Categoría: TI/Informática
Este
curso presenta los principios básicos y la escritura de las comunicaciones en
red para que puedas crear tus propias redes y solucionar todos los problemas
que te surjan con el conocimiento que te proporcionará.
Autor: Felipe Hormazabal Alcaino
Nivel: Fácil
1. Contenido de Módulo
Este módulo presenta los
principios básicos y la estructura de las comunicaciones en red.
Contenido del
módulo:
El módulo esta compuesto
por los siguientes tópicos o temas:
- Señales y Protocolos
- Interacción de Protocolos - Redes Locales y Redes de área
amplia - Banda Base y Banda Ancha - Comunicaciones Half-Duplex y
Full-Duplex - Segmentos y Backbon - Introducción al Modelo OSI - La Capa Red
- La Capa Transporte - La Capa Sesión - La Capa Presentación - La Capa Aplicación
Señales:
Los equipos se comunican
sobre una red de muchas formas y por muchas razones, pero mucho de lo que
ocurre en la conexión no esta relaciona con la naturaleza de los datos que
pasan por la red. En el momento en que los datos generados por el equipo
transmisor alcanzan el cable o el medio, se han reducido a señales que son
nativas para ese medio de transmisión. Estas pueden ser señales eléctricas para
un cable de cobre, pulsos de luz por fibra óptica u ondas infrarrojas. Estas
señales forman un código que la interfaz de red en cada equipo que recibe los
datos convierte en datos binarios comprensibles para el Software. Luego, el
equipo traduce el código binario en información que puede ser usada de muchas
formas.
Protocolos:
Un protocolo de red puede
ser relativamente simple o muy complejo. En algunos casos, un protocolo es un
código simple, como ser un patrón de voltajes eléctricos, que define el valor
binario de un bit de datos: 0 y 1. El concepto es similar al del código Morse,
en el cual un patrón de puntos y rayas representa una letra del alfabeto. Los
Protocolos más complicados de red pueden proporcionar una diversidad de
servicios, incluyendo los siguientes:
- Recepción de
Paquetes: La
transmisión de un mensaje emitido por el destinatario para confirmar la
recepción de un paquete o paquetes. Un paquete es la unidad Fundamental de
datos transmitidos a través de una LAN.
- Segmentación: La división de una transmisión de
datos extensa en segmentos lo suficientemente pequeños para su transporte en
forma de paquetes.
- Control de
Flujo: La
generación de mensajes en el sistema receptor, que instruyen al sistema emisor
que aumente o disminuya la velocidad de la transmisión.
- Detección de
Errores: La
inclusión de códigos especiales en un paquete que utiliza el sistema receptor
para verificar que el contenido de los paquetes no se dañó durante la
transmisión.
- Corrección de
Errores: La
generación de mensajes en el sistema receptor, que informan al emisor de
paquetes específicos que se dañaron y deben ser retransmitidos.
- Comprensión de
Datos:
Mecanismo para la reducción de la cantidad de datos transmitidos en la red
eliminando información redundante.
- Cifrado de
Datos:
Mecanismo para la protección de datos transmitidos en la red cifrándoos con una
llave o clave conocida por el receptor.
Los Protocolos que operan
en varias capas OSI se conocen a menudo como una pila de Protocolos. Loa
protocolos que operan en un equipo en red trabajan para proporcionar los
servicios necesarios para una Aplicación en particular. En términos
generales, los servicios proporcionados por los protocolos no son redundantes.
Por ejemplo, un protocolo en una capa proporciona un servicio en particular,
los protocolos en otras capas no proporcionan exactamente el mismo servicio.
Los protocolos en capas adyacentes en la pila proporcionan servicios para cada
una de las capas, dependiendo de la dirección en que se transmiten los datos.
Como se muestra en la
figura anterior, los datos en el sistema transmisor se originan en una
aplicación en la parte superior de la pila de protocolos y fluyen hacia abajo a
través de las capas. Cada protocolo proporciona un servicio a un protocolo
operando en la capa inferior. Al final de la pila de protocolos está el medio
de red, que lleva los datos hacia otro equipo en la red.
Una LAN es un grupo de
equipos localizados en un área relativamente pequeña conectados por un medio de
transmisión común. Cada uno de los equipos y dispositivos de comunicación en una
LAN se denomina nodo. Una LAN se caracteriza por tres atributos primarios: su
topología, su medio de transmisión y sus protocolos. La topología es el patrón
que se utiliza pata conectar los equipos. Con una topología de bus, el cable de
red conecta un equipo con el siguiente, formando una cadena. Con una topología
estrella. cada uno de los equipos está conectado a un nexo central llamado hub o
switch. Una topología anillo es esencialmente un topología bus con los dos
extremos unidos.
