Manual de Aspectos Técnicos del Servicio de Informática, 2022

Redes de Computadoras

Introducción a las Redes

103. Una red de computadoras es un conjunto de dispositivos interconectados entre sí de forma física o inalámbrica que sirve como medio de comunicación con el propósito de compartir información, recursos y servicios.

104. El propósito más importante de cualquier red, es enlazar entidades similares al utilizar un conjunto de reglas que aseguren un servicio confiable. Estas normas quedan de la siguiente manera:

• La información debe entregarse de forma confiable sin ninguna alteración en los datos.
• La información debe entregarse de manera consistente. La red debe ser capaz de determinar hacia donde se dirige la información.
• Las computadoras que forman la red deben ser capaces de identificarse entre sí o a lo largo de la red.
• Debe existir una forma estándar de nombrar e identificar las partes de la red.

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105. Algunos de los beneficios que proporciona una red son los siguientes:

• Conexión a diversas redes.
• Compartir recursos e información.
• Control centralizado en procesos distribuidos.
• Proveer mayor integridad.

Elementos de Red Físicos

106. Para obtener la funcionalidad de una red son necesarios diversos dispositivos, que se conectan entre sí. Los elementos de red físicos incluyen a sistemas terminales y tecnologías de interconexión.

107. Sistema terminal. Se refiere a los términos computadora, anfitrión (host), estación de trabajo o sistema terminal como el dispositivo de red que está situado en cada extremo de la misma.

108. Tecnologías de interconexión. Dentro de esta categoría existen diferentes dispositivos que se encuentran en un punto intermedio y se encargan de conectar a las y los usuarios finales, estos incluyen los repetidores, puentes, ruteadores, concentradores y conmutadores, como a continuación se describen:

• Los repetidores. Son los dispositivos análogos conectados a dos segmentos de cable. Una señal que aparece en un cable es amplificada y enviada a otro cable.

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• Concentrador (HUB). Tienen como una función principal permitir que las tramas que llegan a cada puerto sean repetidas a todos los demás puertos con los que cuenta, excepto en el que ha recibido la trama. Operan en la capa física del modelo OSI (Capa 1).
• Puente. Es un dispositivo que conecta dos redes de área local.
• Conmutador (SWITCH). Son dispositivos que rutean tomando como base las direcciones de las tramas; éstos dispositivos operan en la capa de enlace de datos del modelo OSI (Capa 2).
• Ruteador (ROUTER). Dispositivos que interconectan redes y permite asegurar el enrutamiento de paquetes o determinar la ruta que debe tomar un paquete de datos para poder llegar a su destino. Operan en la capa de red del modelo OSI (Capa 3).

Elementos de Red Lógicos

109. Los elementos lógicos de una red como parte de una clasificación general incluyen a las interfaces, la pila de protocolos, los protocolos de comunicación y una arquitectura de red, algunos de ellos son:

• Interfaz. En un modelo de capas una interfaz define que operaciones y servicios primitivos pone la capa más baja a disposición de la capa superior inmediata; es decir comunica las capas entre sí.

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• Arquitectura de red. Es el conjunto de capas y protocolos que se implementan de manera específica para construir el programa o hardware, de modo que se cumpla correctamente con el protocolo apropiado.
• Pila de protocolos. Es la lista de protocolos utilizados por un sistema; ya que generalmente se emplea un protocolo por cada capa.
• Protocolos de comunicación. Es el conjunto formal de reglas y convenciones que gobiernan como las computadoras intercambian información sobre un medio de red; implementan funciones de una o más capas del modelo OSI.
• Protocolos de control de congestión. En los sistemas terminales controlan la tasa a la que se transmiten los paquetes entre el emisor y el receptor; ya que determinan el recorrido de los paquetes desde la fuente hasta el destino.

Clasificación de las Redes

110. Según la distancia y el área de cobertura, las redes se pueden clasificar en cuatro tipos (Ver Tabla 4.1.) como a continuación se describen:

• Redes de Área Personal (PAN). Redes destinadas para uso de una sola persona.
• Redes de Area Local (LAN). Son redes que se encuentran en un solo edificio o en un campus de pocos kilómetros de longitud.

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• Redes de área metropolitana (MAN). Se utilizan para cubrir la demanda de una infraestructura para interconexión de lans conmutadas y de alta velocidad a nivel ciudad.
• Redes de área amplia (WAN). Una red de área amplia conecta redes MAN a nivel país usando lineas telefónicas o comunicaciones satelitales.

