Unidad 3 Interconexión de redes locales PDF

IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 1. Interconexión de redes locales En este tema estudiaremos los dispositivos que se usan para conectar los diferentes dispositivos de una red, como también los dispositivos que unen diferentes redes....

IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 1. Interconexión de redes locales En este tema estudiaremos los dispositivos que se usan para conectar los diferentes dispositivos de una red, como también los dispositivos que unen diferentes redes. Es muy importante en este tema tener claro en que nivel de la capa OSI trabaja cada uno de los dispositivos que detallaremos a continuación. 2. Elementos básicos de Interconexión La conexión física de un equipo con otro o con una red de ordenadores requiere de los siguientes dispositivo: un adaptador, cableado y otros elementos de interconexión. La conexión de un ordenador a la red se debe realizar a través de unos dispositivos específicos llamados adaptadores que convierten la señal digital del ordenador en otra adecuada para ser transmitida por la red. A continuación se detalla alguno de estos dispositivos. 2.1. Puerto Serie El puerto serie RS-232 (también conocido como COM) por excelencia es el que utiliza cableado simple desde 3 hilos hasta 25 y que conecta ordenadores o microcontroladores a todo tipo de periféricos, desde terminales a impresoras y módems pasando por ratones. Es posible conectar 2 ordenadores usando un cable de puerto serie cruzado también llamado MODEM-nulo. El puerto suele ser el DB-9 (imagen de abajo) o el DB-15. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 1/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 2.2. Puerto paralelo Se suele usar para conectar la impresora. El puerto suele ser el DB-25 (imagen de abajo). 2.3. Puerto USB Adecuado para gran variedad de dispositivos, tanto para el uso en redes como otros periféricos. Es posible conectar 2 ordenadores usando un cable USB cruzado. 2.4. Módem El módem es un dispositivo que permite a un ordenador enviar y recibir información a través de una red telefónica conmutada, que transmite señal analógica. El módem puede ser interno o externo. Los internos suelen ser módem winmodem, teniendo problemas con sistemas Linux. Los externos suelen conectarse al PC mediante un puerto USB o el puerto serie. La última norma que apareció de transferencia de módems RTC, es V.92 Esta norma establece un estándar para módems que permite transmisiones de hasta 56 Kbit/s en el canal de bajada y 48 Kbit/s en el canal de subida. Otros módems:  Módem RDSI: Interconecta el ordenador a la red digital RDSI.  Módem ADSL: Se utiliza para conectar con una línea xDSL.  Módem cable: Se utiliza para conectar el equipo a las redes de cable coaxial. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 2/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 2.5. Tarjetas de red También conocidas como NIC (Network Interface Card). Básicamente realiza la función de intermediario entre el ordenador y la red de comunicación. En ella se encuentran grabados los protocolos de comunicación de la red, en los niveles físico, enlace de datos y red. Cada tarjeta de red tiene un número de identificación único de 48 bits, en hexadecimal llamado dirección MAC (no confundir con Apple Macintosh). Estas direcciones hardware únicas son administradas por el Institute of Electronic and Electrical Engineers (IEEE). Los pasos que sigue una tarjeta de red para transmitir la información por el medio son los siguientes: 1. Determinar la velocidad de transmisión, la longitud del bloque de información, el tamaño de la memoria intermedia (buffer), etc. Esta información se obtiene a partir de la configuración establecida en el sistema. 2. Convertir el flujo de bits en paralelo a una secuencia en serie (recuérdese que la transmisión por el bus entre el ordenador y la tarjeta es en paralelo). 3. Codificar la secuencia de bits en serie formando una señal eléctrica adecuada. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 3/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 Elementos de la tarjeta de red:  Procesador principal: realiza las operaciones de comunicación, en base a los protocolos establecidos.  Conexión con el bus: es la vía de comunicación entre la tarjeta de red y el bus de sistema del ordenador.  Zócalo ROM BIOS: se utiliza para insertar una memoria ROM (sólo lectura) que permite al ordenador obtener el sistema operativo de la red y arrancar si no dispone de unidades de disco.  Transceptor: es el dispositivo encargado de dar acceso al medio de transmisión de la red cuando el ordenador desea enviar o recibir datos. Este dispositivo también se encarga de detectar la señal portadora que circula por el medio y las colisiones que se puedan producir.  Conector Wake on LAN: este conector comunica mediante un cable la tarjeta con la placa base del ordenador y permite el arranque de esa estación enviando órdenes desde otra estación diferente.  