INTRODUCCION A LAS

REDES

1.0 CONCEPTO SOBRE REDES.

Cuando en 1981 IBM presenta; la computadora personal (PC), la palabra personal era un adjetivo adecuado. Estaba dirigido a las personas que deseaban disponer de su propia computadora, sobre la que ejecutan sus propias aplicaciones, y sobre la que administran sus archivos personales en lugar de utilizar las minicomputadoras y grandes sistemas que estaban bajo el estricto control de los departamentos de informatica. Los usuarios de las computadoras personales comenzaron pronto a conectar sus sistemas formando redes, de una forma que podran compartir los recursos como impresoras. Ocurriendo entonces algo divertido. Alrededor de 1985 las redes se hicieron tan grandes y complejas que el control volvio a los departamentos de informatica. En la actualidad las redes no son elementos simples y faciles. A menudo se llegan a extender fuera de la oficina local, abarcan el entorno de una ciudad o uno mayor y necesitan entonces expertos que puedan tratar los problemas derivados de las comunicaciones telefonicas, con microondas o via satelite.

2.0 CONCEPTO DE UNA RED.

La mas simple de las redes conecta dos computadoras, permitiendoles compartir archivos e impresos. Una red mucho mas compleja conecta todas las computadoras de una empresa o compañia en el mundo. Para compartir impresoras basta con un conmutador, pero si se desea compartir eficientemente archivos y ejecutar aplicaciones de red, hace falta tarjetas de interfaz de red (NIC, NetWare Interface Cards) y cables para conectar los sistemas. Aunque se pueden utilizar diversos sistemas de interconexion via los puertos series y paralelos, estos sistemas baratos no ofrecen la velocidad e integridad que necesita un sistema operativo de red seguro y con altas prestaciones que permita manejar muchos usuarios y recursos.

FIgura 2.1. Muestra los componentes tipicos de un sistema en red.

Una vez instalada la conexion se ha de instalar el sistema operativo de red (NOS, Network Operating System). Hay dos tipos basicos de sistemas operativos de red : punto a punto y con servidor dedicado. - Punto a Punto : Este es un tipo de sistema operativo que le permite a los usuarios compartir los recursos de sus computadoras y acceder a los recursos compartidos de las otras computadoras. Microsoft Windows 98, Novell Lite son sistemas operativos punto a punto. - Con Servidor Dedicado : Es un sistema operativo con servidor dedicado, como es NetWare de Novell, o Windows NT, en las cuales una o mas computadoras se reservan como servidores de archivos no pudiendo ser utilizados para nada mas.

2.1 COMPONENTES DE UNA RED.

Una re de computadoras esta conectada tanto por hardware como por sosftware. El hardware incluye tanto las tarjetas de interfaz de red como los cables que las unen, y el software incluye los controladores (programas que se utilizan para gestionar los dispositivos y el sistema operativo de red que gestiona la red. A continuacion se listan los componentes, tal y como se muestran en la figura 2.2. - Servidor
- Estaciones de trabajo.
- Placas de interfaz de red (NIC).
- Recursos perifericos y compartidos.

Figura 2.2. Componentes de una red.

Servidor : este ejecuta el sistema operativo de red y ofrece los servicios de red a las estaciones de trabajo. Estaciones de Trabajo : Cuando una computadora se conecta a una red, la primera se convierte en un nodo de la ultima y se puede tratar como una estacion de trabajo o cliente. Las estaciones de trabajos pueden ser computadoras personales con el DOS, Macintosh, Unix, OS/2 o Windows y tambien peuede haber estaciones de trabajos sin discos.

Tarjetas o Placas de Interfaz de Red : Toda computadora que se conecta a una red necesita de una tarjeta de interfaz de red que soporte un esquema de red especifico, como Ethernet, ArcNet o Token Ring. El cable de red se conectara a la parte trasera de la tarjeta.

Sistema de Cableado : El sistema re la red esta constituido por el cable utilizado para conectar entre si el servidor y las estaciones de trabajo.

Recursos y Perifericos Compartidos : Entre los recursos compartidos se incluyen los dispositivos de almacenamiento ligados al servidor, las unidades de discos opticos, las impresoras, los trazadores y el resto de equipos que puedan ser utilizados por cualquiera en la red.

2.2. REALIZACION DE LA CONEXION EN UNA RED.
Para realizar la conexion con una red son necesarias las tarjetas de interfaz de red y el cable (a menos que se utilice un sistema de comunicacion sin cable). Existen distintos tipos de tarjetas de interfaz y de esquemas de cableados.

