Fibra óptica

Introducción

Las propiedades y modos de propagación de la energía luminosa en una fibra óptica están reguladas por las leyes físicas de la óptica, y en particular por la óptica geométrica.

A lo largo de esta introducción se desarrollan algunas nociones de óptica, así como los principios físicos que están en la base de la propagación de la luz por la fibra óptica.

1.1. Física de la Fibra Óptica

Una fibra óptica aparece a la vista como un tubo fino y flexible de material vidrioso, constituido por dos partes.

La parte interior recibe el nombre de núcleo y la exterior el de recubrimiento; el núcleo y el de recubrimiento tienen índices de refracción ligeramente distintos correspondientes a la superficie límite entre ambas partes. Normalmente, el índice de refracción oscila entre 1,4 y 1,6, mientras que la diferencia N1-N2 está entre 1,1 % y algunas unidades porcentuales.

La luz se propaga por el interior de la fibra por reflexión total entre el límite del núcleo y e recubrimiento. Sin embargo, en la práctica los rayos luminosos únicamente sufren reflexión total cuando se respetan algunas leyes de la óptica geométrica, desde las que se deduce la condición básica para la propagación de la luz dentro de la fibra óptica.

La primera condición se cumple cuando el índice de refracción del núcleo es mayor que el del revestimiento; La segunda condición se da cuando por la fibra óptica sólo se propaga una cierta cantidad de radiación luminosa, en particular, sólo los rayos incidentes que entran dentro de un cierto ángulo de aceptación de la fibra.

De las soluciones de las ecuaciones de Maxwell, resulta que la energía que se propaga en la fibra está distribuida en un número discreto de configuraciones espacio-temporales, cada una de las cuales representa una solución de las ecuaciones de Maxwell. Estas configuraciones reciben el nombre de modos. Cada modo tiene su propia velocidad.

La dispersión modal es precisamente lo que en la práctica limita el ancho de banda de algunos tipos de fibra. Los rayos inyectados con una inclinación máxima realizarán un recorrido más largo, respecto a los rayos inyectados paralelamente.

El ángulo en el que la fibra acepta la radiación luminosa se denomina apertura numérica.

Cuánto mejor sea la fibra, mayor será esta apertura.

Una fibra óptica será más eficiente, cuanto más se aproxima la frecuencia de la radiación propagada al índice de refracción. En la práctica, esta condición se producirá cuando la frecuencia de la radiación luminosa propagada se acerca a uno de los tres intervalos, en los que se tiene una mayor atenuación. Estos intervalos de frecuencia, llamados ventanas, se encuentran entre 800 y 900 nm para la primera ventana, 1050 y 1200 nm para la segunda y 1250 y 1400 para la tercera ventana.

Las fibras ópticas son totalmente inadecuadas en su estado bruto, después del proceso de fabricación, para su tendido por las canalizaciones de la compañía telefónica, por ejemplo; más bien tienen que fabricarse fibras ópticas de forma similar a como se fabrican las líneas de cobre y las guíaondas, que en sus propiedades mecánicas son comparables a los cables metálicos. Para alcanzar este objetivo tendrían que aumentarse por una parte la resistencia a la tracción de las fibras ópticas y por otra parte impulsarse su facilidad de cableado. La resistencia a la tracción de una fibra óptica que se ha estirado recientemente decrece rápidamente debido a microfisuras y a la influencia de la humedad. Se originan diminutos daños microscópicos sobre el revestimiento que penetran lentamente en el interior y disminuyen continuamente la tenacidad; para evitarlo y en conexión con el proceso de estirado se deposita directamente sobre la cubierta de la fibra una capa protectora de una resina orgánica, por ejemplo un hidrocarburo sustituido de flúor como el teflón .

1.2.Limitaciones

Limitaciones Químicas:

Las fibras ópticas presentan limitaciones químicas que adquieren mayor intensidad para determinadas longitudes de onda, a los efectos de la irradiación, determinándose que los láseres de elevada potencia pueden motivar cierto deterioro.

