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Planificación y administración de redes Tema 2. Arquitectura de redes 1º ASIR Fº Javier Sanz Sánchez Introducción La arquitectura de una red viene definida por tres características fundamentales, que dependen de la tecnología que se utilice en su construcció...

Planificación y administración de redes Tema 2. Arquitectura de redes 1º ASIR Fº Javier Sanz Sánchez Introducción La arquitectura de una red viene definida por tres características fundamentales, que dependen de la tecnología que se utilice en su construcción: Topología: La topología de una red es la organización de su cableado ya que define la configuración básica de la interconexión de estaciones y en algunos casos, el camino de una transmisión que se utilice en su construcción Métodos de acceso a la red: todas las redes que poseen un medio compartido para transmitir al información, necesitan ponerse de acuerdo a la hora de enviar la información, ya que no pueden hacerlo a la vez. En este caso, si dos estaciones transmiten a la vez en la misma frecuencia, la señal recogido en los receptores será una mezcla de las dos (colisión). Para las redes que no posean un medio compartido, el método de acceso al cable es trivial y no es necesario llevar a cabo ningún control para transmitir. Protocolo de comunicaciones: Son las reglas y procedimientos utilizados en una red para realizar la comunicación. Esas reglas tienen en cuenta el método utilizado para corregir errores, establecer una comunicación etc. Introducción Existen diferentes niveles de protocolos. Los protocolos de alto nivel, que definen como se comunican las aplicaciones y los protocolos de bajo nivel, que definen como se transmiten las señales por el cable. Entre los protocolos de alto nivel, y los de bajo nivel, existen unos protocolos de nivel medio que realizan otras operaciones, como establecer y mantener sesiones de comunicaciones y controlar las transmisiones para detectar errores. Observe que los protocolos de bajo nivel son específicos del tipo de cableado utilizado para la red. Problemas en el diseño de la arquitectura de la red Los problemas más importantes a los que se enfrentan los diseñadores de redes son: Encaminamiento: Cuando existen diferentes rutas posibles entre el origen y el destino, se debe elegir una de ellas. Direccionamiento: Puesto que una red normalmente tiene muchos ordenadores conectados, algunos de los cuales tienen múltiples procesos, se requiere un mecanismo para que un proceso en un máquina especifique con quien quiere comunicarse. Como consecuencia de tener varios destinos, se necesita alguna forma de direccionamiento que permita determinar un destino específico. Suele ser normal que un equipo tenga asignadas varias direcciones diferentes, relacionadas con niveles diferentes de la arquitectura. En este caso también habrá que establecer alguna correspondencia entre esas direcciones. Problemas en el diseño de la arquitectura de la red Acceso al medio: en las redes donde existe un medio de comunicación de difusión, debe existir algún mecanismo que controle el orden de transmisión de los interlocutores. De no ser así todas las transmisiones se interfieren y no es posible llevar a cabo una comunicación en óptimas condiciones. El control de acceso al medio en una red es muy similar a una comunicación mediante walkie-talkie, donde los dos interlocutores deben evitar hablar a la vez o se producirá una colisión. Esta situación es indeseable en las redes que usan un medio compartido, ya que los mensajes se mezclan y resulta imposible interpretarlos. Saturación del receptor: Esta cuestión suele plantearse en todos los niveles de la arquitectura y consiste en que un emisor rápido puede saturar a un receptor lento. En determinadas condiciones, el proceso en el otro extremo necesita un tiempo para procesar la información que le llega. Si ese tiempo es demasiado grande en comparación con la velocidad en que le llega la información, será posible que se pierdan datos. Una posible solución a este problema consiste en que el receptor envíe un mensaje al emisor indicándole que está preparado para recibir más datos. Problemas en el diseño de la arquitectura de la red Mantenimiento del