10. Redes locales.
Tipología.
Técnicas de transmisión.
Métodos de acceso.
Dispositivos de interconexión.
Una red de área local es una red de computadoras donde los equipos y computadoras en red están ubicadas físicamente próximos entre sí.
Estos aparatos pueden estar conectados por cables o de forma inalámbrica, lo cual conforma una red que les permite intercambiar recursos e información.
En inglés una red de área local es llamada LAN o Local Area Network.
Las redes de área local son muy utilizadas en entornos empresariales y educativos, ya que permiten compartir recursos como impresoras, archivos y bases de datos.
También pueden ser utilizadas en hogares para compartir recursos como la conexión a internet.
Las redes LAN pueden ser de dos tipos: cableadas o inalámbricas.
Las redes cableadas utilizan cables Ethernet para conectar los dispositivos, mientras que las redes inalámbricas utilizan ondas de radio para conectar los dispositivos mediante un enrutador Wi-Fi.
Las redes LAN suelen estar limitadas en cuanto a su alcance físico, ya que suelen abarcar un área de unos pocos cientos de metros.
Para cubrir mayores distancias se utilizan redes de área amplia, también conocidas como WAN o Wide Area Network.
Es importante mencionar que las redes LAN necesitan medidas de seguridad adecuadas para evitar accesos no autorizados a la información compartida.
Además, se deben establecer políticas claras para el uso de la red y garantizar su disponibilidad y eficiencia para los usuarios.
Topologías
Las topologías empleadas en las LAN son en la mayoría de las ocasiones de uno de los siguientes tres tipos: en Estrella, en Anillo y en Bus.
En las comunicaciones en entornos industriales se tiende a utilizar mayoritariamente la topología en Bus.
En las aplicaciones ofimáticas la tendencia actual es hacia las topologías en estrella. Pero las otras topologías también están presentes en cada caso e incluso a veces en una misma red local pueden coexistir varias topologías diferentes.
Topología en Estrella
En la topología en Estrella todo el tráfico pasa a través de un concentrador o nodo central que puede ser activo o pasivo. La conexión entre sí de estos concentradores da lugar a que la ampliación de la red se realice jerarquizadamente en forma de árbol.
Si el nodo central es pasivo, simplemente actúa como repetidor de las señales que recibe por cada uno de los segmentos a él conectados bit a bit.
Si es activo, almacena y retransmite tramas hacia cada nodo en función del direccionamiento de la trama.
De esta manera el nodo central realiza un control centralizado en el que puede tener como funciones el interrogar a los nodos periféricos, procesar la información y encaminar toda la información.
Las principales ventajas de esta topología son:
• Fácil inserción de nuevos elementos.
• Alta seguridad ante intentos de entradas de intrusos.
• Fácil detección de nodos con fallos.
• Se pueden conectar elementos con distintos protocolos de comunicación y distintas velocidades de transmisión si el nodo central es activo.
• El direccionamiento nodo a nodo es muy sencillo.
• Un nodo central activo puede establecer prioridades entre las tramas.
Como inconvenientes presenta los siguientes:
• El fallo del concentrador bloquea el funcionamiento de las comunicaciones.
• El nodo central si es activo está dedicado casi exclusivamente a las comunicaciones.
• La actividad de un nodo central activo retrasa el tráfico.
• Si se han de añadir nuevos puertos de E/S al concentrador, la ampliación suele ser cara.
Topología en Anillo
En las topologías en anillo cada estación está unida físicamente a una anterior y otra posterior.
La estación siempre recibe los mensajes de la anterior y, cuando no están dirigidos a ella, la interfaz de la estación los transmite sin modificarlos a la estación siguiente. Por lo tanto, la información circula siempre en el mismo sentido dentro del anillo.
Como principales ventajas:
• El acceso a la red esta asegurado en un período de tiempo máximo limitado.
• Simplifican los mecanismos de acuse de recibo, por ejemplo haciendo que la estación que transmite una trama sea la encargada de retirarla.
• Proporcionan velocidades de transmisión altas con tasas de errores muy bajas.
• Este tipo de redes se comporta bastante bien en condiciones de tráfico intenso en la red.
• Todos los nodos tienen acceso a la información que circula por el anillo, lo que permite la priorización de las tramas.