La irradiación conduce a modificar el color del material transparente de las fibras, produciendo su oscurecimiento.El vidrio irradiado está constituido por menor cantidad de sílice y mas óxido de plomo. El cuarzo en estado de extrema pureza se halla menos afectado por la irradiación, pero existe mayor dificultad en convertirlo en fibras.

Aún cuando resulten de costo elevado, las fibras de silice fundida dopadas con germanio presentan muy buena resistencia a la irradiación, pero el tiempo de restauración de una capacidad transmisora del 50% de la capacidad inicial resulta inferior al de ciertas fibras de material sintético.

Limitaciones Térmicas:

Estas limitaciones difieren en alto grado, según se trate de fibras realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales sintéticos. Estos han sido previstos para temperaturas que van desde -40 hasta +80 grados centígrados.

1.3.Ventajas

Las fibras ópticas no conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para incorporarse en cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en condiciones peligrosas de altatensión. Tienen la capacidad de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de protección y no hay problemas debido a los cortos circuitos

Tienen un gran ancho de banda, que puedeser utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con el fin de reducir el costo por canal;

Mayor capacidad debido al ancho de banda mayor disponible en frecuencias ópticas.

Inmunidad a transmisiones cruzadas entre cables, causadas por inducción magnética.

Inmunidad a interferencia estática debida a las fuentes de ruido.

Resistencia a extremos ambientales. Son menos afectadas por líquidos corrosivos, gases y

variaciones de temperatura.

La seguridad en cuanto a instalación y mantenimiento. Las fibras de vidrio y los plásticos no son conductores de electricidad, se pueden usar cerca de líquidos y gases volátiles.

Tipos de fibra óptica

Dependiendo del tipo de aplicación a que se destine la fibra, y siempre en función de su más frecuente uso –las comunicaciones– se pueden considerar dos grupos:

• Fibras de alta calidad para enlaces de telecomunicaciones

• Fibras para enlaces de corta y media distancia

2.1.Fibras de alta calidad

Se dice que una fibra es monomodo cuando cumple ciertas condiciones. Actualmente, lo que significa es que la fibra trabaja con un solo modo, y no tiene ningún modo que dependa de su forma o del material. Las condiciones se establecen en una ecuación de la forma:

2p a/l Ö (2n´ D n)£ 2,41 = monomodo

donde:

a : radio del núcleo.

D : la longitud de onda.

n : índice de refracción del núcleo.

D n: diferencia entre los índices de refracción del núcleo y la cubierta.

La ecuación puede manipularse para encontrar el tamaño permitido del núcleo para un formato y tipo de cubierta si se conocen los índices de refracción del núcleo y la cubierta. Esto, equivale a decir que en monomodo se considera que solamente se ransmite una frecuencia e luz.

Se dice que una fibra óptica es multimodo, si bien el diámetro del nucleo o los índices de refracción del núcleo y de la cubierta son mayores que los límites establecidos por la ecuación expresada anteriormente, para operación en monomodo.

Cuando se trabaja en multimodo habrá muchos rayos de luz diferentes, cada uno de ellos viajando con un ángulo e reflexión distinto pero siempre menores que el ángulo crítico, viajando a lo largo del núcleo. Es posible tener un material de tipo gradual de manera

que haya un cambio gradual en el ídice de refracción desde el centro hacia el exterior. Esto disminuye la dispersión modal a lo largo de las fibras de luz multimodo.

.Elementos de un sistema de comunicaciones por fibra óptica

La tarea de la electrónica del emisor es convertir la información eléctrica a la entrada de datos en las intensidades apropiadas para la modulación de diodos láser o de electroluminiscentes. Un caso usual es convertir una señal digital a la entrada de datos en un breve impulso de intensidad de mayor amplitud. Con un circuito que cumple ésta función pueden realizarse anchuras de impulsos de alrededor de 10 ns.

Para excluir las dificultades que se originan por la modulación con series de impulsos MIC (PCM), ocasionadas por las oscilaciones del láser, se envía una corriente de polarización a través del diodo láser, evitando que se produzca un impulso luminoso a partir de emisión espontánea. Con esta medida se obtienen series de impulsos de hasta algunos Gigabits por segundo.