El medio de transmisión es
la conexión física entre equipos. La topología y el medio de transmisión usados
en un equipo en particular, están determinados por el protocolo que esta
operando en la capa enlace de datos del modelo OSI, como ser Ethernet o Token
Ring. Ethernet, por ejemplo, admite muchas topologías y medios de transmisión
para una LAN, como ser cable UTP en una topología estrella, se debe usar (en la
mayoría de los casos) la misma topología y medio de transmisión para todos los
equipos en la LAN. Existe hardware que permite la conexión de tecnologías
estrechamente relacionadas. No es posible, por ejemplo, conectar un equipo en
una red bus Ethernet y hacer que ambos equipos participen en la misma LAN.
En la mayoría de los
casos, una LAN esta confinada a una sola área, piso, o edificio. Para expandir
la red fuera de esos limites, se puede conectar múltiples LANs con dispositivos
denominados Rotures. Permite formar una red interconectada o internet, que es
esencialmente, una red de redes. Un equipo en una LAN puede comunicarse con
sistemas en otra LAN debido a ese tipo de interconexión. Con la conexión de
LANs es posible construir una red interconectada del tamaño que se necesite.
Muchas fuentes usan el termino red cuando describen una LAN, pero también usan
el mismo termino cuando se refieren a una red interconectada.
En muchos casos, una red
interconectada está compuesta de LANs en ubicaciones remotas. Para conectar
LANs de forma remota, se utiliza un tipo de conexión de red distinta: una
conexión WAN. Las conexiones WAN usan líneas telefónicas, ondas de radio o
cualquiera de muchas otras tecnologías. las conexiones WAN normalmente son
conexiones punto a punto, lo que significa que la conexión existe entre dos
sistemas. Son diferentes de las LANs, en que todos los sistemas están
interconectados. Un ejemplo de una conexión WAN podría ser una compañía con dos
oficinas en ciudades distantes, cada una con su propia red LAN y conectadas por
la línea telefónica. Cada extremo esta conectado a un Router y los Routers
están conectados a LANs individuales. Cualquier equipo en una LAN se puede
comunicar con cualquier equipo en el otro extremo del vínculo WAN o con un
equipo en su propia LAN.
En muchos casos, las redes
LAN usan un medio de transmisión compartido. El cable que conecta los equipos
lleva una señal a la vez, y todos los sistemas se turnan para usarlo. Este tipo
de red se denomina red en Banda Base. Para que una red en banda base sea
practica para varios equipos, los datos transmitidos por cada sistema se
subdividen en unidades llamadas paquetes. Si se pudiera observar un cable de
transmisión en banda base y examinar la forma en que viajan las señales, se
vería una sucesión de paquetes generados por varios sistemas y destinados a
otros sistemas. Cuando un equipo transmite un mensaje de correo electrónico,
por ejemplo, este mensaje se puede dividir en varios paquetes y el equipo
transmite cada paquete por separado. Si cuando todos los paquetes que
constituyen una transmisión en particular, alcanzan su destino, los equipos
receptores unen las piezas para formar el mensaje de correo electrónico
original. Esta es la base de una conmutación de paquetes.
La alternativa a una red
de conmutación de paquetes es una red de conmutación de circuitos, en al que
dos sistemas que necesitan comunicarse establecen una ruta a través de la red
que los conecta (denominada circuito) antes de transmitir la información. Para
hacer que la conmutación de circuitos sea practica, las compañías de
teléfono usan redes de banda ancha. Al contrario de una banda base, la
banda ancha lleva múltiples señales simultáneamente en un solo cable. Puede ser
la que utiliza una compañía de T.V por cable. El servicio de televisión por
cable instala un solo cable dentro del hogar del usuario, pero ese único
cable transporta señales para docenas de canales simultáneamente, y proporciona
también en algunos casos accesos a internet. Si se tiene mas de un TV en el
hogar, el hecho de poder ver un programa de televisión distando en cada
TV, demuestra que el cable transporta múltiples señales a la vez . Las
tecnologías de banda ancha casi no se utilizan en las redes de área local, pero
son cada vez más utilizadas como solución en redes de área
amplia.