La topología en anillo presentan los siguientes inconvenientes:
• El fallo de una de las estaciones puede suponer el bloqueo de las comunicaciones del resto. Hay que buscar la forma de puentear estaciones averiadas o inactivas.
• La incorporación de nuevas estaciones a la red o la ampliación del alcance de la red es complicada si no existe un diseño de conexión adecuado.
Topología en Bus
En las topologías en bus, todas las estaciones se conectan a un mismo tramo de cable (aunque se pueden crear estructuras en árbol mediante el uso de repetidores) y todas escuchan los paquetes que se difunden por el canal de transmisión.
En este caso, las ventajas son:
• El fallo de la interfaz de una estación no afecta, por lo general, al funcionamiento del resto de la red.
• La inserción de nuevas estaciones es sencilla.
• Se consiguen altas velocidades de transmisión con tasas de errores muy bajas.
• El acceso al medio y la transmisión es muy rápida si la carga de trabajo de la red es baja.
Presenta los siguientes inconvenientes:
• El mecanismo de control de acceso al medio (MAC) ha de ser más elaborado si se desea asegurar un límite para el tiempo de acceso al canal de transmisión.
• Al añadir un nuevo nodo al bus puede que se interrumpa el tráfico.
• La rotura del bus puede bloquear el tráfico de todas las estaciones.
• Bajo cargas de trabajo altas las prestaciones de la red caen drásticamente.
REDES SEGÚN MÉTODO DE TRANSMISIÓN
Esta clasificación tiene en cuenta la técnica empleada para transferir la información desde el origen al destino.
Redes de difusión (multipunto): En este caso, un equipo o nodo envía la información a todos los nodos y es el destinatario el encargado de seleccionar y captar esa información. Esta forma de transmisión está condicionada por la topología de la red, ya que se caracteriza por disponer de un único camino o vía de comunicación que debe ser compartido por todos los nodos o equipos. Esto quiere decir que la red debe tener una topología en bus o anillo, o debe estar basada en enlaces por ondas de radio. Este es el tipo de transmisión utilizado en redes de área local.
Redes conmutadas (punto a punto): En este tipo de redes, un equipo origen (emisor) selecciona un equipo con el que quiere conectarse (receptor) y la red es la encargada de habilitar una vía de conexión entre los dos equipos. Normalmente pueden seleccionarse varios caminos candidatos para esa vía de comunicación que puede o no dedicarse exclusivamente a la misma. Existen tres métodos para el establecimiento de la conexión y la transmisión de la información:
Conmutación de circuitos: En este tipo de comunicación, se establece un camino único dedicado. La ruta que sigue la información se mantiene durante todo el proceso de comunicación, aunque existan algunos tramos de esa ruta que se compartan con otras rutas diferentes. La información se envía integra desde el origen al destino, y viceversa, mediante una línea de transmisión bidireccional. Una vez finalizada la comunicación, es necesario liberar la conexión.
En general, se seguirán los siguientes pasos:
Establecimiento de la conexión.
Transferencia de la información.
Liberación de la conexión.
Este método es el empleado en una llamada telefónica normal. Por ejemplo, se supone que se desea comunicar los equipos A y E. Inicialmente, se establece la conexión entre los dos ordenadores. La ruta que seguirá la información para llegar desde el equipo A hasta el E pasará por los nodos 1, 2 y 4. Una vez fijada la ruta se enviarán los datos. Cuando se finalice la transferencia de los datos, se liberará la conexión.
Conmutación de paquetes: En este caso de conmutación, el mensaje que se quiere enviar se divide en fragmentos, denominado paquetes, cada uno de los cuales es enviado a la red y circula por ésta hasta que llega a su destino. Cada paquete se encamina de manera independiente de los demás; es decir, cada fragmento puede seguir una ruta diferente. Cada paquete tendrá que incluir, a parte de la información a transmitir, las direcciones que identifican al origen y al destino. En este caso, la red no puede controlar el camino seguido por los paquetes, ni asegurar el orden de llegada a destino. Por tanto, el receptor debe ser capaz de reordenar los paquetes. Este tipo de comunicación es la utilizada en Internet.