Otra dificultad que se presenta, es que con el aumento de la temperatura crece la corriente umbral del láser, por este motivo son necesarios dispositivos de regulación electrónica que ajusten la corriente en función de la temperatura a la intensidad umbral correcta. Teniendo en cuenta factores como la regulación de la temperatura se puede seguir mejorando el comportamiento de la emisión. El diodo electroluminiscente necesita una tensión de polarización, con un orden de magnitud de la tensión de difusión, para

excluir la desfavorable influencia de la capacidad de la capa de corte durante el período del impulso lumínico.

La función de la electrónica de recepción es amplificar lo máximo posible la señal proveniente el fotodiodo, sin ruido y con un margen dinámico. El receptor se compone de un preamplificador y un amplificador en banda ancha, cuya función es llevar la señal al nivel adecuado para su ataque al equipo final. Con una ganancia suficiente seobtiene en la salida de datos una tensión proporcional a la corriente del fotodiodo, con una factor proporcional a las realimentaciones del circuito. La sensibilidad de la disposición se determina principalmente por el ruido de amplificación; por lo que es importante disminuir la tensión de ruido del preamplificador. La anchura de banda de la ganancia debe entonces elegirse tan grande como lo exija el sistema.

La selección de la fibra óptica depende de las características del sistema; las consideraciones más importantes son: tipos de fibra (plástico o silicio), dimensiones del núcleo y recubrimiento, modo de propagación (monomodo o multimodo) tipo de índice (gradual o escalonado) y otros:

• Apertura numérica (NA): Esto depende del tipo de fibra seleccionada

• Longitud de onda: valor nominal de operación.

• Ancho de banda: se especifica en Mhz/km.

• Tiempo de subida: De un pulso óptico desde 20% al 80% de su máxima intensidad, esto lo define e fabricante.

• Pérdida en el cable: la atenuación se da en dB por kilómetro.

En este apartado, los elementos a tener en cuenta serán:

• I. Por absorción de luz y que es convertida en calor. ultravioleta, infrarroja y de resonancia de ión.

• II. Por dispersión de Rayleigh o materiales: Luz difractada que escapa por la cubierta al chocar contra una irregularidad del vidrio en el proceso de fabricación.

• III. Cromática o de longitud de onda: La luz emitida por un LED se descompone en sus diferentes longitudes de onda constitutivas viajando a distintas velocidades por la fibra llegando al otro extremo a diferentes tiempos.

• IV. De radiación: Causada por dobleces e irregularidades en la fibra.

• V. Modal: Causada por diferencias de tiempos de propagación de los rayos de luz que toman diferentes trayectorias por una fibra.

• VI.  De acoplamiento: En las conexiones de fuente a fibra, fibra a fibra y/o fibra a fotodetector, es causadas por problemas de alineación.

• Conectores: número de conectores y la pérdida de estos en dB.

• Interruptores ópticos: si se utilizan interruptores ópticos, la cantidad de estos y la máxima atenuación permitida.

• Empalmes: el número de empalmes y la atenuación en dB de cada uno de ellos.

• Distancia de transmisión: la distancia entre el transmisor y el receptor.

Terminología aplicada en la fibra óptica

Las fibras son cubiertas con una funda plástica (coating) que provee protección mecánica al manipuleo. Esta funda puede retirarse por medios mecánicos o físicos con el fin de realizar los empalmes y le da a la fibra un diámetro externo que puede ser de 250, 500 o 900 micrómetros (millonésima parte de un metro).

La mayoría de las fibras usadas en sistemas de CATV tienen un núcleo de 8 micrómetros, un cladding de 125 micrómetros y un coating 250 micrómetros de diámetro.

Longitud de Onda

Esta define el color de la luz que es emitida por la fuente luminosa. Para sistemas de TV por cable, 1310 y 1550

nanómetros son longitudes de onda típicas. Los rangos de longitudes de onda en los cuales la fibra óptica opera mejor

se denominan ventanas.

