred: Conjunto de dispositivos que están dentro del mismo rango de direcciones.

Medios de Transmisión

Un medio de transmisión es un soporte físico por donde emisor y receptor pueden comunicarse. Hay dos tipos de medios. En ambos, la transmisión se produce por ondas electromagnéticas:

  • Guiados: Conducen las ondas a través de un medio físico (el cable).
  • No Guiados: También hay un medio físico (el aire, el vacío), pero la transmisión no está dirigida (ej. Wi-Fi).

Características de los Medios de Transmisión

  • Velocidad de transmisión de datos:
  • Ancho de banda que puede soportar:
  • Espacio entre repetidores:
  • Fiabilidad de la transmisión:
  • Coste:
  • Facilidad de instalación:

Medios Guiados

  • Par sin Trenzar: Está formado por dos hilos de cobre paralelos recubiertos de un material aislante. Tiene poca protección frente a interferencias. Se utiliza en transmisiones de voz analógicas y es un medio semi-dúplex. A este tipo de cable se le conoce como Categoría 1.

  • Par Trenzado: Consiste en dos cables de cobre aislados, normalmente de un milímetro de espesor, enlazados de dos en dos en forma helicoidal (como una cadena de ADN). El trenzado reduce las interferencias eléctricas de otros pares cercanos y del exterior. Uno de los cables del par trenzado se utiliza como masa, lo que permite su uso en transmisiones digitales. El cable que se utiliza como masa lleva una marca para facilitar la conexión con otras unidades. Es fácil de instalar, ofrece velocidades de transmisión de hasta 100 Megabits por segundo (Mbps), y tiene bajo coste. Hay varios tipos de par trenzado: UTP, STP, SSTP, FTP.

Medios Inalámbricos

Prescinden de cualquier cable entre emisor y receptor. Son útiles para usuarios móviles y en zonas geográficas de difícil acceso donde tender cable es costoso. La comunicación inalámbrica consiste en el envío y recepción de electrones o fotones que circulan por el espacio libre. Estas partículas viajan en forma de ondas electromagnéticas. La diferencia importante está en la frecuencia de estas ondas.

  • Ondas de Radio: Son fáciles de generar, recorren grandes distancias y penetran en edificios. Viajan en todas direcciones desde la fuente emisora.

  • Microondas: Permiten la transmisión tanto terrestre como por satélite. Su frecuencia está comprendida entre 1 y 10 GHz. Posibilitan velocidades de transmisión de hasta 10 Megabits por segundo. A diferencia de las ondas de radio, no atraviesan bien los obstáculos (paredes). Las comunicaciones por satélite utilizan microondas; debido a las grandes distancias, hay un retardo en la señal. No pueden atravesar objetos sólidos.

  • Ondas Infrarrojas: Se utilizan para comunicación de corto alcance (controles de TV, etc.).

  • Ondas de Luz: La más utilizada es el láser. El láser es unidireccional (su señal no rebota, necesita un emisor y un receptor alineados). El rayo láser es sensible a factores ambientales como la lluvia, aunque ofrece una alta velocidad.

Arquitecturas de Red por Niveles

Características de las arquitecturas por niveles:

  • Capa (Nivel): Es un módulo que resuelve cierto problema. Cada una de estas capas soluciona una serie de problemas que tienen cierta relación.

  • Servicio: Es una función que realiza cada capa. Los servicios que realiza la capa se ofrecen a la capa superior.

  • Protocolo: Son las normas, las reglas, las señales con las que se comunican las distintas entidades de la misma capa en el proceso de comunicación. Un protocolo de capa define las normas que rigen la comunicación entre entidades del mismo nivel en una arquitectura.

  • Proceso o Entidad: Son los distintos programas o elementos que se ejecutan en cada capa, gestionándola y realizando sus funciones.

Arquitectura TCP/IP

  • Capa de Subred: El modelo no proporciona mucha información detallada sobre esta capa. Simplemente especifica que debe existir algún protocolo que conecte la estación con la red, permitiendo así funcionar sobre redes diferentes.