Conmutación de mensajes: La información que envía el emisor se aloja en un único mensaje con la dirección de destino. El emisor debe enviar primero el mensaje a un nodo intermedio que lo almacena en una cola con otros mensajes que haya recibido. Cuando llega su turno y haya un camino libre, reenviará el mensaje a otro nodo y este nuevo nodo lo enviará a su vez a otro y así las veces que sean necesarias hasta llegar a su destino. El mensaje deberá ser almacenado por completo, y de forma temporal en los nodos intermedios, por lo que estos nodos deben tener una gran capacidad de almacenamiento. Este tipo de conmutación es utilizado en los sistemas telegráficos.
MÉTODOS DE ACCESO
Se denomina método de acceso al conjunto de reglas que definen la forma en que un equipo coloca los
datos en la red y toma los datos del cable. Una vez que los datos se están moviendo en la red, los métodos
de acceso ayudan a regular el flujo del tráfico de la red.
Control de Tráfico en los cables:
Una red es de alguna forma como la vía de un tren, por la que circulan varios trenes. Además de la vía,
suele haber estaciones de tren. Cuando un tren está en la vía, el resto de los trenes deben respetar un
procedimiento que gobierna cómo y cuándo entran en el flujo de tráfico. Sin dicho procedimiento, la entrada
de un tren podría colisionar con otro que ya estuviese en la vía.
Sin embargo, hay diferencias importantes entre un sistema de vías de tren y una red de equipos. En una
red, parece que todo el tráfico se mueve simultáneamente, sin interrupción. No obstante, esta apariencia es
una ilusión; en realidad, los equipos toman turnos para acceder a la red durante breves períodos de tiempo.
La mayor diferencia está en la mayor velocidad en la que se mueve el tráfico de la red.
Varios equipos pueden compartir el acceso al cable. Sin embargo, si dos equipos tratasen de colocar datos
en el cable a la vez, los paquetes de datos de un equipo podrían colisionar con los paquetes de datos del
otro equipo, y ambos conjuntos de paquetes de datos podrían dañarse.
Los métodos de acceso previenen que los equipos accedan simultáneamente al cable. Al asegurar que sólo
un equipo coloca los datos en el cable de la red, los métodos de acceso aseguran que el envío y recepción
de datos de la red se realiza de forma ordenada.
Tipos de Métodos de Acceso:
Los tres métodos diseñados para prevenir el uso simultáneo del medio de la red incluyen:
1) Métodos de acceso múltiple por detección de portadora (CSMA):
– Por detección de colisiones (CD).
– Con anulación de colisiones (CA).
2) Métodos de paso de testigo que permiten una única oportunidad para el envío de datos.
3) Métodos de prioridad de demandas.
1) Método de acceso múltiple por detección de portadora:
Tenemos dos principales que son:
· Acceso múltiple por detección de portadora por detección de colisiones (CSMA/CD):
Al utilizar el método conocido como acceso múltiple por detección de portadora por
detección de colisiones (CSMA/CD), cada uno de los equipos de la red, incluyendo a los
clientes y a los servidores, comprueban el cable para detectar el tráfico de la red. Los
equipos sólo pueden transmitir datos si el cable está libre.
Un equipo sólo puede enviar datos cuando «detecta» que el cable está libre y que no hay
tráfico en el cable. Una vez que el equipo haya trasmitido los datos al cable, ningún equipo
puede transmitir datos hasta que éstos hayan llegado a su destino y el cable vuelva a estar
libre. Recuerde que si dos o más equipos tratan de enviar datos en el mismo instante de tiempo, habrá una colisión de datos. Cuando eso ocurre, los dos equipos implicados dejarán
de transmitir datos durante un período de tiempo aleatorio y volverán a transmitir los datos.
Cada equipo determina su propio período de espera, por lo que se reduce la posibilidad de
que los dos equipos vuelvan a transmitir simultáneamente.
· Acceso múltiple por detección de portadora con anulación de colisiones (CSMA/CA):
El acceso múltiple por detección de portadora con anulación de colisiones (CSMA/CA) es el
método de acceso menos popular. En CSMA/CA, cada equipo indica su intención de
transmitir antes de transmitir los datos. De esta forma, los equipos detectan cuándo puede
ocurrir una colisión; esto permite evitar transmitir colisiones. Al informar de la intención de
transmitir datos aumenta el tráfico en el cable y ralentiza el rendimiento de la red.