Atenuación

Se define así a la pérdida de potencia óptica. La atenuación puede ser inherente a la fibra, por absorción (impurezas naturales) o scattering (impurezas que perturban el pasaje de la luz y la dispersan), o puede deberse a fuentes externas tales como micro o macrocurvas. La máxima atenuación garantizada por Comm-Scope para sus fibras es 0.35 db por km. a 1310 nanómetros y 0.25 db por km. a 1550 nanómetros.

Dispersión

Se llama así a la dispersión en fase producida sobre una señal luminosa que viaja a través de una fibra. A causa de este efecto, puede ocurrir una degradación en la señal, causando distorsiones en el receptor, específicamente, distorsión compuesta de segundo orden.

Apertura Numérica

Esta es la medida de la capacidad de la fibra para aceptar ondas luminosas desde varios ángulos y transmitirlas a través del núcleo. Mientras mayor sea la apertura numérica, más luz podrá llevar.

Comparación fibra óptica – cable de cobre

Se realizará una comparación del comportamiento en la transmisión con cables de cobre de banda ancha y con fibras ópticas. La atenuación de los cables de cobre aumenta con la raiz cuadrada de la frecuencia, mientras que en las fibras ópticas existe una dilatada región de atenuación constante. Precisamente a muy altas frecuencias aumenta acusadamente la atenuación de las fibras ópticas por causa del desmoronamiento de los impulsos por fenómenos de dispersión .

El aumento de la atenuación que se presenta en los cables de cobre hace necesario costosas medidas de ecualización; éstas no son necesarias con las fibras ópticas simplificándose la técnica de transmisión sensiblemente, en tanto que con el ancho de banda exigido se permanezca en el margen de atenuación constante y en correspondencia se elija una fibra óptica apropiada. A lo que se añade que, debido a la mínima atenuación

con fibras ópticas, pueden puentearse trayectos de mayores longitudes.

Esto es de gran importancia especialmente en regiones de gran densidad de población puesto que, se hace posible

el enlace directo también entre centrales públicas alejadas, la cantidad de los repetidores necesarios desciende.

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 for Workgroups, Novell Lite son sistemas operativos punto a punto. – Con Servidor Dedicado : Es un sistema operativo con servidor dedicado, como es NetWare de Novell, 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 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 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 en 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 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.

3.3. JERARQUIA DE PROTOCOLO OSI.

Cada nivel de la jerarquia de protocolos OSI de la fig. 1.5 tiene una funcion especifica y define un nivel de comunicaciones entre sistemas. Cuando se define un proceso de red, como la peticion de un archivo por un servidor, se empieza en el punto desde el que el servidor hizo la peticion. Entonces, la peticion va bajando a traves de la jerarquia y es convertida en cada nivel para poder ser enviada por la red.

– Nivel Fisico.

Define las caracteristicas fisicas del sistema de cableado, abarca tambien los metodos de red disponibles, incluyendo Token Ring, Ethernet y ArcNet. Este nivel especifica lo siguiente :- Conexiones electricas y fisicas.- Como se convierte en un flujo de bits la informacion que ha sido paquetizada.- Como consigue el acceso al cable la tarjeta de red.

– Nivel de Enlace de Datos.Define las reglas para enviar y recibir informacion a traves de la conexion fisica entre dos sistemas.

– Nivel de Red.Define protocolos para abrir y mantener un camino entre equipos de la red. Se ocupa del modo en que se mueven los paquetes.

– Nivel de Transporte.Suministra el mayor nivel de control en el proceso que mueve actualmente datos de un equipo a otro.

– Nivel de Sesion.Coordina el intercambio de informacion entre equipos, se llama asi por la sesion de comunicacion que establece y concluye.

– Nivel de Presentacion.En este los protocolos son parte del sistema operativo y de la aplicacion que el usuario acciona en la red.

– Nivel de Aplicacion.En este el sistema operativo de red y sus aplicaciones se hacen disponibles a los usuarios. Los usuarios emiten ordenes para requerir los servicios de la red.

