Capítulo 1: Redes de Datos

Introducción a las redes

• Una red de computadoras se define como el conjunto de elementos que interactúan entre sí con el propósito de compartir recursos e intercambiar información.
• Los elementos de una red pueden ser nodos, terminales, servidores, computadoras, entre otros.
• Las redes ofrecen flexibilidad y rapidez en la comunicación, permitiendo el ahorro económico al compartir recursos.

Tipos de redes

• Redes se clasifican según su alcance geográfico:
  • PAN (Personal Area Network): área personal, ≤ 10 m.
  • LAN (Local Area Network): área local, ≤ 1 km.
  • CAN (Campus Area Network): área de campus, ≤ 10 km.
  • MAN (Metropolitan Area Network): área metropolitana, ≤ 100 km.
  • GAN (Global Area Network): área global, < 100 km.
  • WAN (Wide Area Network): área amplia, ≤ 1000 km.

Medios de transmisión

• Redes cableadas (guiadas):
  • Cable coaxial: rápido, seguro y efectivo, pero con alta interferencia y atenuación.
  • Cable UTP (unshielded twisted pair): bajo costo, fácil de instalar, pero con limitaciones de distancia (máximo 100 m).
  • Fibra óptica: alto costo, pero con alta velocidad y sin interferencia.
• Redes no cableadas (inalámbricas):
  • Ondas de radio: frecuencia baja, omnidireccionales, pero con problemas de interferencia.
  • Microondas: señal va en línea recta, pero requiere estaciones repetidoras.
  • Infrarrojo: comunicación a corta distancia, requiere alineación directa.

Topologías de las redes

• Topología Bus:
  • Conectan los dispositivos en línea recta.
  • Utilizan cables coaxiales.
  • Ventajas: todos los dispositivos se ven entre sí, permiten conectar un gran número de equipos.
  • Desventajas: ruptura del cable hace que todos los nodos pierdan la comunicación.
• Topología Anillo:
  • Conectan los dispositivos en un anillo cerrado.
  • Ventajas: acceso equitativo para todas las computadoras, rendimiento del sistema no se altera.
  • Desventajas: corte de la cadena interrumpe la conexión.
• Topología Estrella:
  • Conectan los dispositivos a un concentrador (hub) o conmutador (switch).
  • Ventajas: administración y monitoreo centralizado, fallas en un cable no afectan a la red.
  • Desventajas: alto costo, conexiones complejas.
• Topología Malla:
  • Conectan cada nodo a todos los nodos.
  • Ventajas: comunicación eficiente, independencia en cada equipo.
  • Desventajas: alto costo, complejidad en la instalación.

Estándares de las redes

• Estándares definidos por el comité 802 del IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers):
  • 802.1: Definición internacional de redes.
  • 802.2: Control de enlaces lógicos.
  • 802.3: Redes CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection).
  • 802.4: Redes token bus.
  • 802.5: Redes token ring.
  • 802.6: MAN (Metropolitan Area Network).
  • 802.7: Grupo asesor técnico de ancho de banda.
  • 802.8: Grupo asesor técnico de fibra óptica.
  • 802.9: Redes integradas de datos y sonido.
  • 802.10: Grupo asesor técnico de seguridad en redes.
  • 802.11: Redes inalámbricas (WIFI).

Protocolos utilizados en las redes

• Protocolos orientados a la conexión:
  • TCP (Transmission Control Protocol).
  • FRAME RELAY.
  • ATM (Asynchronous Transfer Mode).
  • Características: control de la transmisión, confirmación explícita, cuidado de los datos del usuario.
• Protocolos no orientados a la conexión:
  • IP (Internet Protocol).
  • UDP (User Datagram Protocol).
  • ICMP (Internet Control Message Protocol).
  • IPX (Internetwork Packet Exchange).
  • TIPC (Transparent Inter-process Communication).
  • Características: no requieren confirmación, no controlan la transmisión, no aseguran la entrega de los datos.### Características de los protocolos no orientados a conexión
• Las redes no orientadas a conexión pasan directamente del estado libre al modo de transferencia de datos.
• No ofrecen confirmaciones, control de flujo ni recuperación de errores aplicables a la red.
• El costo de una red no orientada a conexión es significativamente menor.

Implementaciones de protocolos

• Los protocolos definen cómo se deben comunicar los equipos, es decir, indican el formato y la secuencia de datos que van a intercambiar.
• No definen cómo se debe programar el software para que sea compatible con el protocolo adecuado dependiendo del sistema operativo y el hardware.

Protocolo HTTP

• Es el protocolo más utilizado en el servicio de Internet.
• Permite la transferencia de archivos entre un navegador cliente y un servidor web localizado mediante una cadena de caracteres denominada dirección URL.
• La solicitud se realiza mediante una línea de solicitud, campos del encabezado de solicitud y el cuerpo de la solicitud.

Protocolo FTP

• Es un protocolo para transferir archivos.
• Define la manera en que los datos deben ser transferidos a través de una red TCP/IP.
• Funciona bajo el modelo cliente-servidor, donde el cliente FTP inicia una conexión a un servidor FTP y abre el puerto 21 en el servidor conocido como el puerto de comandos.
• Existen dos modos de transferencia de datos: modo activo y modo pasivo.