Indicadores de estado: permiten comprobar el estado actual de la comunicación. Los más communes suelen ser: o LNK (o PWR) que se enciende si hay conexión con la red (en el caso de una tarjeta inalámbrica, lo normal es que el indicador deje de parpadear cuando hay conexión). o ACT (o TX/RX) luce si la tarjeta está enviando o recibiendo datos. o COL (o FUDUP) indica si se ha producido una colisión (varias estaciones transmiten a la vez). o Así mismo, el fabricante puede incluir otro indicador para mostrar la velocidad de transmisión que está utilizando esa tarjeta (10 Mbps, 100 Mbps o 1000 Mbps) con distintos colores. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 4/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 3. Dispositivos de internetwork 3.1. Repetidores y amplificadores Cuando las distancias entre estaciones son muy elevadas y los efectos de la atenuación resultan intolerables, es necesario utilizar dispositivos que restauren la señal a su estado original y permitan que el receptor la recoja en condiciones correctas. Estos dispositivos son los repetidores y los amplificadores.  Los repetidores se utilizan en transmisión digital.  Los amplificadores, en transmisión analógica. Ambos incluyen una entrada que recibe la señal y una salida que devuelve la señal reconstruida. Estos equipos trabajan a nivel físico, amplifica la señal tal cual. Limitaciones: 1. Los tramos de cable que los separan deben tener siempre una longitud máxima, ya que, si la señal les llega demasiado atenuada, no podrán reconstruirla correctamente. 2. Una señal no puede atravesar un número infinito de amplificadores, ya que se trata de dispositivos imperfectos que le dan a la señal pequeñas componentes de ruido. Estas componentes se multiplican conforme la señal los va atravesando, hasta que se deforma completamente. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 5/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 3.2. HUBS o concentradores Una red local en bus utiliza solamente tarjetas de red en las estaciones y cableado para interconectarlas (además de los conectores). Pero este método complica el mantenimiento de la red, porque si falla algún enlace, toda la red deja de funcionar y el técnico deberá comprobar uno por uno todos los cables y todas las conexiones. Los concentradores de cableado, también llamados repetidores multipuerto, impiden este problema, realizando las conexiones de las estaciones. En vez de distribuir las conexiones, el concentrador las centraliza en un único dispositivo, manteniendo indicadores luminosos del estado de cada conexión e impidiendo que una de ellas pueda hacer fallar toda la red. Pero si el concentrador falla, el funcionamiento de la red se verá comprometido. Existen dos tipos de concentradores de cableado:  Concentradores pasivos: actúan como un simple concentrador, cuya función principal consiste en interconectar toda la red.  Concentradores activos: además de su función básica de concentrador, también amplifican y regeneran las señales recibidas antes de ser enviadas. Cada estación se conecta directamente al concentrador por medio del cable correspondiente. La topología física de la red será en este caso de estrella, con el concentrador de cableado como centro de ella. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 6/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 Los concentradores de cableado se clasifican dependiendo de su topología lógica:la manera que internamente realizan las.conexiones y distribuyen los mensajes.  Concentradores con topología lógica en bus (HUB): estos dispositivos hacen que la red se comporte como un bus, enviando las señales que les llegan por todas las salidas conectadas. En este caso, el bus se comporta como un medio de difusión, por lo que la información que envía una estación la reciben todas las demás.  Concentradores con topología lógica en anillo (MAU): se comportan como si la red fuera un anillo, enviando la señal que les llega por un puerto al siguiente. En este caso, el protocolo de comunicación debe controlar qué estación puede transmitir en un momento dado, ya que pueden producirse colisiones.  Concentradores VPN: se utilizan para crear redes privadas virtuales que permitan la comunicación de equipos cliente conectados a Internet. Escalabilidad Los concentradores de cableado tienen dos tipos de conexiones: unas para conectar las estaciones y otras para unirse a otros concentradores y así aumentar el tamaño de la red. La conexión de un HUB con otro HUB se realiza a través de unos enlaces especiales denominados cruzados. Normalmente se conecta ese puerto manteniendo activado un botón denominado crossover, con uno de los puertos normales del otro. En algunos casos, el puerto de cruce del HUB no dispone de ese botón y siempre está activo (es decir, no se puede utilizar para una conexión normal con las estaciones). Ese puerto suele marcarse con el nombre uplink. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 7/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 No se debe conectar dos HUBs utilizando los puertos crossover de los dos concentradores porque el enlace yo no sería cruzado y, por lo tanto, no habría conexión (dos cruces en el mismo enlace forman una conexión normal). En una red con hubs, existe un límite para la cantidad de ancho de banda que los dispositivos pueden compartir. Con cada dispositivo que se agrega al medio compartido, el ancho de banda promedio disponible para cada dispositivo disminuye. Con cada aumento de la cantidad de dispositivos en los medios, el rendimiento se ve degradado. Las conexiones entre HUB se pueden realizar de dos formas:  En cascada. Esta configuración es muy simple, pero tiene el problema de que no permite más de cuatro concentradores si la red trabaja a 10 Mbps y dos si trabaja a 100 Mbps. Si se desean conectar algunos más, será necesario utilizar repetidores intermedios, aunque resulta más recomendable la interconexión en estrella.  En estrella. Cada uno de los HUBs se conecta en el puerto 1 (cruzado) con el concentrador central. Los cables que los conectan son idénticos a los utilizados para las conexiones de las estaciones. Esta configuración permite conectar muchas más estaciones y sólo está limitado por el número de puertos del HUB central. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 8/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 Además de los puertos de cruce, se pueden utilizar latiguillos cruzados para realizar conexiones entre concentradores. En este caso, es posible conectarlos a cualquiera de los puertos del HUB (que no sean cruzados, ya que formarían un enlace normal). La conexión de una MAU con otra se realiza a través de dos puertos especiales etiquetados RI y RO (entrada del anillo y salida del anillo, respectivamente). La entrada de una debe conectarse con la salida de la otra, y la última con la primera, Latencia La latencia de la red es la cantidad de tiempo que le lleva a una señal llegar a todos los destinos del medio. Cada nodo de una red basada en hubs debe esperar una oportunidad de transmisión para evitar colisiones. La latencia puede aumentar notablemente a medida que la distancia entre los nodos se extiende. La latencia también se ve afectada por un retardo de la señal en los medios, como así también por el retardo añadido por el procesamiento de las señales mediante hubs y repetidores. El aumento de la longitud de los medios o de la cantidad de hubs y repetidores conectados a un segmento origina una mayor latencia. A mayor latencia, mayor probabilidad de que los nodos no reciban las señales iniciales, lo que aumenta las colisiones presentes en la red. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 9/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 Falla de red Debido a que la Ethernet clásica comparte los medios, cualquier dispositivo de la red puede potencialmente ocasionar problemas para otros dispositivos. Si cualquier dispositivo conectado al hub genera tráfico perjudicial, puede verse impedida la comunicación de todos los dispositivos del medio. Colisiones No es recomendable que dos estaciones transmitan a la vez, ya que las informaciones se mezclan y distorsionan. A este fenómeno se le denomina collision. Según el CSMA/CD, un nodo no debería enviar un paquete a menos que la red esté libre de tráfico. Si dos nodos envían paquetes al mismo tiempo, se produce una colisión y los paquetes se pierden. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 10/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 3.3. Switches o conmutadores Un conmutador es un dispositivo que permite la interconexión de redes a nivel de enlace de datos. A diferencia de los puentes, los conmutadores solo permiten conectar LAN que utilizan los mismos protocolos (a nivel físico y nivel de enlace) y su principal función consiste en segmentar una red para aumentar su rendimiento. Al contrario que un concentrador de cableado, un conmutador envía mensajes solamente por el puerto de salida donde se encuentra el destinatario. Para ello, el conmutador comprueba el campo donde se especifjca el destino dentro del mensaje y lo redirige al puerto correspondiente. Cuando un conmutador conecta dos o más LAN, sólo pasan por él las tramas que yan destinadas de una red a otra y que obligatoriamente deben pasar por este dispositivo. En una red local existe un medio que comparten todas las estaciones. Al aumentar el número de ordenadores, también aumenta el tráfico en la red y, cuando cada una desea transmitir, debe esperar mucho más tiempo a que le llegue su turno, o las colisiones se producirán con más frecuencia. En esas condiciones, es conveniente segmentar (dividir) la red utilizando un conmutador. Ancho de banda dedicado Cada nodo dispone del ancho de banda de los medios completo en la conexión entre el nodo y el switch. Debido a que un hub replica las señales que recibe y las envía a todos los demás puertos, los hubs de Ethernet clásica forman un bus lógico. Esto significa que todos los nodos deben compartir el mismo ancho de banda para este bus. Con los switches, cada dispositivo tiene una conexión punto a punto dedicada entre el dispositivo y el switch, sin contención de medios. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 11/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 Entorno libre de colisiones Una conexión punto a punto dedicada a un switch también evita contenciones de medios entre dispositivos, lo que permite que un nodo funcione con pocas colisiones o ninguna colisión. Funcionamiento full-duplex La utilización de switches también le permite a una red funcionar como entorno de Ethernet full-duplex. Utilización de switches en lugar de hubs Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 12/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 3.4. Access Point o Puntos de acceso De dos tipos:  Inalámbricos  Fibra óptica Realizan una unión de dos extremos de la red mediante una tecnología inalámbrica o de fibra óptica transparente al usuario. 3.4.1. Puntos de acceso inalámbrico En una red inalámbrica existen dos tipos de dispositivos: Tarjetas de red inalámbricas: son los dispositivos que comunican las estaciones con la red. Normalmente se trata de tarjetas ISA, PCI, PCMCIA o USB con una antena instalada. Puntos de acceso: son dispositivos que realizan la misma función que un concentrador de cableado, es decir, centralizar las conexiones de la red. Sin embargo, estos dispositivos funcionan sobre una red sin cables, aunque todas las conexiones de los equipos que tiene en su radio de alcance van a parar a ellos. Para que una red inalámbrica extienda su radio de acción, es necesario que punto de acceso tenga una cobertura suficiente para llegar a todos los equipos. Á su vez, estos equipos también deben tener la potencia necesaria para poder enviar datos a los puntos de acceso. En caso de que no se alcancen 1os equipos, es posible instalar nuevos puntos de acceso, que deberán conectarse unos con otros para que todos dispongan de conexión. Por ejemplo, los puntos de acceso de las redes locales inalámbricas disponen conectores RJ- 45 para poder interconectarlos a través de una red Ethernet. Para ampliar las zonas de cobertura, también es posible utilizar diferentes tipos de antenas conectadas a los puntos de acceso. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 13/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 En la instalación de los puntos de acceso hay que estudiar la dificultad (especialmente muros) que va a tener la señal para llegar a los distintos lugares donde se van a encontrar los equipos). Otro aspecto a tener en cuenta para realizar una correcta instalación tiene que ver con las interferencias que pueden generar otros aparatos cercanos. Además, pueden existir otros puntos acceso que pertenezcan a la misma red o a otra distinta y en ese caso se debe asegurar que los equipos cercanos transmitan diferentes frecuencias. Si es necesario dar servicio a un área amplia con una red inalámbrica será necesario instalar varios puntos de acceso que la cubran. Se recomienda que exista un solapamiento en la cobertura de cada punto de acceso, de forma que no existan “puntos ciegos” donde los usuarios carecen de ella., Estos puntos solapados deben trabajar en frecuencias distintas, para que no existan interferencias en las comunicaciones. Hay que tener en cuenta que establecer diferentes canales de comunicación puntos de acceso cercanos no evita que se puedan producir interferencias. que debe existir una separación suficiente de canales entre puntos de acceso adyacentes para que no existan interferencias s comunicaciones. Para asegurarse, se pueden utilizar las combinaciones canales 1, 6 y 11, Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 14/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 3.5. Bridges o Puentes El elemento genérico que permite interconectar redes de diferentes topologías y diferentes protocolos a nivel MAC y a nivel de enlace (por ejemplo una red Ethernet con una red Token Ring) se llama puente.  Trabajan a nivel de enlace de datos Este dispositivo realiza las adaptaciones necesarias de una LAN a otra, de forma que se pueda intercambiar información, salvando los obstáculos de incompatibilidad que las separan. Un puente es un elemento de interconexión entre redes que está formado por dos conectores diferentes, cada uno de ellos enganchado a la red correspondiente. Los puentes se comportan en la red como si fueran estaciones corrientes (a nivel de enlace de datos). Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 15/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 Al contrario que un concentrador, un puente se comporta como un filtro en la red, ya que sólo pasan por él las tramas que van desde una estación de una red a otra estación de la otra red. En cierto modo, el puente “retiene” dentro de cada subred a las tramas que no van destinadas al otro lado. Esto es debido a que el puente conoce cuáles son los equipos tán conectados a ambos lados de él. En el caso de que el puente no conozca al destinatario del mensaje, entonces lo enviará a través de todos sus puertos menos por donde le llegó, lo que se conoce como inundación. La estructura interna de un puente está formada por dos partes principales. En cada una de ellas, se encuentran los protocolos de nivel físico y nivel de enlace de las LAN que interconecta. Los puentes pueden construirse de dos formas: por hardware o por software. Un puente hardware es un dispositivo específico para interconectar LAN. Por su parte, un puente software es un ordenador que se comporta como tal. En él se deben instalar dos tarjetas de red (una conectada a cada LAN) además de un programa informático que le confiere el comportamiento de puente. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 16/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 3.6. Routers o enrutadores Los routers son los dispositivos principales utilizados para interconectar redes. Cada puerto de un router se conecta a una red diferente y realiza el enrutamiento de los paquetes entre las redes. Los routers funcionan en un nivel superior al del switch. Este dispositivo funciona a nivel de red y, por lo tanto, su función básica es dirigir los paquetes que recibe hacia su destino. Al recibir un paquete, debe extraer de éste la dirección del destinatario y decidir cuál es la mejor ruta, a partir del algoritmo y tabla de encaminamiento que utilice. Además, como es lógico, un encaminador dispone de sus propias direcciones a nivel de red (direcciones IP) para cada interfaz conectada a una red. Entre las cuestiones que un encaminador tiene en cuenta para enviar la información tenemos: número de saltos o nodos intermedios hasta el destino, velocidad de transmisión máxima y distancia de los enlaces y condiciones del tráfico en los enlaces. El encaminador se utiliza en las siguientes condiciones:  Proporciona seguridad a través de sofisticados filtros de paquetes (cortafuegos o firewalls). El encaminador dispone de rutinas que permiten configurar las conexiones de los usuarios de una LAN con el exterior, indicando si pueden pasar paquetes desde el exterior, las estaciones remotas con las que no está permitido comunicarse, etc.  Integra diferentes tecnologías de enlace de datos, tales como Ethernet, Token Ring, FDDI y ATM.  Permite la existencia de diferentes rutas alternativas contra congestiones y fallos en las comunicaciones, por lo que es posible conectar más encaminadores para crear nuevos caminos. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 17/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 De lso diferentes puertos que se pueden encontrar en un router está el puerto consola. Se trata de una conexión utilizada para configurar el encaminador, que resulta imprescindible cuando éste se utiliza por primera vez, aunque no todos disponen de este tipo de puerto. Esta conexión suele ser serie y tiene la forma de un puerto RS-232 o RJ- 45 en un extremo, mientras que en el otro es RS-232. Los puertos de un encaminador, al igual que ocurre con otros tipos de dispositivos, se nombran especificando, en primer lugar, el tipo de interfaz que se trata (por ejemplo, Ethernet, FastEthernet, GigabitEthernet, Serial,etc.) y a continuación el número de puerto. El número de puerto puede venir expresado mediante un único valor o también por dos valores separados por una barra inclinada. Si aparecen dos valores, entonces el primero especifica el número de ranura de expansión (slot) donde está ubicado. Ejemplos de este tipo de notaciones son FastEthernet1/3, Serial0/0, etc. Las interfaces LAN del router permiten a los routers conectarse a los medios LAN. Para esto generalmente se utiliza un cableado de UTP (Par trenzado no blindado), pero se pueden agregar módulos con fibra óptica. Según la serie o el modelo del router, puede haber diferentes tipos de interfaces para la conexión del cableado WAN y LAN.  Trabajan a nivel de red del modelo OSI  Dividen redes  Cuando veamos un router siempre tenemos que localizar el número de redes que intervienen. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 18/19 IES ESPEÑETAS Tema 3 - Curso 2024/2025 3.7. Pasarelas  Trabajan a nivel de aplicación. No hay que confundir las pasarelas con el término encaminador. Dentro del ámbito de Internet y la arquitectura TCP/IP una pasarela es un dispositivo que se encarga del encaminamiento de la información y la interconexión de redes diferentes. Sin embargo, la definición genérica de pasarela (gateway o puerta de acceso) es el dispositivo que permite interconectar redes que utilizan arquitecturas completamente diferentes. Por lo tanto, se trata de un elemento de gran complejidad que normalmente se diseña utilizando un ordenador personal dedicado con varias tarjetas de red y programas de conversión y comunicación. Existen dos tipos principales de pasarelas: las pasarelas a nivel de transporte y las pasarelas a nivel de aplicación. Cada una de ellas trabaja a un nivel diferente, y su uso dependerá de los tipos de redes que interconecten y de las similitudes que existan a nivel de red o a nivel de transporte. Las pasarelas son capaces de comunicar redes con diferentes arquitecturas: TCP/1P, ATM, OSI, X.25, etc. Dependiendo de esta característica, estos dispositivos deberán resolver diferentes problemas de comunicación, como pueden ser: Tipo de conexión: una red puede utilizar un servicio orientado a la conexión y la otra sin conexión. Direccionamiento: puede ser necesaria la utilización de una tabla de conversión de direcciones de estaciones. Tamaño del mensaje: una red puede tener un tamaño máximo de mensaje diferente a la otra. En ese caso habrá que limitar el tamaño máximo o fragmentar los mensajes. Control de errores: una red puede descartar con facilidad los mensajes ante problemas o mantenerlos en circulación durante demasiado tiempo. Instalación y Mantenimiento de Servicios de Redes Locales - Página 19/19