  • Capa de Internet: Es la capa más importante de la arquitectura. Su misión consiste en permitir que las estaciones envíen paquetes a la red de forma que puedan atravesar redes diferentes y llegar desordenados. El protocolo más importante de esta capa es el protocolo IP. Esta capa no se responsabiliza de la tarea de reordenar los mensajes.

  • Capa de Transporte: Establece una comunicación entre origen y destino. Se ocupa del control de errores y de la ordenación de mensajes. Se basa en dos protocolos principales: TCP (orientado a conexión y fiable) y UDP (no orientado a conexión y no fiable).

  • Capa de Aplicación: En esta capa funcionan todos los protocolos de alto nivel que utilizan los programas para comunicarse (ej. FTP, HTTP, etc.).

Modelo OSI

  • Física: Tiene que ver con la transmisión de datos binarios. Debe asegurar que cuando se envía un 1 a un lado, llega un 1 al otro lado. Tiene que solucionar problemas electrónicos, como por ejemplo: qué voltaje representa un 1, qué voltaje representa un 0, cuántos milisegundos o microsegundos durará un dígito, con qué frecuencia se debe transmitir, características de los cableados, protección de cables, impedancias, etc.

  • Enlace: La capa de enlace crea la unidad mínima de datos que se transmiten entre emisor y receptor. Esa unidad mínima se conoce con el nombre de ‘Trama’. Además, detecta y corrige los errores que se producen en la línea de comunicación y controla el flujo de la transmisión para no saturar al receptor.

  • Red: Tiene dos funciones importantes: Enrutamiento (selecciona la ruta más adecuada para que siga la información, teniendo en cuenta la rapidez, el camino más corto y el camino con menos tráfico) y Homogeneización (adapta mensajes heterogéneos con diferente estructura). El router actúa entre subredes, pero no tiene información a nivel de emisor y receptor final. La unidad de información que maneja el router es el paquete, y en ese paquete sabe a qué router siguiente debe llegar.

  • Transporte: Elige la ruta completa de extremo a extremo (entre emisor y receptor final). Tiene funciones similares a la capa de enlace, pero a nivel de emisor y receptor final en lugar de a nivel de subred. Tiene capacidad de reordenar la información (si llega un paquete desordenado, lo ‘aparca’ y espera a los demás para reordenarlos) y capacidad de reenvío.

  • Sesión: Controla el diálogo entre las aplicaciones de los sistemas finales. Proporciona servicios como el Control de Diálogo (emisor y receptor pueden hablar de diferentes maneras: Full Duplex: ambos pueden enviar y recibir datos simultáneamente; Half Duplex: ambos pueden hablar, pero no a la vez, primero uno y luego el otro).

  • Presentación: Se encarga de la representación de la información. Permite que equipos con diferentes representaciones internas de caracteres (por ejemplo, ASCII, Unicode) o de números (Little Endian, Big Endian) se puedan comunicar. Esta capa también se encarga de cifrar datos y comprimirlos.

  • Aplicación: Ofrece a las diferentes aplicaciones la posibilidad de acceder al resto de las capas.

Dispositivos de Interconexión

Para interconectar equipos, existen varios interfaces y dispositivos:

  • Puerto Serie: Sirve para conectar distintos dispositivos (como ratones antiguamente, etc.). La información se transmite bit a bit, en serie.

  • Puerto Paralelo: Envía 8 bits simultáneamente.

  • Ranuras de Expansión: Permiten añadir tarjetas (ISA, PCI, etc.) para ampliar funcionalidades.

  • Módem: Dispositivo que permite a un ordenador enviar y recibir información a través de una red telefónica conmutada.

  • Tarjetas de Red (NIC – Network Interface Card): Hacen de intermediario entre el ordenador y la red. Funcionan a nivel de Capa Física y Capa de Enlace. El flujo de datos llega a la tarjeta en paralelo y lo convierte a serie para la transmisión. Todas las tarjetas de red tienen un procesador que realiza las tareas que soporta el protocolo instalado.

  • Conexión a Bus: Es la conexión del CPU con el resto de componentes del sistema.

  • Transceptor: Se encarga de dar acceso al medio de transmisión de la red cuando el ordenador desea enviar o recibir datos.

  • Conector Wake-on-LAN: Permite encender el ordenador remotamente a través de la red.

