Desarrollo del proyecto de la red telemática. IFCT0410

Capítulo 2

Redes de área local

1. Introducción

Las redes de área local son también las denominadas LAN, siendo la abreviatura de Local Area Network, estas redes que agrupan dispositivos y periféricos para intercambiar información suelen ser de ámbito reducido, abarcando, de entre 10 a 1000 m, como por ejemplo una oficina, una sala de una organización o un campus.

En el término de red local se incluye el software y hardware necesario para el intercambio de información de todos los dispositivos que conforman la red.

El abaratamiento de sus costes, su constante aumento de la velocidad de transmisión (se sitúa en 10 Gbps IEEE 802.3ae ahora y 100 Gbps en estudio), hacen que en la actualidad sean unas de las más utilizadas, además están dotadas de un sistema fiable de detección y corrección de errores.

La importancia de la planificación e implementación de una red local aumenta significativamente la productividad de sus computadores y periféricos implicados, de lo contrario puede ser frustrante e incluso conllevar la pérdida de información.

Habitualmente, en este tipo de redes se encuentran conectados servidores, entre estos es posible distinguir distintos tipos:

1 Dedicados: aquellos que controlan la comunicación, seguridad y no permiten la ejecución de aplicaciones (los menos habituales).

2 No dedicados, que a su vez de dividen en dos grupos:Servidores de aplicaciones: aquellos que se dedican a ejecutar aplicaciones, como por ejemplo un paquete ofimático, una aplicación de Cad, etc.Servidor de ficheros: aquellos que mediante recursos compartidos ofrecen a sus usuarios información almacenada, tanto generada por ellos mismos como los agregados por la compañía. Estos recursos se administran mediante permisos para controlar el acceso a los mismos.

2. Definición y características de una red de área local

Se podría definir como una agrupación de dispositivos y periféricos interconectados entre sí para el intercambio de información, utilizando para ello el/los protocolos estipulados para tal fin.

Las características más importantes de este tipo de redes son las siguientes:

1 Su tecnología de difusión es broadcast, compartiendo el medio de transmisión.

2 El uso del medio de comunicación es de carácter privado.

3 Su alta velocidad de transmisión de 1 Gbps a 10 Gbps.

4 Su gran facilidad para efectuar cambios en su hardware y software.

5 Poder interconectarlas con otras redes.

6 Su medio de transmisión es muy simple (cable de par trenzado, coaxial, fibra óptica y WIFI).

7 Aunque su limitación directa es de 100 m, puede alcanzar mayor distancia si se utilizan repetidores.

8 Números elevados y variedad de dispositivos conectados.

Su extensión está limitada a un edificio, a una oficina, generalmente de unos pocos kilómetros. El término de red local incluye tanto el software como el hardware necesario para la transferencia de la información.

El protocolo más usado es el TCP/IP, aunque pueden utilizar otros como el IPX y NetBIOS.

3. Topologías

La topología de red define la estructura de una red y en este caso se clasifican en dos grupos, siendo las más comúnmente utilizadas las siguientes:

3.1. Topologías físicas

Se denomina topología física a la forma en la que el cableado se realiza en una red.

1 Topología de bus: este tipo de topología utiliza un único cable que es su estructura vertebral principal y que debe disponer en sus extremos de un terminador o tapón. Esta topología es muy sensible a fallos o roturas, ya que esta situación provocaría la interrupción de todas las transmisiones. Sabía que...: la red en bus necesita finalizar en ambos extremos con unos terminadores. Estos terminadores también denominados tapones sirven para evitar los posibles rebotes de la señal portadora, siendo esta una impedancia de 50 Ω (ohmios).

2 Topología en anillo: la topología en anillo consiste en la conexión de varios nodos punto a punto, formando un anillo físico. Cuando se utiliza el medio para la transmisión de información, esta pasa por cada uno de los dispositivos conectados al anillo hasta llegar a su destino, siendo uno de los principales problemas el hecho de que los repetidores que lo conforman son unidireccionales. Aunque este tipo de topología no suele tener problemas de congestión de tráfico, al igual que la de bus, una rotura del medio físico provocaría un fallo general de la red.