2.3. TARJETA DE INFERTAZ DE RED (NIC)
Hay tarjetas de interfaz de red disponibles de diversos fabricantes. Se pueden elegir entre distintos tipos, segun se desee configurar o cablear la red. Los tres tipos mas usuales son ArcNet, Ethernet y Token Ring. Las diferencias entre estos distintos tipos de red se encuentran en el metodo y velocidad de comunicacion, asi como el precio. En los primeros tiempos de la informatica en red (hace unos dos o tres años) el cableado estaba mas estandarizado que ahora. ArcNet y Etherner usaban cable coaxial y Token Ring usaba par trenzado. Actualmente se pueden adquirir tarjetas de interfaz de red que admitan diversos medios, lo que hace mucho mas facil la planificacion y configuracion de las redes. En la actualidad las decisiones se toman en funcion del costo , distancia del cableado y topologia. En la actualidad existen diversas topologias de redes, en la figura 2.3 mostramos las mas comunes.

Figura 2.3. Topologias de red.

2.4. CABLEADO.

El cable coaxial fue uno de los primeros que se usaron, pero el par trenzado o UTP ha ido ganando popularidad. El cable de fibra optica se utiliza cuando es importante la velocidad, si bien los avances producidos en el diseño de las tarjetas de interfaz de red permiten velocidades de transmision sobre cable coaxial o par trenzado por encima de lo normal. Actualmente el cable de fibra optica sigue siendo la mejor eleccion cuando se necesita una alta velocidad de transferencia de datos.

2.5 ARQUITECTURA DE LA RED .
La arquitectura de una red viene definida por su topologia, el metodo de acceso a la red y los protocolos de comunicacion. Antes de que cualquier estacion de trabajo pueda utilizar el sistema de cableado, debe definirse con cualquier otro nodo de la red.

2.5.1 TOPOLOGIA.

La topologia de una red es la organizacion del cableado. La cuestion mas importante al tener en cuenta la elegir el sistema de cableado es su costo, si bien tambien se ha de tener en cuenta el rendimiento total y si integridad.

2.5.2 METODO DE ACCESO AL CABLE.

El metodo de acceso al cable describe como accede un nodo al sistema de cableado.

2.5.3 PROTOCOLO DE COMUNICACION.

Los protocolos de comunicacion son las reglas y procedimientos utilizados en una red para establecer la comunicacion entre los nodos que disponen de acceso a la red. Los protocolos gestionan dos niveles de comunicacion distintos. Las reglas de alto nivel definen como se comunican las aplicaciones, mientras que las de bajo nivel definen como se transmiten las señales por el cable.

2.6. COBERTURA DE LAS REDES.

Existen redes de todos los tamaños. La red puede comenzar como algo pequeño y crecer con la organizacion. En la figura 2.4 se muestra el ambito de cobertura de las redes.

Figura 2.4. Ambito de cobertura de las redes.

2.6.1 RED DE AREA LOCAL (LAN).

Red pequeña de 3 a 50 nodos, localizada normalmente en un solo edificio perteneciente a una organizacion.

2.6.2 REDES INTERCONECTADAS .
Una red de redes se encuentra formada por dos o mas segmentos de red local conectadas entre si para formar un sistema que puede llegar a cubrir una empresa.

2.6.3 RED METROPOLITANA (MAN)

Son normalmente redes de fibra optica de gran velocidad que conectan segmentos de red local de una area especifica, como un campus un poligono industrial o una ciudad.

2.6.4 RED DE GRAN ALCANCE (WAN) .
Permiten la interconexion nacional o mundial mediante lineas telefonicas y satelites.

2.7. RAZONES PARA INSTALAR UNA RED DE COMPUTADORAS.

Instalar una red de computadoras puede ofrecer muchas ventajas para su trabajo. Estas son algunas ventajas ofrecidas al instalar una red de computadoras.

- Comparticion de programas y archivos.
- Comparticion de los recursos de la red.
- Comparticion de bases de datos.
- Expansion economica de una base de pc.
- Posibilidad de utilizar software de red.
- Uso del Correo Electronico.
- Creacion de grupos de trabajo.
- Gestion centralizada.
- Seguridad.
- Acceso a mas de un sistema operativo.
- Mejoras en la organizacion de la empresa.

2.8. CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS DE RED.

Los primeros S. O. de red ofrecian algunas utilidades de gestion de archivos de seguridad simples. Pero la demanda de los usuarios se ha incrementado de forma que los modernos sistemas operativos de red ofrecen amplias variedad de servicios. Estos son algunos de ellos.

- Adaptadores y cables de red.
- Nomenclatura global
- Servicios de archivos y directorios.
- Sistema tolerantes a fallos.
- Disk Caching (Optimizacion de acceso al disco).
- Sistema de control de transacciones (TTS, Transation Tracking System).
- Seguridad en la conexion.
- Bridges (Puentes) y Routers.
- Gateways (Pasarelas)
- Servidores Especiales
- Herramientas software de administracion.