2) Paso de testigo:
En el método de acceso conocido como paso de testigo, circula por el cable del anillo equipo en equipo
un paquete especial denominado testigo (TOKEN). Cuando un equipo del anillo necesita enviar datos a
través de la red, tiene que esperar a un testigo libre. Cuando se detecta un testigo libre, el equipo se
apodera de él si tiene datos que enviar.
Ahora el equipo puede enviar datos. Los datos se transmiten en tramas junto con información adicional
como cabeceras y finales (trailers).
Mientras un equipo está utilizando el testigo, los otros equipos no pueden transmitir datos. Debido a que
sólo puede haber un equipo utilizando el testigo, no se producen colisiones ni contención y no se pierde
tiempo esperando a que los equipos vuelvan a enviar los testigos debido al tráfico de la red.
3) Prioridad de demanda:
La prioridad de demandas es un método de acceso relativamente nuevo y está diseñado para el
estándar Ethernet 100 Mbps conocido como 100VG-AnyLAN. Ha sido estandarizado por el Instituto de
ingenieros eléctricos y electrónicos (IEEE) como la especificación 802.12.
Este método de acceso está basado en el hecho de que los nodos repetidores y finales son los dos
componentes que forman todas las redes 100VG-AnyLAN. Los repetidores gestionan el acceso a la red
haciendo búsquedas round-robin de peticiones de envío de todos los nodos de red. El repetidor o hub
es el responsable de conocer todas las direcciones, enlaces y nodos finales, y de comprobar que todos
están funcionando. De acuerdo con la definición de 100VG-AnyLAN, un nodo final puede ser un equipo,
un bridge, un router o un switch.
Al igual que en CSMA/CD, dos equipos que utilicen el método de acceso con prioridad de demandas
pueden causar contención si transmiten exactamente en el mismo instante. Sin embargo, con prioridad
de demandas, es posible implementar un esquema en que ciertos tipos de datos tengan prioridad si
existe contención. Si el hub o repetidor recibe dos peticiones al mismo tiempo, primero se servirá la
petición que tenga mayor prioridad. Si las dos peticiones tienen la misma prioridad, ambas peticiones se
servirán alternando entre las dos.
En una red con prioridad de demandas, los equipos pueden recibir y transmitir al mismo tiempo debido
al esquema de cableado definido por este método de acceso. En este método se utilizan cuatro pares de hilos, que permiten dividir por cuatro las transmisiones, transmitiendo cada uno de los hilos del cable
señales a 25 MHz
La prioridad de demandas tiene varias ventajas respecto a CSMA/CD, entre las que se incluyen:
· El uso de cuatro pares de hilos. Al utilizar cuatro pares de hilos, los equipos pueden enviar y
recibir al mismo tiempo.
· Las transmisiones se realizan a través del hub. Las transmisiones no se envían a todos los
equipos de la red. Los equipos no compiten por acceder al cable, pero trabajan bajo el control
centralizado del hub.
MEDIOS DE TRANSMISIÓN ALÁMBRICOS:
Cada tipo de cable tiene sus ventajas e inconvenientes; no existe un tipo ideal. Las principales diferencias
entre los distintos tipos de cables radican en la anchura de banda permitida (y consecuentemente en el
rendimiento máximo de transmisión), su grado de inmunidad frente a interferencias electromagnéticas y la
relación entre la amortiguación de la señal y la distancia recorrida.
En la actualidad existen básicamente tres tipos de cables factibles de ser utilizados para el cableado en el
interior de edificios o entre edificios:
1) Cable coaxial:
Este tipo de cable está compuesto de un hilo conductor central de cobre rodeado por una malla de
hilos de cobre. El espacio entre el hilo y la malla lo ocupa un conducto de plástico que separa los
dos conductores y mantiene las propiedades eléctricas. Todo el cable está cubierto por un
aislamiento de protección para reducir las emisiones eléctricas. Existen dos tipos de cable coaxial:
a) Thick (grueso): Este cable se conoce normalmente como «cable amarillo», fue el cable
coaxial utilizado en la mayoría de las redes. Su capacidad en términos de velocidad y
distancia es grande, pero el costo del cableado es alto y su grosor no permite su utilización
en canalizaciones con demasiados cables. Este cable es empleado en las redes de área
local conformando con la norma 10Base 2.
b) Thin (fino): Este cable se empezó a utilizar para reducir el costo de cableado de la redes. Su
limitación está en la distancia máxima que puede alcanzar un tramo de red sin regeneración
de la señal. Sin embargo el cable es mucho más barato y fino que el thick y, por lo tanto,
solventa algunas de las desventajas del cable grueso. Este cable es empleado en las redes
de área local conformando con la norma 10Base 5.