3 Topología en estrella: la conexión de esta topología se efectúa conectando todos sus nodos a uno central, se basa en una red punto a punto y se envía la información del nodo central al resto. Su fiabilidad es alta, ya que si uno de los nodos falla, el resto sigue funcionando, exceptuando si se trata del nodo central, que interrumpiría las transmisiones.Topología en estrella extendida: es una variante de la anterior que conecta estrellas individuales entre sí mediante la utilización de concentradores (en inglés switch), se utiliza para ampliar la cobertura.Topología jerárquica: es similar a la anterior variante, pero en vez de utilizar switches, el sistema se conecta a un ordenador central con capacidad para controlar todo el tráfico de la red.Topología de malla: esta topología es conocida por su gran fiabilidad, al estar conectados todos sus nodos con todos los demás que forman la red, se suele utilizar en infraestructuras que requieran de una alta disponibilidad, como por ejemplo una central nuclear.Topología de árbol: su estructura se basa en una ramificación desde un servidor base, su fiabilidad es uno de sus problemas, ya que el fallo de uno de sus nodos interrumpirá todo el tráfico de su ramificación.

Actividades

1. Dibuje una topología mixta (anillo/estrella). ¿Cómo las uniría?

3.2. Topologías lógicas

Se considera topología lógica a la forma en que sus dispositivos se comunican, siendo los más habituales los reseñados a continuación:

1 Topología broadcast: esta topología consiste en que cada dispositivo envía los datos a todos los hosts que componen la red. (Ethernet).

1 Topología transmisión de tokens: este tipo de transmisión se basa en el envío de un token a cada uno de los dispositivos que la componen de forma secuencial. Cuando un host recibe la información y no tiene nada que transmitir, reenvía la información al siguiente, repitiéndose el proceso.

Definición

Token

Frame de 3 bytes que viaja alrededor del anillo como paso de testigo (estándar IEEE 802.5).

Actividades

2. ¿Recuerda qué peculiaridad tenían los extremos del cable de una topología bus?

3. Enumere las topologías lógicas. ¿Son tangibles las topologías lógicas?

4. Arquitectura de protocolos LAN

A finales de los años setenta, la ISO (Organización Internacional para la Estandarización, creada en el año 1980) fue definiendo la arquitectura de redes OSI (en inglés, Open System Interconnection), que es el modelo de red descriptivo, con el fin de promover la creación de una serie de estándares que especificaran un conjunto de protocolos independientes de cualquier fabricante.

Pretendía establecer las normas y los estándares para que el software y los dispositivos de diferentes fabricantes pudieran funcionar conjuntamente, además de intentar facilitar las comunicaciones entre distintos sistemas, pretendiendo evitar la supremacía de alguno de los fabricantes de la época.

Desde sus inicios, las redes, fueron diseñadas teniendo en cuenta solo el hardware de sus comunicaciones; al no tener éxito en un futuro inmediato, la estrategia cambió, pasando en la actualidad a un software de red estructurado.

Para poder reducir la complejidad del diseño, estas se organizaron en capas, cada una situada de forma secuencial sobre la otra.

Una capa de nivel N de un ordenador mantiene comunicación con otra capa de nivel N de otra máquina. Estas reglas que se usan se denominan protocolos.

Las capas inferiores proveen servicios de transporte de las capas superiores, tratan problemas como errores del sistema o localización de rutas óptimas.

Las capas superiores tienen la misión de prestar servicio al usuario, confiando en los servicios de sus niveles inferiores.

Como se puede apreciar en la figura anterior, la información no se transfiere directamente de una capa a otra, sino que la información pasa de una a la otra inmediatamente inferior, siendo esta transferencia de forma secuencial, hasta llegar a la última.

Actividades

4. ¿A qué nivel pertenece la capa física? Describa un ejemplo.

La diferencia existente entre LAN, MAN y WAN en el modelo OSI se encuentra en las tres capas inferiores, que son la capa física, la de control de acceso al medio y la de control de enlace lógico.

De las siete capas, se va a tratar a continuación el nivel más bajo, el cual se encarga del medio de transmisión.

4.1. Nivel físico

Esta capa es la más baja de la pila OSI, siendo la más próxima al hardware. Es la que se encarga de definir las características físicas del medio de transmisión. Su función es proporcionar al nivel de enlace un acceso al sistema de transmisiones que sea independiente de los detalles técnicos y funcionales.

