Redes de comunicaciones

Introducción

El uso de Internet se ha generalizado de tal manera que gran número de personas ocupan la mayor parte de su tiempo navegando a través de redes sociales, accesando motores de búsqueda realizando búsquedas avanzadas, conociendo e informándose; a su alcance están miles de páginas web que facilitan la navegación sin ningún percance.

Para lograr este tipo de navegación y búsquedas avanzadas, es necesario un conjunto de elementos y para entender el funcionamiento de las redes y las distintas tecnologías involucradas, en este ensayo voy a presentar las principales características, su interacción y principales diferencias en conceptos como el modelo OSI – TCP/IP, los componentes de dichas tecnologías y equipos, entender cada una de ellas y el esquema sobre el cual están construidas.

Introducción a redes de comunicaciones

Figura 1 – [1]Redes de Comunicaciones

Las redes de computadores han estado siempre a la vanguardia en la evolución en los paradigmas del progreso. EL primero de esos paradigmas hacía referencia hacia la segunda mitas del siglo pasado con el concepto de MainFrame. Este modelo proporciona el control centralizado de un conjunto de terminales facilitando el control de datos y de recursos. Sin embargo, el costo administrativo y la recuperación de la inversión [2]ROI) eran y continúan siendo muy altos lo cual genera un punto único de falla de alta criticidad y de gran impacto organizacional.

Luego aparecieron los PCs y estaciones de trabajo, equipos con buena capacidad de cómputo e independientes entre sí, que con el tiempo y la evolución de redes PC-LAN ganaron gran popularidad proporcionando funcionalidades como e-mail, ftp, impresión compartida y almacenamiento compartido.

Modelos de referencia

Los modelos de referencia nacen de la necesidad de las empresas de definir un modelo estándar de comunicaciones para las diferentes redes existentes y superar de esta manera los problemas de incompatibilidad presentes en la vinculación de distintos operadores y tecnologías. Los modelos de referencia facilitaron la organización y estructuración de protocolos de acuerdo con la función y características de cada uno de ellos.

Modelo OSI

Figura 2 – Modelo [3]OSI

El modelo Open System Interconnection (OSI), es una herramienta de referencia que permite entender la transmisión de datos entre dos redes adyacentes. El modelo estructura el proceso de comunicación en 7 capas, cada una con su función específica.

Capa Física

Capa 1. Es la capa responsable de transmitir los bits sobre el medio físico; proporciona servicios a la capa de enlace de datos como: recibir los bloques que son generados por la capa 2, cuando emiten un mensaje o proporcionar cadenas de [4]bits, cuando el equipo se encuentra recibiendo información. En esta capa es importante definir las características del medio físico a ser usado, el tipo de interfaces entre los medios, los equipos, y el esquema de señalización.

Capa Enlace de Datos

Capa 2. Se encarga de realizar la transmisión de datos hasta el enlace físico o medios de transmisión. Adicionalmente, debe permitir la corrección de problemas relacionados con el daño, pérdida, duplicado, detección de errores y detección de flojo de [5]frames, con el objetivo primordial de garantizar la integridad y confiabilidad de la data que corre sobre el canal de comunicación.

Capa de Red

Capa 3. Se encarga de la transmisión de datos entre dos puntos de diferentes redes, tomando control de los problemas de localización de equipos e interoperabilidad entre las tecnologías como por ej. Las comunicaciones Ethernet con WiFi, utilizando IP como protocolo estándar para todos las redes. Su función principal es la de enrutamiento de paquetes.

Capa de Transporte

Capa 4. Es la responsable de dividir la data recibida de capas superiores en fragmentos pequeños y facilitar la transmisión a la capa de red asegurando que llegue en el orden que fue entregado. Adicionalmente, se encarga de controlar la comunicación entre dos aplicaciones en máquinas distintas a través de puertos lógicos.

Capa Sesión

Capa 5. Proporciona los servicios de conexión entre dos usuarios. Estos servicios incluyen el control de diálogo, administración de [6]token, y sincronización.

Capa Presentación

Capa 6. Se encarga del análisis de sintaxis y semántica de los datos transmitidos. Codifica y comprime los mensajes para su transmisión electrónica, identificando los leguajes con que operan los equipos (e.g. ASCI, BCD.

Capa aplicación

Capa 7. Se encarga de administrar y controlar el uso de los protocolos que normalmente operan sobre un computador (e.g. HTTP, FTP, etc.).