3.4. INTERCONEXION E INTEROPERATIVIDAD.

Interconexion e interoperatividad son palabras que se refieren al arte d conseguir que equipos y aplicaciones de distintos vendedores trabajen conjuntamente en una red.

La interoperatividad esta en juego cuando es necesario repartir archivos entre ordenadores con sistemas operativos diferentes, o para controlar todos esos equipos distintos desde una consola central. Es mas complicado que conectar simplemente varios equipos en una red. Tambien debemos hacer que los protocolos permitan comunicarse al equipo con cualquier otro a traves del cable de la red. El protocolo de comunicacion nativo de NetWare es el SPX/IPX. Este protocolo se ha vuelto extremadamente importante en la interconexion de redes de NetWare y en la estrategia de Novell con sistemas de red. TCP/IP es mas apropiado que el protocolo nativo de NetWare IPX para la interconexion de redes, asi que se usa a menudo cuando se interconectan varias redes.

3.5. PROTOCOLOS PARA REDES E INTERCONEXION DE REDES.

El nivel de protocolo para redes e interconexion de redes incluye los niveles de red y de transporte ; define la conexion de redes similares y en el encaminamiento (routering) entre redes similares o distintas. En este nivel sed a la interconexion entre topologias distintas, pero o la interoperatividad. En este nivel es posible filtrar paquetes sobre una LAN en una interconexion de redes, de manera que no necesiten saltar a otra LAN cuanso no es necesario.

3.6. PROTOCOLOS DE APLICACIONES.

La interoperatividad se define en los niveles superiores de la jerarquia de protocolos. Podriamos tener una aplicacion de base de datos en la que parte servidor trabaje en un servidor de red, y la parte de cliente lo hiciera en equipos DOS, OS/2, Macintosh y UNIX. Otras aplicaciones interoperativa incluyen paquetes de correo electronico. Estas permiten a los usuarios intercambiar archivos de correo en varios sistemas distintos (DOS, Macintosh, UNIX, etc.). El software que se encarga de traducir de un sistema a otro cualquier diferencia que haya en la informacion de los paquetes de correo electronico.

3.7. METODO DE COMUNICACIONES PARA NETWARE.

Esta seccion trata el modo en que las estaciones tradicionales basados en el DOS establecen comunicacion con servidores NetWare por medio de SPX/IPX. Tambien habla de soporte TCP/IP, Appel Talk y otros.

3.8. EL INTERFAZ (SHELL) DE NETWARE.

Para establecer una conexion entre una estacion DOS y el servidor de archivos NetWare, primero se carga el software de peticiones del DOS (DOS Requester). Este software carga automaticamente el nivel de protocolo SPX/IPX y mediante el soporte ODI permite incorporar protocolos o tarjetas de red adicionales. Determina si las ordenes ejecutadas son para el sistema operativo local o para el NerWare. Si las ordenes son para NetWare, las dirige a traves de la red. Si son para el DOS, las ordenes se ejecutan en forma local. Elprotocolo IPX esta basado en el Sistema de red de Xerox (Xerox Network System, XNS).

El XNS, como la jerarquia de protocolo OSI, define niveles de comunicaciones desde el hardware harta el nivel de aplicacion. Novell utilizo el IPX de esta jerarquia (especialmente el protocolo entre redes) para crear el IPX. El IPX es un protocolo de encaminamiento, y los paquetes IPX contienen direcciones de red y de estacion. Esta informacion va en el paquete en forma de datos de cabecera.

3.9. SOPORTE TCP/IP EN NETWARE.

NetWare ofrece soporte para el protocolo estandar TCP/IP (Tansmission Control Protocol/Internet Protocol). Este se instala como modulo cargable NerWare en el servidor. El objetivo del desarrollo del TCP/IP fue crear un conjunto de protocolos que ofrecieran conectividad entre una amplia variedad de sistemas independientes. En 1983, los protocolos TCP/IP se convirtieron en el protocolo oficial usado por la red del Departamento de Defensas Norteamericana.