En su diseño intervienen cuatro aspectos que son estos:

1 El mecánico. Este se encarga de las características de los conectores, el cableado, la numeración de los pines, etc.

2 El eléctrico/óptico. Indica cómo se representan los bytes, persistencia de los pulsos, su voltaje, el tipo de señal, su velocidad y naturaleza del medio.

3 Funcional. Funciones de los circuitos de una interfaz, como la codificación, la modulación, etc.

4 Procedimiento. La sucesión de los acontecimientos en el intercambio de información.

Ejemplo

La norma EIA RS-232-C, utilizada en puertos serie, es un protocolo de la capa física. En cuanto a redes, el nivel físico se incluye en el subnivel MAC (siglas de médium Access control) como la IEEE 802.X.

4.2. Nivel de enlace

Uno de sus principales objetivos es ofrecer a la capa inmediatamente superior su nivel de red, una transmisión a través de un medio físico.

Nota

Los protocolos más representativos de la subcapa MAC, IEEE 802.3 (también conocido como Ethernet), 802.4 (Token Bus), 802.5 (Token Ring) y ANSI X3T9.5/ISO 9314 (FDDI). El protocolo de la subcapa LLC para todas las redes locales de difusión es IEEE 802.2.

Entre sus funcionalidades destacan las siguientes:

1 Sincronismo a nivel de tramas, estableciendo los delimitadores de origen y destino para su detección en la recepción.

2 Control de flujo para el ritmo de la transmisión de datos entre sus interlocutores, para evitar la congestión del nodo receptor.

3 Control de errores en la comunicación, para que los datos transmitidos se correspondan con los del receptor.

4 Direccionamiento para el destino, debiendo este estar perfectamente identificado, en caso de existir más de uno.

5 La gestión del enlace en el inicio y finalización de la comunicación, introduciendo tanto la activación y desactivación del enlace.

6 El control de acceso al medio en redes de difusión, se trata del acceso de todos los dispositivos que comparten un medio físico único. Cuando más de uno inicia una transmisión a la vez, se generan conflictos, denominados colisiones, siendo necesario un control en redes broadcast. Dentro del control de acceso al medio se encuentran las siguientes subcapas:Subcapa inferior MAC, que se ocupa de resolver los problemas de acceso al medio, agregar la dirección MAC del nodo fuente y del nodo destino en cada trama, efectuar la detección y si es posible la corrección de errores, y descartar tramas duplicadas. Nota: las siglas MAC corresponden a Media Access Control estándar IEEE 802.Subcapa superior LLC, que cumple la función equivalente a la de la capa de enlace en las líneas punto a punto, siendo responsable de la identificación de la forma lógica de los distintos protocolos y de su encapsulación. Nota: las siglas LLC corresponden a Logical Link Control. Define la forma en que los datos son transferidos sobre el medio físico.

Subnivel MAC (Medium Access Control)

Uno de los problemas más graves a resolver en un sistema de comunicaciones es el acceso a un único medio de varios dispositivos que quieran transmitir información a la vez.

Sin un método de organización, resultaría prácticamente imposible realizar la comunicación.

Una analogía al caso planteado podría ser el que varios vehículos quisieran acceder a la vez a una carretera, siendo la carretera el medio, si esto se realiza se originaría un caos, produciéndose “colisiones” entre los coches. Para evitar el problema se podría establecer un paso por turnos (estrategia de división por tiempo); circular por la carretera a varias velocidades (división por frecuencias); establecer sentido (dirección) de la marcha (división espacial); o establecer una codificación con las luces de los turismos (división por código, al igual que en CDMA), solo aquellos conductores que conozcan el código pueden entenderse.

Por eso se estableció la subcapa MAC, que se sitúa en la parte inferior de la capa de enlace (capa 2 del modelo OSI), siendo algunas de sus funciones las siguientes:

1 Control de acceso al medio físico de los dispositivos conectados.

2 Introducir la dirección MAC del dispositivo de origen y destino en la trama a transmitir.

3 Introducir bits de bandera (flags) para que el receptor identifique el inicio y final de cada trama.

4 Detectar errores y, si es posible, corregirlos durante la transmisión.

5 Eliminar transmisiones duplicadas o con errores.

Subnivel LLC (Logical Link Control)

Esta subcapa de enlace lógico se fundamenta en la independencia de la capa de enlace de datos de las posibles tecnologías existentes y futuras. Esta proporciona versatilidad en los servicios de la capa de red que está por encima, comunicándose de forma efectiva con las que se encuentran por debajo.