3.0. PROTOCOLOS DE COMUNICACION.

Hace unos cuantos años parecia como si la mayor parte de los fabricantes de ordenadores y software fueran a seguir las especificaciones de la Organizacion internacional para el estandar (International Organization for Standarization, OSI). OSI define como los fabricantes pueden crear productos que funcionen con los productos de otros vendedores si la necesidad de controladores especiales o equipamientos opcional. Su objetivo es la apertura. El unico problema para implantar el modelo ISO/ISO fue que muchas compañias ya habian desarrollado metodos para interconectar sus hardware y software con otros sistemas. Aunque pidieron un soporte futuro para lo estandares OSI, sus propios metodos estaban a menudo tan atrincherados que el acercamiento hacia OSI era lento o inexistente. Novell y potras compañias de redes expandieron sus propios estandares para ofrecer soporte a otros sistemas, y relegaron los sistemas abiertos a un segundo plano. Sin embargo, los estandares OSI ofrecen un modo util para comparar la interconexion de redes entre varios vendedores. En el modelo OSI, hay varios niveles de hardware y el software. Podemos examinar lo que hace cada nivel de la jerarquia para ver como los sistemas se comunican por LAN.

3.1. NIVEL DE PROTOCOLO .
Los protocolos de comunicaciones definen las reglas para la transmision y recepcion de la informacion entre los nodos de la red, de modo que para que dos nodos se puedan comunicar entre si es necesario que ambos empleen la misma configuracion de protocolos.

Entre los protocolos propios de una red de area local podemos distinguir dos principales grupos. Por un lado estan los protocolos de los niveles fisico y de enlace, niveles 1 y 2 del modelo OSI, que definen las funciones asociadas con el uso del medio de transmision: envio de los datos a nivel de bits y trama, y el modo de acceso de los nodos al medio. Estos protocolos vienen univocamente determinados por el tipo de red (Ethernet, Token Ring, etc.). El segundo grupo de protocolos se refiere a aquellos que realizan las funciones de los niveles de red y transporte, niveles 3 y 4 de OSI, es decir los que se encargan basicamente del encaminamiento de la informacion y garantizar una comunicacion extremo a extremo libre de errores.

Estos protocolos transmiten la informacion a traves de la red en pequeños segmentos llamados paquetes. Si un ordenador quiere transmitir un fichero grande a otro, el fichero es dividido en paquetes en el origen y vueltos a ensamblar en el ordenador destino. Cada protocolo define su propio formato de los paquetes en el que se especifica el origen, destino, longitud y tipo del paquete, asi como la informacion redundante para el control de errores.

Los protocolos de los niveles 1 y 2 dependen del tipo de red, mientras que para los niveles 3 y 4 hay diferentes alternativas, siendo TCP/IP la configuracion mas extendida. Lo que la convierte en un estandar de facto. Por su parte, los protocolos OSI representan una solucion tecnica muy potente y flexible, pero que actualmente esta escasamente implantada en entornos de red de area local.

Figura 3.1. La jerarquia de protocolo OSI.

3.2. PAQUETES DE INFORMACION.

La informacion es <<embalada>> en <<sobres>> de datos para la transferencia. Cada grupo, a menudo llamado paquetes incluye las siguientes informaciones - Datos a la carga. La informacion que se quiere transferir a traves de la red, antes de ser añadida ninguna otra informacion. El termino carga evoca a la pirotecnia, siendo la pirotecnia una analogia apropiada para describir como los datos son <<disparados>> de un lugar a otro de la red.

- Direccion. El destino del paquete. Cada segmento de la red tiene una direccion, que solamente es importante en una red que consista en varias LAN conectadas. Tambien hay una direccion de la estacion y otra de la aplicacion. La direccion de la aplicacion se requiere para identificar a que aplicacion de cada estacion pertenece el paquete de datos.

- Codigo de control. Informa que describe el tipo de paquete y el tamaño. Los codigos de control tambien codigos de verificacion de errores y otra informacion.

4.0. INTERCONEXIONES DE REDES.

Describe como extender una red utilizando repetidores, puentes, routers, adaptadores y otros dispositivos y metodos de interconexion de redes.

4.1. METODOS DE INTERCONEXIONES DE REDES.

La figura 4.1 muestra como se relaciona cada producto de interconexion de redes con el modelo de referencia OSI (Open System Interconexion). Las tareas que estos productos realizan sobre la red estan relacionados con los niveles con los que son compatibles en la jerarquia de protocolos. Cuando mas alto se encuentre un producto en la pila de protocolo mas caro y complejo es.