Cuando dos equipos se
comunican en una LAN, la información viaja normalmente en una sola dirección a
la vez, dado que las redes en bana base usadas por las redes LAN admiten solo
una señal. Esto de denomina comunicación half-duplex. En cambio dos sistemas
que se pueden comunicar simultáneamente en dos direcciones están operando en
modo full-duplex. El ejemplo más común de una red full-duplex es, una vez mas,
el sistema telefónico. Ambas parte pueden hablar simultáneamente durante una
llamada telefónica y cada parte puede oír a la otra a la vez. Un ejemplo de un
sistema de comunicación half-duplex es la radio, como ser los
radiotransmisores, en los que solo una parte puede transmitir a la vez, y cada
parte debe decir "cambio", para indicar que ha terminado de
transmitir y está pasando de modo transmisión a modo recepción.
Cuando una red pequeña
comienza a crecer, es posible conectar redes LAN de forma temporal. Sin
embargo, la construcción de una gran red empresarial conectando varias redes
LAN es un proyecto complejo que requiere de una planificación cuidadosa. Una de
los diseños más comunes para redes de este tipo es una serie de segmentos LAN
conectadas por medio de un Backbne o eje troncal. El término segmento a veces
se utiliza como sinónimo de LAN o red para referirse a un conjunto de equipos
conectados en red, pero en este contexto se refiere a una LAN compuesta de
estaciones de trabajo y de otros dispositivos de usuario final, como ser las
impresoras. Una red empresarial esta compuesta de muchas redes LAN, conectadas
a otra LAN denominadas Backbone. El Backbone existe principalmente como un
conducto que permite a los segmentos comunicarse entre si. Una configuración
para un edificio de muchos pisos necesita de un segmento horizontal que conecte
todas las estaciones de trabajo en cada piso y un Backbone en forma vertical
desde la parte superior del edificio hasta la planta baja que conecte todos los
segmentos.
Este tipo de configuración
incrementa la eficiencia de la red usando la red troncal para llevar todo el
tráfico de una red a otra. Con esa configuración los paquetes no deben atravesar
más de tres LANs. En cambio, si se conecta cada uno de los segmentos
horizontales a un segmento adyacente, en un enlace tipo cadena, la mayoría de
los paquetes transmitidos entre redes tendrían que viajar a través de muchos
más segmentos para alcanzar su destino, sobrecargando los segmentos intermedios
con tráfico innecesario.
En 1983, Organización
Internacional para la Estandarización (ISO), publicaron un documento denominado
"El modelo básico de referencia para Interconexión de Sistemas
Abiertos". El modelo descrito en ese documento divide las funciones de red
de un equipo en siete capaz, como se muestra en la siguiente figura.
Originalmente, este estructura de siete capas estaba diseñada para ser el
modelo de una nueva pila de protocolos, pero esto no se materializó de forma
comercial. En lugar de eso el modelo OSI se utiliza con los protocolos de red
existentes como una herramienta de enseñanza y referencia.
La mayoría de los
protocolos más utilizados son anteriores al modelo OSI, por lo que no tienen la
estructura de siete capas. En muchos casos, los protocolos combinan las
funciones de dos o más de las capas en el modelo, y los límites entre los
protocolos a menudo no se adaptan a los límites de las capas del modelo.
Sin embargo, el modelo continúa siendo una excelente herramienta para el
estudio de la comunicación en red, y los profesionales frecuentemente hacen
referencia a funciones y protocolos asociados con capas especificas.
A primera vista la capa
red parece duplicar algunas funciones de la capa enlace de datos. Sin embargo,
esto no es así, dado que los protocolos de la capa red son responsables de las
comunicaciones fin a fin, mientras que los protocolos de capa enlace de
datos funcionan solo en LAN local. Decir que los protocolos de la capa red son
responsables por las comunicaciones fin a fin significa el protocolo de la capa
red es responsable por el viaje de un paquete desde el sistema que lo creó
hasta su destino final. Dependiendo de la naturaleza de la red, los sistemas de
origen y destino pueden estar en la misma LAN o separados a miles de
kilómetros
de distancia, por Ejemplo, cuando se conecta un servidor a internet, los
paquetes que crea el equipo pueden pasar por docenas de redes antes de llegar a
su destino. El protocolo de la capa Enlace de Datos puede cambiar muchas veces
para adaptarse a docenas de redes, pero el protocolo de la capa red permanece
intacto en todo el viaje.
La unidad de datos creada
por un protocolo de capa red, está compuesta por los datos de la capa
transporte además del encabezado de red y se denomina "data grama".