Modelo TCP/IP

Este protocolo fue desarrollado con el propósito de permitir la comunicación entre equipos que corren sistemas operativos completamente diferentes, resolviendo de esta forma, problemas de interoperabilidad entre redes heterogéneas permitiendo que los hosts puedan comunicarse sin la necesidad de conocer las características de las redes intermedias.

Este modelo a diferencia del OSI, está compuesto por 4 capas:

• 1. Interfaz de Red – Capa de acceso a la red

• 2. IP – Internet Protocol

• 3. TCP/UDP – Capa de Transporte

• 4. Aplicación – Capa de aplicación

Modelo utilizado desde la implementación de la antigua [7]ARPANET.

Figura 3 – [8]Modelo TCP/IP vs. Modelo OSI

Topologías y arquitecturas

Modelos arquitecturales de redes de acuerdo al tamaño

Las redes pueden ser clasificadas de diferentes maneras de acuerdo al contexto sobre el cual se esté estudiando. La siguiente es la clasificación de redes de acuerdo a su tamaño:

Figura 4 -[9]Clasificación de redes según tamaño

PAN

Personal Area Network (PAN), consideradas como redes de computadores pequeñas organizadas alrededor de un único dispositivo. Este tipo de redes es utilizado para compartir información entre dispositivos móviles, portátiles, etc. El rango de cobertura es de aproximadamente 10 metros con tecnologías con Bluetooth e Ingrarojos.

LAN

Local Area Network (LAN), son las redes utilizadas en organizaciones, instituciones, universidades y diferentes tipos de organizaciones para establecer comunicación entre diferentes equipos ubicados en un área geográfica determinada y compartir recursos como , internet, Bases de Datos, espacio de almacenamiento, etc.

La estructura de red LAN está compuesta por uno o más switches interconectados entre sí. Los esquemas de conexión pueden ser en pila, cascada, etc., e interconectan los diferentes dispositivos. En los casos en que se requiere conexión a otras redes, es necesario el uso de un [10]router provisto por el [11]ISP (Internet Service Provider) bajo el modelo de conexión de última milla.

Figura 5 – Tamaños de las Redes

MAN/WAN

Metropolitan Area Networks (MAN) son redes amplias que cubren áreas geográficas del tamaño de una ciudad, como por ejemplo, sede de las oficinas de una misma organización en distintas zonas de la ciudad.

Una MAN puede usarse para interconectar diferentes LAN o para conectar con una Wide Area Network (WAN) como lo es Internet. Las conexiones entre LAN y MAN son efectuadas a través de tecnologías de alta velocidad como son ATM/SDH, ATM/SONET, FrameRelay/xDSL, ATM/E1, etc.alcanzando velocidades desde 10Gb hasta 1.3Tb con tecnologías como DWDM.

Las WAN proporcionan conexiones entre ciudades o países, por lo que pueden interconectar redes MAN entre si. Requieren tecnologías de alta velocidad como las MAN y de equipos como [12]switches capa 2 y [13]routers capa 3 para logra interconectividad.

Topologías de las Redes

Las topologías describen la forma de interconexión tanto de los equipos activos como de los dispositivos que interconectan. A continuación se detallan los diferentes tipos de topologías físicas presentes en las redes.

Topología de Bus

En esta topología la conexión de los equipos es multipunto, es decir, un solo cable actúa como red y es el punto de interconexión entre los dispositivos de la red los cuales quedan dispuestos de manera serial. La conexión de los dispositivos a la red, es realizada mediante el uso de conectores hembra y macho dependiendo de la tecnología que se emplee. La ventaja de este tipo de interconexión es la sencillez, aunque tiene un límite de longitud.

Figura 6 -[14]Topología de Bus

Topología de Anillo

En esta topología cada equipo tiene una conexión punto a punto con máximo dos equipos. La comunicación va en una solo sentido, transmitiendo los datos de un equipo a otro hasta que llegue a su destino.

Esta topología es fácil de implementar y configurar ya que cada equipo tiene solo dos conexiones físicas, sin embargo, el número de nodos (equipos) es restringido debido a la latencia que genera el transporte de datos.

Figura 7 – [15]Topología de Anillo

Topología de Estrella

Esta topología utiliza un equipo activo denominado concentrador o Switch al cual los equipos son conectados con un enlace punto a punto. El concentrador es el que modera la comunicación y sobre él cruza toda la comunicación realizada por los equipos que interconecta. Esta topología no permite el tráfico directo entre dispositivos.