- Repetidores : Estos funcionan en el nivel fisico. Envian paquetes desde un sector de red primario (Cable) a otro extremo. No interactuan con los protocolos de mas alto nivel.
- Puentes : Interconectan dos o mas redes, pasando los paquetes entre ellas. Soportan distintos tipos de redes.}
- Routers : Estos son similares a los puentes.
- Brourers : Es una combinacion de Puente y Routers.
- Gateways (Pasarela): Funcionan en los niveles mas alto de la jerarquia de protocolos, permitiendo que puedan interconectarse los sistemas y redes que utilizan protocolos incompatibles.

Figura 4.1. Niveles de protocolos OSI utilizados por los dispositivos de interconexion de redes.

4.2. REPETIDORES.

A medida que las señales electricas se transmiten por un cable, tienden a degenerar proporcionalmente a la longitud del cable. Este fenomeno se conoce como atenuacion. Un repetidor es un dispositivo sencillo que se instala para amplificar las señales del cable, de forma que se pueda extender la longitud de la red. El repetidor normalmente no modifica la señal, excepto en que la amplifica para poder retransmitirla por el segmento de cable extendido. Algunos repetidores tambien filtran el ruido.

Un repetidor basicamente es un dispositivo "no inteligente" con las siguientes caracteristicas: - Un repetidor regenera las señales de la red para que lleguen mas lejos.

- Se utilizan sobre todo en los sistemas de cableado lineales como Ethernet.
- Los repetidores funcionan sobre el nivel mas bajo de la jerarquia de protocolos.
- Se utilizan normalmente dentro de un mismo edificio.
- Los segmentos conectados a un repetidor forman parte de la misma red. Los repetidores funcionan normalmente a la misma velocidad de transmision que las redes que conectan.

4.3. PUENTES.

Un puente añade un nivel de inteligencia a una conexion entre redes. Conecta dos segmentos de red iguales o distintos. Podemos ver un puente como un clasificador de correo que mira las direcciones de los paquetes y los coloca en la red adecuada. Se puede crear un puente en un servidor NetWare instalando dos o mas tarjetas de interfaz de red. Cada segmento de red puede ser un tipo distinto (Ethernet, Token Ring, ArcNet). Las funciones de puente y routers incorporadas en el NerWare distribuyen en trafico de una red entre los segmento de LAN.

Se puede crear un puente para dividir una red amplia en dos o mas redes mas pequeñas. Esto mejora el rendimiento al reducir el trafico, ya que los paquetes para estaciones concretas no tienen que viajar por todas la red, como se muestra en la figura 4.2. Los puentes tambien se usa para conectar distintos tipos de redes, como Ethernet y Token Ring ; podemos ver en la figura 4.3 Los puentes trabajan en el nivel de enlace de datos. Cualquier dispositivo que se adapte a las especificaciones del nivel de control de acceso al medio (MAC, media Access Control) puede conectarse con otros dispositivos del nivel MAC. Recordemos que el nivel MAC es subnivel del nivel del enlace de datos.

4.4. ROUTERS.
Son criticos para las redes de gran alcance que utilizan enlace de comunicacion remotas. Mantienen el trafico fluyendo eficientemente sobre caminos predefinidos en una interconexion de redes compleja. Este tipo de componentes se utiliza para interconectar redes y tambien para limitar el trafico desde dentro de una red hacia otra existiendo direcciones determinadas que pueden pasar y “salir” a buscar informacion

4.5. ENLACE PRINCIPAL (Backbone).

Un cable principal (Backbone) es un cable que conecta entre si dos o mas segmento de una red local y ofrece un enlace de datos de alta velocidad entre ellos. Mientras que un puente se establece instalando dos o mas tarjetas de red en un servidor, la interconexion de redes se realizan conectando varios servidores o segmentos de red local, generalmente con un enlace backbone.

Los enlaces backbone son generalmente medios de alta velocidad, como es el caso de la fibra optica. La figura 4.5 muestra un backbone basado en servidores. Cada servidor al backbone, y ofrece conexion a los restantes segmentos de red conectados al backbone. Las otras tarjetas del servidor estan conectadas a segmentos locales.

4.6. FDDI Y ATM.

En el nuevo entorno de conexiones de alta velocidad entre redes, se estan usando como backbone dos tecnologias de transferencias de datos. Existe una creciente necesidad de mas ancho de banda. Las estaciones de trabajo cientificas y para ingenieria son comunes en las redes locales y globales. Estas requieren ancho de bandas al transferir grandes archivos graficos y al conectarse a sistemas centrales (hosts). Las aplicaciones informaticas cliente- servidor que distribuyen en procesamiento entre varias computadoras de una red tambien comparten la necesidad de un mayor ancho de banda. FDDI y ATM son posibles soluciones.

Figura 4.5.Un backbone basado en servidores NetWare.