Distancia Ubicación Tipo de red 1 m Metro cuadrado PAN 10 m Cuarto LAN 100 m Edificio LAN Distancia Ubicación Tipo de red 1 km Campus LAN 10 km Ciudad MAN 100 km País WAN 1000 km Continente WAN Tabla 4.1. Clasificación de las redes. Por el espacio y lugar que ocupan.

111. Según el medio físico utilizado para la transmisión, las redes se clasifican en:

• Medios guiados: Incluye entre otros al cable coaxial, cable de par trenzado, fibra óptica, medios magnéticos y medios extraíbles.
• Medios no guiados: Radiotransmisión, ondas infrarrojas y milimétricas, transmisión por microondas, transmisión por ondas de luz.

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112. Según la forma de interacción de los programas de red, existen dos formas de arquitectura lógica, siendo estas las siguientes:

• Cliente - Servidor.
• Redes punto a punto.

113. Según por su topología de red, el cual es el patrón de interconexión o disposición física entre los sistemas terminales, éstos pueden clasificarse en:

• Topología de bus. Todas las computadoras están conectadas a un único cable central, llamado el bus o backbone. En una red de bus en cualquier instante una computadora es la máquina maestra y puede transmitir, mientras se pide a las otras máquinas que se abstengan de enviar mensajes.
• Topología de estrella. Las redes de esta topología tienen una caja de conexiones llamada hub o concentrador en el centro de la red. Todas las computadoras se conectan al concentrador, el cual administra las comunicaciones entre computadoras.
• Topología de anillo. Tiene un dispositivo llamado unidad de acceso a multiestaciones, en donde todas las computadoras o nodos están conectados el uno con el otro formando una cadena o círculo cerrado.
• Topología en malla. Es aquella topología en la que cada nodo de la red esta conectado a todos los demás nodos. De esta manera es posible llevar los paquetes de un nodo a otro por diferentes caminos.

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• Topología en arbol. Es aquella en la que los nodos están colocados en forma de árbol, no tiene nodo central pero si tiene un nodo de enlace troncal en donde se ramifican los demás nodos y se comparten el mismo canal de comunicaciones.

114. Los tipos de redes se clasifican en base a la direccionalidad con la que fluyen los datos (tipos de transmisión) de la siguiente manera:

• Simplex (unidireccional). Un equipo de datos transmite y otro diferente es quien recibe.
• Half-Duplex (bidireccional). Permite transmitir a un equipo a la vez, también llamado semiduplex.
• Full-Duplex (bidireccional). Permite que ambos equipos pueden transmitir y recibir información a la vez.

Modelos de Referencia

Modelo OSI

115. El modelo de referencia de interconexión de sistemas abiertos (OSI) se basa en la estandarización internacional de los protocolos que se usan en las diversas capas del modelo y se ocupa de la conexión de sistemas que están abiertos a la comunicación e interactúan con otros sistemas.

116. El modelo OSI consta de siete capas, las cuales se encargan desde establecer la conexión física y que los datos no se pierdan o se modifiquen, hasta que sean correctamente interpretados por las diferentes aplicaciones.

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Las capas del modelo de referencia OSI son:

• La capa física. Se ocupa de transmitir bloques de datos en forma de niveles de voltaje a través de un canal de comunicación. En ella se tratan aspectos relacionados con las interfaces mecánicas, eléctricas, de temporización y del medio de transmisión físico.
• La capa de enlace de datos. La tarea principal de esta capa es transformar un medio de transmisión puro en una línea de comunicación que al llegar a la capa de red aparezca libre de errores de transmisión.
• La capa está integrada por las subcapas de Control de Acceso al Medio (MAC) y de Control de Enlace Lógico (LLC). (Ver Figura 4.2.).

Unidad Capa de intercambio Protocolo de aplicación Aplicación Aplicación PDU de aplicación Interfase 1 1 Presentación Presentación presentación 1 1 Sesión Sesión PDU de sesión 1 Protocolo de transporte Transporte +- Comunicación de limite de subred Protocolo de subred interna Red Red + - Red Red 1 1 Trama Enlace de datos 4 Enlace de datos Enlace de datos Enlace de datos 1 Física + Física Física Host A Router Router Host B PDU = Unidad de Datos de Protocolo Figura 4.2. Modelo de referencia OSI.

• La capa de red. Controla las operaciones de la subred. Un aspecto clave del diseño es determinar cómo se rutean los paquetes desde su origen a su destino. Tiene dos objetivos el control de la congestión de tramas y la calidad del servicio.
• La capa de transporte. Su función básica es aceptar datos provenientes de las capas superiores, dividirlos en unidades

8 de 33 Bit Física 4 Transporte PDU de transporte + Paquete Protocolo de presentación PDU de Protocolo de sesión