orden: Algunas redes de transmisión de datos desordenan los mensajes que envían, de forma que si los mensajes se envía en un a secuencia determinada, no se asegura que lleguen en esa misma secuencia. Para solucionar esto, el protocolo debe incorporar un mecanismo que permita volver a ordenar los mensajes en el destino. Este mecanismo puede ser una simple numeración de los fragmentos. Control de errores: Todas las redes de comunicación de datos trasmiten la información con una pequeña tasa de error, que en ningún caso es nula. Esto se debe a que los medios de transmisión son imperfectos. Tanto el emisor como el receptor deben ponerse de acuerdo a la hora de establecer qué mecanismos se van a utilizar para detectar y corregir errores, y si se a va a notificar al emisor que los mensajes llegan correctamente. Problemas en el diseño de la arquitectura de la red Multiplexación: En determinadas condiciones, la red puede tener tramos en los que existe un único medio de transmisión que, por cuestiones económicas, debe ser compartido por diferentes comunicaciones que no tienen relación entre sí. Así, el protocolo deberá asegurar que todas las comunicaciones que comparten el mismo medio no se interfieran entre sí. Características de las arquitecturas por niveles. Diseñar un sistema de comunicación requiere de la resolución de muchos y complejos problemas. Por este motivo, las redes se organizan en capas o niveles para reducir la complejidad del diseño. Cada uno de estos niveles esta construidos sobre su predecesor, y cada nivel es responsable de ofrecer servicios a niveles superiores. Dentro de cada arquitectura coexisten diferentes servicios. Así los servicios superiores de los niveles superiores pueden elegir cualquiera de los servicios ofrecidos por las capas inferiores. Dependiendo de la función que se quiera realizar. Por tanto, en una jerarquía de protocolos se siguen las siguientes reglas. Cada nivel dispone de un conjunto de servicios Los servicios están definidos por protocolos estándares. Cada nivel se comunica solamente con el nivel inmediatamente superior e inferior, y se proporcionan servicios. Características de las arquitecturas por niveles. Cuando se comunican dos ordenadores que utilizan la misma arquitectura de red, los protocolos que se encuentran al mismo nivel de la jerarquía deben coordinar el proceso de comunicación. Por ejemplo, el nivel 2 de un equipo coordina sus actividades con el nivel 2 del otro extremo. Esto quiere decir que ambos deben ponerse de acuerdo y utilizar las mismas reglas de transmisión. En general en nivel n de una máquina, se comunica indirectamente con el mismo nivel n de la otra máquina. Características de las arquitecturas por niveles. Características de las arquitecturas por niveles. Arquitecturas de red En la actualidad, los modelos más empleados son: Modelo de referencia OSI Modelo TCP/IP Modelo ATM Modelo de red de Microsoft Etc. En este apartado se realizarán trabajos, haciendo una comparación entre los modelos TCP/IP y OSI, indicando entre otros: ¿Cuáles son las capas que tiene? ¿Cómo funciona cada una? Indica y explica con tus palabras al menos 2 protocolos de cada capa. Redes de transmisión de datos Las redes de transmisión de datos ofrecen muy variados servicios a los usuarios. Esta variedad ha implicado que existan diferentes tipos de redes funcionando, cada una enfocada a ofrecer un conjunto de servicios más o menos limitado o especializado. Redes de transmisión de datos Red de telefonía conmutada (RTC) Está destinada a la transmisión de voz a través de la corriente eléctrica que circula por un hilo conductor paralelo. Inicialmente se trataba de una red conmutada por operadora, que se encargaba de establecer la conexión entre los diferentes abonados. Más adelante, se dotó a cada abonado con un número personal que permitiera la distinción del resto. El principal servicio de RTC es la transmisión de voz en tiempo real, además de la tarificación por pasos, aunque hoy en día se ofrece una cantidad de servicios al abonado bastante importante (llamada en espera, múltiples números de abonado, conferencia a tres, marcación abreviada, desvío de llamadas etc.) Redes de transmisión de datos Télex Es un servicio público ya en desuso