Figura 8 – [16]Topología de Estrella

Topología en Árbol

Es una modificación de la topología de estrella en la cual switches de borde o secundarios confluyen en switches de core o primarios para poder conectar a equipos que se encuentran a distancias mayores. Dispone de repetidores que generan los mensajes recibidos y los retransmite a distancias mayores.

Figura 9 – [17]Topología en Árbol

Topología en Malla

Una red en malla interconecta todos los equipo de red entre si mediante canales dedicados estableciendo un tipo de conexión Punto a Punto o P2P. Esta topología y tipo de conexión generada es benéfico en seguridad, latencia y altas velocidades de transferencia.

Figura 10 – [18]Topología en Malla

Conclusión

Las redes son utilizadas para despachar diferentes tipos de servicios a través de diferentes topologías y arquitecturas, para ello, hace uso de una gran variedad de equipos y tecnologías. Por lo anterior es de vital importancia obtener el conocimiento y entendimiento de características y comportamiento las redes para hacer un uso adecuado de ellas para utilizarlas como herramientas que permitan el diseño y arquitectura de una estructura de comunicaciones adecuada a las necesidades de una corporación.

La humanidad se ha enfrentado a diferentes paradigmas sobre las cuales se ha tenido una reacción positiva y aportando grandes avances en la evolución de las redes. Partiendo del paradigma de MainFrame, esquema centralizado con super-cómpto con la capacidad de realizar operaciones de red aunque a costos altos, pasando por PCs independientes representados en islas independientes de cómputo y almacenamiento y, llegando finalmente a las tecnologías de redes que integran esas islas de cómputo independiente del sistema operativo o hardware sobre el cual corren.

Bibliografía

El Modelo OSI – Consultado Septiembre 12 de 2014 http://www.exa.unicen.edu.ar/catedras/comdat1/material/ElmodeloOSI.pdf

Universidad Tecnológica Nacional (2009). Capítulo I: Modelo OSI. Modelo

TCP/IP Recuperado el 07 de noviembre de 2011 de: http://traficoweb.googlecode.com/files/Capitulo_01_Modelo_OSI_TCP_IP.pdf

STALLING, W, (2001). Comunicaciones y Redes de computadores. Ed Prentice Hall. Sexta Edición.

Autor:

Angel Alberto Echeverry Castano

NOMBRE DEL CURSO: NETWORKING&COMUNICATIONS

FECHA: Octubre 10 de 2014LUGAR: Bogotá D.C., Colombia

ATLANTIC INTERNATIONAL UNIVERSITY

[1] Redes de Comunicaciones – Tomado de http://www.muycomputerpro.com/wp-content/uploads/2013/06/trafico-de-datos.png

[2] ROI – siglas en inglés de Return of Investment

[3] OSI – sigla en inglés de Open System Interconnection

[4] Bit: Mínima unidad de información

[5] Frames: trama de paquetes de datos

[6] Token: elemento que registra datos relevantes a acceso

[7] ARPANET – siglas en inglés de Advanced Research Projects Agency Network creada para el Departamento de Defensa de Estados Unidos

[8] Modelo OSI vs. TCP/IP – Tomado de http://pondalpar115.wordpress.com/el-modelo-osi/. 04/06/2012

[9] Clasificación de redes según tamaño – Tomado de http://www.rfidc.com/docs/introductiontowireless_standards.htm. 04/06/2012

[10] Router: equpio activo que interconecta redes de diferentes tipos.

[11] ISP – siglas de Internet Service Provider: empresa prestadora de servicios de acceso a internet.

[12] Switch – Equipo activo utilizado en redes para interconexión de dispositivos

[13] Router – Equipo activo utilizado para interconexión de redes

[14] Topología de Bus – Linear Bus – Tomado de http://www.angelfire.com/mac2/rodrigo/tmenuchis_archivos/topored.html

[15] Topología de Anillo – Tomado de http://www.bloginformatico.com/topologia-de-red.php

[16] Topología de Estrella – Tomado de http://www.bloginformatico.com/topologia-de-red.php

[17] Topología en Árbol – Tomada de http://www.bloginformatico.com/topologia-de-red.php

[18] Topología en Árbol – Tomada de http://www.bloginformatico.com/topologia-de-red.php