2) Cable par trenzado:
Es el tipo de cable más común y se originó como solución para conectar teléfonos, terminales y
ordenadores sobre el mismo cableado, ya que está habilitado para comunicación de datos
permitiendo frecuencias más altas transmisión.
Cada cable de este tipo está compuesto por una serie de pares de cables trenzados. Los pares se
trenzan para reducir la interferencia entre pares adyacentes. Normalmente una serie de pares se
agrupan en una única funda de color codificado para reducir el número de cables físicos que se
introducen en un conducto. El número de pares por cable son 4, 25, 50, 100, 200 y 300. Cuando el
número de pares es superior a 4 se habla de cables multipar.
Tipos de cables de par trenzado:
a) No blindado: Es el cable de par trenzado normal y se le referencia por sus siglas en inglés
UTP (Unshield Twiested Pair; Par Trenzado no Blindado). Las mayores ventajas de este
tipo de cable son su bajo costo y su facilidad de manejo. Sus mayores desventajas son su
mayor tasa de error respecto a otros tipos de cable, así como sus limitaciones para trabajar
a distancias elevadas sin regeneración. El estándar EIA-568 en el adendum TSB-36
diferencia tres categorías distintas para este tipo de cables.
o Categoría 3: Admiten frecuencias de hasta 16 MHz
o Categoría 4: Admiten frecuencias de hasta 20 MHz
o Categoría 5: Admiten frecuencias de hasta 100 MHz
o Cable de Categoría de 5e (Cat 5e): actualmente definido en TIA/EIA-568-B. Posee
performance de hasta 100 MHz, y es frecuentemente usado tanto para Ethernet 100
Mbit/s como para Ethernet 1000 Mbit/s (Gigabit).
o Cable de Categoría 6, o Cat 6 (ANSI/TIA/EIA-568-B.2-1): es un estándar de cables para
Gigabit Ethernet y otros protocolos de redes que es backward compatible (compatible
con versiones anteriores) con los estándares de Categoría 5/5e y Categoría 3. La
Categoría 6 posee características y especificaciones para crosstalk (diafonía) y ruido. El
estándar de cable es utilizable para 10BASE-T, 100BASE-TX y 1000BASE-TX (Gigabit
Ethernet). Alcanza frecuencias de hasta 250 MHz en cada par. El cable contiene 4
pares de cable de cobre trenzado, al igual que estándares de cables de cobre
anteriores. Aunque la Categoría 6 está a veces hecha con cable 23 gauge, esto no es
un requerimiento; la especificación ANSI/TIA-568-B.2-1 aclara que el cable puede estar
hecho entre 22 y 24 gauge, mientras que el cable cumpla todos los estándares de
testeo indicados. Como todos los cables definidos por TIA/EIA-568-B, el largo máximo
de un cable Cat-6 horizontal es de 90 metros (295 pies). Un canal completo (cable
horizontal más cada final) está permitido a llegar a los 100 metros en extensión.
o Categoría 6 Aumentada (Cat 6A): La TIA está trabajando para completar una nueva
especificación que definirá estándares de rendimiento mejorados para sistemas con
cables cruzados no apantallados (unshielded). La especificación ANSI/TIA/EIA-568-B.2-
10 indica sistemas de cables llamados Categoría 6 Aumentada o más frecuentemente
«Categoría 6A», que operan a frecuencias de hasta 500 MHz (tanto para cables
apantallados como no apantallados) y proveerán transferencias de hasta 10 GBit/s. La
nueva especificación tiene límites en sistemas de cableado alíen crosstalk. Soporta una
distancia máxima de 100 metros en un canal de 4 conectores.
o El Cable de Categoría 7 (Cat 7): (ISO/IEC 11801:2002 categoría7/clase F), es un
estándar de cable para Ethernet y otras tecnologías de interconexión que puede
hacerse compatible hacia atrás con los tradicionales de Ethernet actuales Cable de
Categoría 5 y Cable de Categoría 6. El Cat 7 posee especificaciones aún más estrictas
para crosstalk (diafonía o interferencia entre las líneas) y ruido en el sistema que Cat 6.