para la comunicación de información textual en forma de mensajes. Es responsabilidad de la Dirección General de Correos y Telégrafos y consta, en esencia, de una red de transmisión independiente mediante la cual se facilita la intercomunicación de abonados a través de líneas especiales télex y de centrales telegráficas de conmutación. Redes de transmisión de datos Iberpac Es una red de transmisión de datos extendida por toda la geografía española. Actualmente se está restringiendo su uso a ciertas comunicaciones, como sucursales bancarias y los cajeros automáticos. Aunque se trata de una red de transmisión de datos bastante lenta para las necesidades de comunicación actuales, su fiabilidad y seguridad hace que todavía no se haya desechado completamente. Iberpac está basada en el conjunto de protocolos X.25, que son protocolos que resultan bastante fiables ya que todos incorporan control de errores. Sin embargo como son lentos se están sustituyendo por Frame relay Redes de transmisión de datos Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) El estándar RDSI (Red digital de servicios integrados) o IDSN surgió en 1984 como solución a las necesidades de comunicación moderna. RDSI ofrece todo tipo de servicios: voz, datos, imagen y sonido en tiempo real etc. La red RDSI dispone de su propio cableado, se utiliza como red de área extensa y no puede funcionar sobre las redes telefónicas estándar (RTC) Además, esta red dispone de servicios a velocidades y capacidades diferentes dependiendo del contrato que realice el usuario La arquitectura RDSI define todos los protocolos de la red a nivel físico, enlace de datos y red y, si un usuario cambia su instalación RTC a RDSI necesitará de unos adaptadores especiales para que su teléfono, fax, etc. funcionen. Así mismo, también se ofrecen terminales especiales para su uso en RDSI. Internet Internet es una gran red mundial de ordenadores formada por multitud de pequeñas redes de ordenadores individuales conectados unos con otros de forma que sea posible el intercambio de información entre ellos. El éxito de Internet se basa en que se puede considerar como una única entidad, es decir que es posible tomar información de otros sistemas como si estuviesen al lado. Las redes de internet se pueden dividir en 3 clases. Internet Redes de tránsito o transporte internacional: Garantizan la interconexión de las diferentes redes de proveedores de la conexión Redes regionales y de proveedores de conexión: Garantizan la conectividad entre el usuario final y las redes de tránsito Redes de usuario final; Van desde una simple conexión de un ordenador hasta redes corporativas privadas de una empresa (LAN) Línea Digital de Suscriptor Las tecnologías DSL están basadas en la idea de utilizar la red de telefonía básica RTC para transmitir la información a alta velocidad. Una variante de estas redes es ADSL (Asimetryc digital suscriber line) y se llama asimétrica porque, por cuestiones técnicas, la velocidad de transmisión en un sentido es menor que en el otro. Como contrapartida, también existen líneas SDSL, donde la comunicación se realiza a la misma velocidad en ambos sentidos. Puesto que hoy en día la mayoría de la población dispone en sus casos de una toma telefónica de dos hilos, se plantea utilizar toda esa red sin necesidad de instalar otra nueva. El problema que se plantea consiste en utilizar una red telefónica de baja calidad para transmitir datos a alta velocidad. La solución de ADSL, consiste en utilizar circuitos integrados ASP (procesador de señales avanzado) para eliminar electrónicamente todas las interferencias producidas en la comunicación. Línea Digital de Suscriptor ADSL debe verse como una solución de compromiso, que se instala en los hogares de forma rápida, más que una solución a largo plazo. Hoy en día ya se ha implantado por muchas compañías de comunicaciones, y la mayoría de los usuarios la utilizan como acceso rápido a internet. Las redes ADSL pueden utilizar diferentes protocolos de transmisión de datos, como TCP/IP o ATM. La arquitectura ATM define un conjunto de protocolos de comunicaciones que permite la implementación de servicios que requieran una gran velocidad de transmisión. ATM permite la difusión de