Esta subcapa es la más alta de las dos existentes en el enlace de datos recogidas por el IEEE, siendo la subsidiaria del control de enlace lógico.

Esta subcapa es la responsable del manejo del control de:

1 Control de errores

2 Control de flujo

3 Entramado

4 Control de diálogo

5 Direccionamiento de la subcapa MAC

El protocolo LLC transporta los datos del protocolo, el paquete IP y agrega la información de control necesaria para la entrega del paquete a su destinatario. Después el envío IP, es reempaquetado hacia la subcapa MAC para que la tecnología específica le añada datos y los encapsule.

Actividades

5. Describa con sus palabras las funcionalidades del nivel de enlace.

6. ¿El subnivel LLC es específico para cada arquitectura de red?

5. Normas IEEE 802 para LAN

Los grupos de trabajo que están activos en estos momentos se pueden apreciar en la siguiente tabla:

El resto de grupos se encuentran en la actualidad, Disueltos, inactivos o sin uso.

De los enumerados los más conocidos son estos:

1 Ethernet IEEE 802.3

2 WIFI IEEE 802.11

3 Bluetooth IEEE 802.15

Fue en febrero de 1980 cuando se formó en el IEEE un comité de LAN con la intención de buscar y estandarizar un sistema que básicamente era Ethernet (en aquellos tiempos). Se decidió estandarizar el nivel físico, el de enlace y los superiores.

Tras estos primeros pasos se fueron ampliando los campos de trabajo, incluyendo las MAN (Metropolitan Area Network), las PAN (Personal Area Network) y las WLAN (inalámbricas).

Sabía que...

El origen del nombre fue porque el acuerdo fue alcanzado en el año 1980, en concreto en el mes de febrero, por eso se llamó 802.

6. Redes de área local en estrella. Hubs conmutados

La topología en estrella se implementa conectando cada dispositivo a un hub o switch central.

El hub o concentrador se utiliza en redes locales con un número pequeño de dispositivos; se trata de una toma múltiple de conectares de RJ45 que amplifica la señal, su ancho de banda es 10/100 y trabaja en la primera capa del modelo OSI.

El switch o conmutador trabaja en la dos primeras capas del modelo OSI, por este motivo, el conmutador intercambia los datos con cada dispositivos de destino, evitando las posibles colisiones y aumentando la eficiencia de la red.

Se suele emplear en redes con mayor número de dispositivos conectados que el hub.

6.1. Interconexión LAN-LAN

Los dispositivos habituales para conectar redes de tipo LAN, son los switches (conmutadores); estos tienen la capacidad de filtrar y dirigir las tramas entre los distintos segmentos que componen la red, proporcionando un ancho de banda dedicado entre los computadores mientras realizan la transmisión.

Su función radica en capturar la dirección MAC de la trama de datos y en función de esta dirigirla a través del puerto correspondiente (el hub es incapaz de hacerlo).

Esta función es capaz de realizarla dividiendo el ancho de banda disponible en canales, con el tamaño suficiente para poder dar servicio a cada uno de los puertos.

La diferencia entre un concentrador y un conmutador radica en que el primero de ellos, si tiene por ejemplo 12 puertos, tendría un dominio de colisión de 12, mientras que el segundo tendría un dominio de colisión de 1.

Igualmente, se utilizarán puentes (bridges) para conectar dos redes de área local o dos segmentos de la misma LAN. Por ejemplo, se podría interconectar una red Ethernet con una Token-Ring.

Sus funciones principales son las siguientes:

1 Dividir una red LAN en subredes cuando esta crece en exceso, para mejorar su rendimiento.

2 Interconectar redes LAN teniendo protocolos de nivel dos o medios de transmisión distintos, como una Token-Ring con una wireless.

Actividades

7. Dibuje una conexión entre una red Token-Ring y una Ethernet.

La pasarela (gateway), básicamente es un sistema de hardware o software que realiza la misma funcionalidad que un puente entre aplicaciones o redes no compatibles para que puedan intercambiar información.

Ejemplo

En el caso de acceso telefónico, la pasarela sería el ISP (Internet Service Provider) que conecta la red a Internet.