Para lograr esto, blindaje ha sido agregado para pares de cable individuales y para el
cable entero. El estándar Cat 7 fue creado para permitir 10 Gigabit Ethernet sobre 100
metros de cableado de cobre. Cat 7 puede ser terminado tanto con un conector
eléctrico GG-45 (compatible con RJ-45) como con un conector TERA. Cuando se
combina con éstos, el Cat 7 puede transmitir frecuencias de hasta 600MHz.
b) Blindado. Cada par se cubre con una malla metálica, de la misma forma que los cables
coaxiales, y el conjunto de pares se recubre con una lámina blindada. Se referencia
frecuentemente con sus siglas en inglés STP (Shield Twiested Pair, Par Trenzado blindado).
El empleo de una malla blindada reduce la tasa de error, pero incrementa el costo al
requerirse un proceso de fabricación más costoso.
c) Uniforme. Cada uno de los pares es trenzado uniformemente durante su creación. Esto
elimina la mayoría de las interferencias entre cables y además protege al conjunto de los
cables de interferencias exteriores. Se realiza un blindaje global de todos los pares
mediante una lámina externa blindada. Esta técnica permite tener características similares
al cable blindado con unos costos por metro ligeramente inferior.
3) Cable fibra óptica:
Este cable está constituido por uno o más hilos de fibra de vidrio. Cada fibra de vidrio consta de:
· Un núcleo central de fibra con un alto índice de refracción.
· Una cubierta que rodea al núcleo, de material similar, con un índice de refracción ligeramente
menor.
· Una envoltura que aísla las fibras y evita que se produzcan interferencias entre fibras
adyacentes, a la vez que proporciona protección al núcleo. Cada una de ellas está rodeada por
un revestimiento y reforzada para proteger a la fibra. La luz producida por diodos o por láser,
viaja a través del núcleo debido a la reflexión que se produce en la cubierta, y es convertida en
señal eléctrica en el extremo receptor. La fibra óptica es un medio excelente para la transmisión
de información debido a sus excelentes características: gran ancho de banda, baja atenuación
de la señal, integridad, inmunidad a interferencias electromagnéticas, alta seguridad y larga
duración. Su mayor desventaja es su coste de producción superior al resto de los tipos de cable,
debido a necesitarse el empleo de vidrio de alta calidad y la fragilidad de su manejo en
producción. La terminación de los cables de fibra óptica requiere un tratamiento especial que
ocasiona un aumento de los costos de instalación.
Uno de los parámetros más característicos de las fibras es su relación entre los índices de
refracción del núcleo y de la cubierta que depende también del radio del núcleo y que se denomina
frecuencia fundamental o normalizada; también se conoce como apertura numérica y es
adimensional. Según el valor de este parámetro se pueden clasificar los cables de fibra óptica en
dos clases:
· Monomodo (o Unimodal): Cuando el valor de la apertura numérica es inferior a 2.405, un único
modo electromagnético viaja a través de la línea, es decir, una sola vía y por tanto ésta se
denomina Monomodo. Este tipo de fibra necesita el empleo de emisores láser para la inyección
de la luz, lo que proporciona un gran ancho de banda y una baja atenuación con la distancia,
por lo que son utilizadas en redes metropolitanas y redes de área extensa. Resultan más caras
de producir y el equipamiento es más sofisticado.
· Multimodo: Cuando el valor de la apertura numérica es superior a 2.405, se transmiten varios
modos electromagnéticos por la fibra, denominándose por este motivo fibra multimodo. Las
fibras multimodo son las más utilizadas en las redes locales por su bajo costo. Los diámetros
más frecuentes 62’5/125 y 100/140 micras. Las distancias de transmisión de este tipo de fibras
están alrededor de los 2.4 Km. y se utilizan a diferentes velocidades: 10 Mbps, 16 Mbps y 100
Mbps