películas, videoconferencias de alta calidad, además de todos los tipos e transferencia de información que se usa hoy en día. Redes de cable Se llaman genéricamente redes de cable a todas aquellas redes de comunicaciones diseñadas inicialmente para la distribución de señales de televisión por cable. Estas redes, que comenzaron a instalarse en Estados Unidos y en otros países en la década de los 60, soportan una gran capacidad de transmisión. Las redes de cable utilizan cable coaxial hasta los hogares y fibra óptica en las conexiones de gran capacidad. Hoy en día, estas redes también ofrecen otros servicios como la transmisión de voz, y datos y se cree que evolucionarán hacia la utilización de fibra óptica exclusivamente. Todo esto será posible si disminuyen los costes de instalación y los dispositivos de comunicación de los cables de fibra óptica. Hasta la fecha, esto no ha ocurrido, ya que el cableado coaxial es más que suficiente para soportar la comunicación individual de cada usuario, además de otras redes de transmisión como el teléfono o la televisión. Redes locales Hoy en día existen multitud de estándares y protocolos de redes locales, algunos de los cuales han quedado en desuso. Las redes locales utilizan diferentes protocolos de nivel físico y nivel de enlace de datos. Entre las redes locales más importantes destacamos: Ethernet Token Ring FDDI 100VG-AnyLAN Ethernet El primer estándar Ethernet fue creado en 1976 y permitía una velocidad de transmisión de 10Mbps. Más adelante se adaptó para ser compatible con IEEE 802.3. Dentro de este estándar se han definido varios tipos de redes locales en lo que refiere al tipo de cableado utilizado, velocidad de transmisión, formato de los bloques de información enviados, reparto del medio, etc. Estos aspectos están definidos a nivel físico y a nivel de enlace, por lo que IEEE 802 sólo cubre los protocolos de estas dos capas. Ethernet IEEE 802 está dividido en varias especificaciones diferentes. 802.1: define la interfaz con los niveles superiores 802.2: Se encuentra normalizada la parte superior de nivel de enlace (LLC) 802.3 – 802.12: tienen que ver con la parte inferior del nivel de enlace y la capa física. Cada una de ellas establece un tipo de LAN diferente, que resultan incompatibles entre sí. Ethernet Distintas configuraciones de Ethernet Token Ring Es otro popular método para conectar redes locales, aunque su uso se está reduciendo en estos últimos años en favor del estándar Ethernet. Su principal característica es que, aunque utiliza una topología en forma de estrella, ésta funciona como una estructura lógica de anillo. Esto se consigue gracias a la utilización de un concentrado de cableado llamado MAU (unidad de acceso multiestación) como nodo central de la estrella. Las redes Token Ring puede utilizar cualquiera de los tipos de cableado**, con conectores RJ-11 o RJ-45. La velocidad máxima de transmisión oscila entre los 4 y los 16 Mbps. Token Ring 100VG-AnyLAN Este estándar está basado en la especificaciones a nivel físico y a nivel de enlace de datos inicialmente definidas por AT&T y Hewlett-Packard, aunque posteriormente se establecieron en la norma IEEE 802.12 Utiliza una topología en estrella con concentradores de cableado, al igual que las redes Ethernet 10Base-T y 100Base-T y la velocidad de transmisión es de 100Mbps. Sin embargo, las características que diferencian este tipo de red local con Ethernet son: Utiliza concentradores de cableado específicos Se puede montar tres niveles en cascada de concentradores La longitud de los cables son mayores: 100 metros para cables de categoría 3 y 150 metros para cables de categoría 5 Cada puerto del concentrador puede configurarse para recibir solamente datos que van hacia la estación que está conectada a éste o para recibir todos los datos enviados por todas las estaciones Gestiona el acceso al medio mediante un protocolo más eficiente llamado prioridad de petición, donde el concentrador es el encargado de establecer que estación debe transmitir. FDDI Interfaz de datos distribuidos por fibra: Fue diseñada con el propósito de obtener una red de alta velocidad, alta capacidad y gran fiabilidad. Así, es capaz de transferir información entre 50 y 100 Mbps y permite la conexión