Esta red interna ha evolucionado para conectar computadoras de dicho pais y europas que estuvieran en investigacion cientifica y proyecto gubernamentales. Las estaciones que ejecutan TCP/IP (ofrecido por los productos LAN WorkPlace) pueden comunicarse directamente con estaciones de trabajo Sun, VAX, Macintosh, minicomputadoras, y grandes computadoras conectadas al cable de red. Un servidor NetWare que ejecuta TCP/IP puede encaminar estos paquetes si es necesario, dependiendo de la ubicacion de los equipos TCP/IP. TCP/IP consta del protocolo de transporte TCP y el protocolo de red IP, el cual guarda la direccion de destino para los paquetes, y se comunica con el nivel TCP. TCP ofrece conexiones garantizadas similares a SPX. TCP/IP e IPX son protocolos dominantes en el mundo de las redes. Ambos presentan ventajas, pero TCP/IP se ha establecido como protocolo para implementar interconexiones entre redes.

Con IPX, hay que mantener tablas de encaminamiento (RIP). Hay que transmitir tablas completas por la red, lo que puede disminuir drasticamente el rendimiento en una red de gran alcance que utilice lineas telefonicas o redes publicas de datos. TCP/IP no tiene estas capacidades de encaminamiento, lo que le ha supuesto una ventaja. En vez de ello, otros fabricantes han desarrollado routers especializados con prestaciones avanzadas para satisfacer las necesidades de encaminamiento de TCP/IP. TCP/IP es simple de implementar en una red NetWare. Se utiliza el programa INSTALL de NetWare para cargar los modulos que haran posible la instalacion del protocolo.

3.10. SOPORTE APPLE TALK EN NETWARE.El protocolo Apple Talk va incorporado en todos los equipos Macintosh. Montar una red con equipos Macintosh es tan simple como conectar los equipos con un cable Apple Talk. El sistema base (Apple Talk Phase I) permite compartir archivos e impresora hasta a 254 equipos, mientras que Apple Talk Phase II soporta hasta 16 millones de nodos Apple Talk es relativamente facil de implementar en otros sistemas, ya que se adapta bien al protocolo OSI y permite la sustitucion de protocolos en diferentes niveles para permitir la integracion con otros sistemas. Apple Talk ofrece por si mismo una velocidad de transferencia de 230 Kb/seg. (Kilobit por segundo). Los cables y conectores Apple Talk son faciles de instalar, pudiendo sustituirse por cables y conectores telefonico.

3.11. SOPORTE DE INTERFAZ DE RED ODI Y NDIS.

El metodo tradicional de comunicaciones de NetWare con IPX es ideal para redes que soportan exclusivamente estaciones DOS y OS/2. IPX es un sistema de entrega de paquetes rapido y eficiente para redes locales. Sin embargo IPX es usado exclusivamente por Novell, lo que dificulta la interoperatividad con otros tipos de redes. TCP/IP puede ofrecer redes con sistemas distintos y de gran alcance (WAN). Aunque TCP/IP esta recibiendo la maxima atencion debido a la interoperatividad, tambien existen otros estandares como Apple Talk , y por supuesto. Los protocolos OSI. Debido a esto Novell desarrollo la Interfaz abierta de enlace de datos (Open Data – Link Interface, ODI), que permite la coexistencia de varias jerarquia de protocolos en un servidor o estacion. Ademas. Recientemente ha incorporado la especificacion de interfaz de controlador de red (Network Drive Interface Specification, NDIS), una interfaz para tarjetas de red desarrollada por Microsoft. NDIS es necesaria para conectar redes distintas, como LAN Manager de Microsoft, 3+Share de 3Com y LAN Server de IBM. NDIS o ODI pueden coexistir en una estacion, de modo que los usuarios podran acceder a redes NetWare. El proposito de ODI y NDIS es escandalizar la interfaz de controladores y tarjetas de red. De este modo, no se necesita controladores separados para cada tipo de protocolo que se desee ejecutar en la tarjeta.

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.