10. La Capa Transporte
Los protocolos de la capa
transporte proporcionan servicios que complementan aquellos proporcionados por
la capa red. Los protocolos de la capa red y transporte que se usan para
transmitir los datos se consideran frecuentemente un solo componente, como en
el caso del TCP/IP. Estos protocolos incluyen TCP, que opera en la capa
transporte, además de IP, que corre en la capa red. La mayoría de las suites de
protocolos proporcionan dos o más protocolos en la capa transporte, los mismos
que proporcionan diferentes niveles de servicios. La alternativa a TCP es el
User Datagram Protocol (UDP). El protocolo IPX también ofrece alternativas
entre protocolos de la capa transporte, incluyendo el Netware Core Protocol
(NCP) y el Sequenced Packet Exchange (SPX).
La Capa sesión es el punto
en el que los protocolos que se utilizan actualmente empiezan a diferir
sustancialmente el modelo OSI. No existe protocolos específicos para la capa
sesión como existen en las capas inferiores. Más bien las funciones de la capa
sesión están integradas dentro de otros protocolos que también incluyen
funciones de las capas presentación y Aplicación. Las capas transporte, red,
enlace de datos y física, están destinadas a la transmisión apropiada de los
datos por la red, pero los protocolos en la capa sesión y superior no están
involucrados en esa parte del proceso de comunicaciones. La capa sesión
proporciona 22 servicios, muchos de los cuales están relacionados con las
formas en que los sistemas en red intercambian la información. Los servicios más
importantes son el control de diálogo y la separación de dialogo.
El intercambio de
información entre dos sistemas en la red es llamado diálogo, y el control de
diálogo es la selección de un modo que los sistemas usaran para el intercambio
de mensajes. Cuando el diálogo se inicia, los sistemas pueden elegir uno de dos
modos, modo alterno de dos vías (TWA) o modo simultáneo de dos vías (TWS), los
dos sistemas intercambian una señal de datos "menor/actividad", y
solo al equipo que posee esta señal se le permite la transmisión de datos. Esto
elimina los problemas generados por mensajes que se cruzan en transito. El modo
TWS es más complejo, debido a que ambos sistemas pueden transmitir al mismo
tiempo, incluso simultáneamente.
Existe solo una función de
la capa Presentación: La traducción de las sintaxis entre sistemas distintos.
En algunos casos los equipos que se comunican a través de una red usan
diferentes sintaxis, y la capa presentación les permite negociar una sintaxis
común para las comunicaciones. Cuando los sistemas establecen una conexión en
la capa de presentación, intercambian mensajes que contiene información acerca
de las sintaxis que tienen en común, y juntos eligen la sintaxis que usaran
durante la sesión. Ambos sistemas envueltos en una conexión tiene una sintaxis
abstracta, que es su forma nativa de comunicación. Los equipos que operan en
diferentes plataformas pueden tener diferentes sintaxis abstractas. Durante el
proceso de negociación, los sistemas escogen una sintaxis de transferencia, que
es una sintaxis alternativa que ambos tienen en común. El sistema transmisor
convierte su sintaxis abstracta a la sintaxis de transferencia, y luego de la
transmisión, el sistema receptor convierte la sintaxis de transferencia a su
propia sintaxis abstracta. Cuando es necesario, los sistemas pueden seleccionar
una sintaxis de trasferencia que proporciona servicios adicionales, como ser la
comprensión de datos o el cifrado.
Algunos estándares de
conversión y formato de texto, audio, video e imagen, son: ASCII, EBCDIC,
Cifrado, conversión MIDI, MPEG, Quick Time, AVI, GIF, JPEG, PICT, TIFF.
La capa Aplicación es el punto de entrada que utilizan los programas para acceder al modelo OSI y utilizar los recursos de red. Verifican la disponibilidad de los recursos necesarios para iniciar una sesión, vinculan la aplicación al servicio o protocolo correcto y sincronizan la transmisión de datos entre la aplicación y si protocolo. La mayoría de los protocolos en la capa aplicación proporcionan servicios que utilizan los programas para acceder a la red, como ser Simple Mail Transfer Protocol (SMTP),usado por muchos programas de correo electrónico para enviar mensajes de correo. En algunos casos, como en el caso del File Transfer Protocol (FTP), el protocolo de la capa aplicación es un programa en si mismo. Los protocolos de la capa aplicación frecuentemente incluyen las funciones de las capas sesión y presentación. Por lo tanto, una pila de protocolos típica, está compuesta de cuatro protocolos distintos que corren en la capa de aplicación, transporte, red y enlace de datos.