de hasta 1000 estaciones. FDDI utiliza fibras multimodo para los enlaces, además de concentradores de cableado, lo que confiere una topología física en estrella. La fiabilidad de la tecnología de fibra le da a esta red una tasa de fallos inferior a un digito binario por cada 10000 millones. Otra característica que hace a FDDI muy fiable es su topología en forma de doble anillo, donde la información gira en direcciones opuestas. Si alguna de las estaciones falla o se rompe el cable en algún punto, será posible unirlos formando un solo anillo de doble longitud y la red continuará funcionando. Cada estación dispone de un mecanismo para unir los dos anillos o saltar esa estación si no funciona FDDI A los anillos de la red se les llama anillo primario y anillo secundario. También existen dos clases de estaciones. Las de clase A (estaciones de doble enlace) conectadas al anillo primario y al secundario, y las estaciones de clase B (estación de enlace simple), solamente conectadas al anillo primario. Si se produce algún fallo, serán las estaciones de clase A las que reconfiguren el anillo, y alguna de las estaciones de clase B puede quedar aislada. Esta desventaja se compensa con el hecho de que las estaciones B solamente tienen una conexión a la red, y por lo tanto, los costes se reducen. Será responsabilidad del administrador de la red establecer qué estaciones son más importantes y deben conectarse a los dos anillos. FDDI Redes locales inalámbricas Siguen el estándar IEEE 802.11 transmiten datos a través de microondas a una velocidad que depende de la versión utilizada. Algunos adaptadores que siguen el estándar 802.11ac 433Mbps por flujo de datos, alcanzando los 1,3Gbps teóricos. Puesto que la capacidad de transmisión de una red inalámbrica se ve directamente afectada por la potencia de la señal, ésta puede adaptar su velocidad de transmisión a “la cobertura” disponible, por lo que la velocidad de transmisión disponible en cada momento se puede reducir considerablemente con respecto a los valores ideales. Este tipo de redes se clasifican como LAN, ya que habitualmente se instala dentro del ámbito de un edificio. Su topología está distribuida en emisores y receptores de ondas de radio que están conectados entre sí y dispersados por toda la organización. Redes locales inalámbricas De esta forma, cualquier equipo que disponga también de un emisor y un receptor estará permanentemente conectado en cualquier lugar sin necesidad de cables. Las redes locales puede utilizar diferentes protocolos de comunicaciones dependiendo de las necesidades y e los equipos conectados a ellas. Por ejemplo si la red local utiliza equipos con SSOO Windows, entonces se usa la arquitectura de red de Microsoft para comunicarlos. Si existen equipos Linux, entonces utilizarán los protocolos de TCP/IP Comunicaciones mediante cable eléctrico Los sistemas PLC están basados en tecnologías que permiten transmitir señales de datos a través de las líneas de energía eléctrica de baja tensión. Permiten comunicaciones en el ámbito del hogar o para la creación de redes caseras de pequeñas dimensiones. Estos sistemas están basados en la tecnología INSTEON, diseñada para la gestión de dispositivos del hogar y domótica. Cada equipo conectado a la red, debe conectarse con un modem PLC enganchado a la red eléctrica. Este módem es el encargado de modular y adaptar las señales para que circulen por los cables eléctricos de la instalación. El número máximo de PLC máximo es 256 Comunicaciones mediante cable eléctrico Comunicaciones mediante cable eléctrico BPL (broadband over power line) permite transmitir señales digitales a través de líneas de energía de alta tensión a largas distancias. Gracias a esta tecnología, muchas zonas remotas y aislada pueden tener acceso a redes de área extensa como internet. Ofrecen la ventaja de permitir su instalación a un bajo coste, utilizando las líneas de alta tensión que ya existen. Sin embargo es compleja su instalación ya que los centros de transformación de alta a baja tensión actúan como filtros que eliminan la señal, por lo que es necesario instalar dispositivos adecuados en ellos. Actualmente, la enorme difusión de otras tecnologías como DSL, hace dudar de la necesidad de BLP