  • Indicadores de Estado (LEDs): Señalan el estado de funcionamiento de la conexión.

  • Repetidores y Amplificadores: Dispositivos que regeneran o amplifican la señal para extender el alcance de la red.

  • Concentradores (Hubs): Conectan múltiples dispositivos en un punto central. Algunos hubs tienen un puerto especial para conectarse a otro hub. Operan a nivel de Capa Física.

  • Puntos de Acceso Inalámbricos (WAP): Son el equivalente inalámbrico de los concentradores. Permiten que dispositivos inalámbricos se conecten a una red cableada. Reciben y amplifican las señales.

  • Switch: Dispositivo digital lógico de interconexión de redes que opera en la Capa de Enlace del Modelo OSI. Crea segmentos de red pasando datos de un segmento a otro basándose en la dirección MAC de las tramas. El switch mantiene tablas que asocian direcciones MAC con puertos.

  • Dominio de Colisión: Área de la red donde las tramas pueden colisionar. Los switches reducen el tamaño de los dominios de colisión.

  • Dirección MAC: Número único asignado a cada tarjeta de red (NIC) a nivel mundial.

  • Encaminadores (Routers): Actúan a nivel de Capa de Red. Sus funciones principales son:

    • Direccionamiento: Trabajan con direcciones lógicas (como direcciones IP) para identificar equipos.
    • Encaminamiento (Routing): Buscan la ruta más adecuada para enviar los paquetes.
    • Unificación: Pueden interconectar redes con diferentes tecnologías o protocolos de nivel inferior, presentando una interfaz unificada a las capas superiores.

  • Puente (Bridge): Interconecta segmentos de red o topologías diferentes a nivel de Capa de Enlace (basándose en direcciones MAC).

  • Gateway / Pasarela: Dispositivo o software que interconecta redes que utilizan protocolos completamente diferentes, operando generalmente a nivel de Capa de Transporte o superior (Sesión, Presentación, Aplicación).

Tipos de Conexiones de Red

  • Conexiones Conmutadas o Punto a Punto: Establecen una comunicación dedicada entre dos puntos (origen y destino).

    • Conmutación de Circuitos: Se establece un camino físico dedicado y exclusivo entre origen y destino durante toda la comunicación. Usado para datos que requieren garantía de ancho de banda constante (ej. telefonía tradicional).

    • Conmutación de Paquetes: La información se divide en paquetes. Cada paquete viaja de forma independiente por la red, pudiendo tomar diferentes caminos. Cada paquete contiene datos y una cabecera de control con información de destino.

    • Conmutación de Mensajes: Similar a la conmutación de paquetes, pero la unidad de transmisión es el mensaje completo, no se divide en paquetes más pequeños. Los nodos intermedios almacenan el mensaje completo antes de reenviarlo (store-and-forward).

  • Conexiones de Difusión (Broadcast): El mensaje se envía a todos los dispositivos de la red, y es el destinatario previsto quien lo procesa.

Medios de Transmisión y Señales

La Señal: Es la representación física de la información que se transmite a través del medio.

Características Base de una Señal

  • Frecuencia: Número de veces que la señal completa un ciclo por segundo (medida en Hertz – Hz).
  • Amplitud: Valor máximo de la señal en un ciclo. Representa la intensidad de la señal.
  • Fase: Posición relativa de la señal en un punto específico de su ciclo. Indica el desplazamiento de la señal en el tiempo respecto a un punto de referencia.

Tipos de Señales

  • Analógica: Señal continua que puede tomar infinitos valores dentro de un rango determinado en cualquier instante de tiempo.

  • Digital: Señal discreta que solo puede tomar un número finito de valores (generalmente dos, 0 y 1). Se representa como pulsos.

Modulación

Modulación: Proceso de modificar una característica de una señal portadora (como amplitud, frecuencia o fase) para que represente la información de la señal moduladora.

En la modulación intervienen dos señales: la señal portadora (una onda de alta frecuencia que se modifica) y la señal moduladora (la señal de información que se desea transmitir). Básicamente, se modula transformando alguna de las características de la onda portadora (la frecuencia, la amplitud o la fase) según la señal moduladora.