Protocolo ARP

• Tiene un papel clave en los protocolos de la capa de Internet del modelo TCP/IP.
• Permite que se conozca la dirección física de una tarjeta de interfaz de red asociada a una dirección IP.
• Crea una tabla de búsqueda de direcciones lógicas y físicas en una memoria caché.

Protocolo ICMP

• Permite administrar información relacionada con errores de los equipos en la red.
• No corrige los errores, solo los notifica a los protocolos de capas cercanas.

Protocolo IP

• Utiliza direcciones numéricas denominadas direcciones IP compuestas por cuatro bytes o cuatro números enteros decimales entre 0 y 255.
• Las direcciones IP se clasifican en cinco clases: A, B, C, D y E, según el tamaño de la red.

Protocolo TCP

• Es un protocolo orientado a la conexión que proporciona fiabilidad, control de flujo y recuperación de errores.
• Permite que dos computadoras estén en comunicación y tengan un control de estado de la transmisión.
• La conexión que se establece en el protocolo TCP entre las dos aplicaciones a menudo se realiza siguiendo un esquema específico.

Protocolo UDP

• Es un protocolo simple que no proporciona detección de errores.
• Se utiliza para enviar datos en forma de datagramas.

Protocolo SMTP

• Es el protocolo estándar que permite la transferencia de correo de un servidor a otro mediante una conexión de punto a punto.
• Funciona en línea, encapsulado en una trama TCP/IP.

Protocolo POP

• Permite descargar el correo electrónico desde un servidor remoto.
• Existen dos versiones principales de este protocolo, POP2 y POP3.

Protocolo Telnet

• Es un protocolo de Internet estándar que permite conectar terminales y aplicaciones en Internet.

• Proporciona reglas básicas que permiten vincular a un cliente en el sistema con el intérprete de comandos en la parte del servidor.

• Se aplica en una conexión TCP para enviar datos en formato ASCII.### Protocolo Telnet

• El protocolo Telnet crea una abstracción de la terminal que permite a cualquier host de cliente comunicarse con otro host sin conocer sus características.

Modelo OSI

• El Modelo OSI (Open System Interconnection) es una definición de procedimientos estandarizados que permiten la interconexión de información entre usuarios.
• El modelo OSI se divide en 7 capas:
  • 7. Aplicación
  • 6. Presentación
  • 5. Sesión
  • 4. Transporte
  • 3. Red
  • 2. Enlace
  • 1. Física

Capa Física

• La capa física se ocupa de la interfaz física entre los dispositivos.
• Las características más importantes de esta capa son:
  • El aspecto mecánico, relacionado con la especificación del conector que transmite las señales a través de los conductores.
  • El aspecto eléctrico, que especifica cómo se representan los bits.
• Los medios de transmisión se dividen en dos tipos:
  • Medios guiados: cable coaxial, cable de par trenzado no apantallado (UTP), fibra óptica.
  • Medios no guiados: radio, infrarrojos, microondas, láser, satelital.

Capa de Enlace

• La capa de enlace se encarga del direccionamiento físico, de la detección y control de errores.
• El Instituto de Ingenieros Eléctricos Electrónicos (IEEE) subdividió la capa de enlace en dos subcapas:
  • Control de Enlace Lógico (LLC): se encarga de definir cómo se van a transferir los datos sobre el medio físico, manejar el control de errores de transmisión, regular el control de flujo de las tramas y encargada del direccionamiento de la subcapa MAC.
  • Control de Acceso al Medio (MAC): se encarga de controlar el acceso al medio físico que los dispositivos comparten al mismo canal de comunicación, agregar nodo fuente y nodo destino a cada una de las tramas que se transmiten, detección y corrección de errores de transmisión y descartar tramas duplicadas o tramas que tienen fallas.

Capa de Red

• La capa de red se encarga de hacer que los datos lleguen desde el origen hasta el destino, mediante un encaminador comúnmente llamado router.
• Esta capa también cuenta con el control de congestión, que evita cuellos de botella en la subred.

Capa de Transporte

• La capa de transporte se encarga de aceptar todos los datos de la capa de sesión y dividirlos en unidades muy pequeñas para que pasen a la capa de red.
• También debe asegurar que estas unidades lleguen al otro extremo de la comunicación.

Capa de Sesión

• La capa de sesión se encarga de establecer las conexiones entre usuarios finales, a través de una sesión se puede permitir al usuario acceder al sistema.
• Esta capa proporciona los siguientes servicios:
  • Control de diálogo.
  • Agrupamiento.
  • Recuperación.

Capa de Presentación

• La capa de presentación se encarga de la presentación, es decir, de los aspectos de sintaxis y semántica de la información que se transmite.
• Esta capa cuenta con las funciones de:
  • Formateo de datos.
  • Cifrado: para proteger la información que se transmite.
  • Compresión: para reducir el tamaño de los datos que se transmiten.

Capa de Aplicación

• La capa de aplicación se encarga de sincronizar las aplicaciones y controlar la integridad de los datos.
• Esta capa proporciona los servicios de:
  • Correo electrónico.
  • HTTP.
  • FTP.
  • SSH.
  • TELNET.
• La capa de aplicación cuenta con funciones de implementación de aplicaciones distribuidas.