AREA 51

Gestión

de Redes de Datos

Investigación:

Internet-Tipos de Redes-Medios de Transmisión

Instructor:

Ronald Tellez

Aprendiz:

Carlos Alberto Prieto Romero

Historia

Los inicio de Internet nos remontan a los años 60. En plena guerra fría, Estados Unidos crea una red exclusivamente militar, con el objetivo de que, en el hipotético caso de un ataque ruso, se pudiera tener acceso a la información militar desde cualquier punto del país.
Este red se creó en 1969 y se llamó ARPANET. En principio, la red contaba con 4 ordenadores distribuidos entre distintas universidades del país. Dos años después, ya contaba con unos 40 ordenadores conectados. Tanto fue el crecimiento de la red que su sistema de comunicación se quedó obsoleto. Entonces dos investigadores crearon el Protocolo TCP/IP, que se convirtió en el estándar de comunicaciones dentro de las redes informáticas (actualmente seguimos utilizando dicho protocolo).

ARPANET siguió creciendo y abriéndose al mundo, y cualquier persona con fines académicos o de investigación podía tener acceso a la red.
Las funciones militares se desligaron de ARPANET y fueron a parar a MILNET, una nueva red creada por los Estados Unidos.
La NSF (National Science Fundation) crea su propia red informática llamada NSFNET, que más tarde absorbe a ARPANET, creando así una gran red con propósitos científicos y académicos.
El desarrollo de las redes fue abismal, y se crean nuevas redes de libre acceso que más tarde se unen a NSFNET, formando el embrión de lo que hoy conocemos como INTERNET.

En 1985 la Internet ya era una tecnología establecida, aunque conocida por unos pocos.
El autor William Gibson hizo una revelación: el término "ciberespacio".
En ese tiempo la red era básicamente textual, así que el autor se baso en los videojuegos. Con el tiempo la palabra "ciberespacio" terminó por ser sinónimo de Internet.

Definición:

Internet

Se podría definir como una red global de redes de ordenadores cuya finalidad es permitir el intercambio libre de información entre todos sus usuarios.

Otra definición seria: Es un conjunto descentralizado de redes de comunicación interconectadas que utilizan la familia de protocolos TCP/.

Imagen:

Red

Es un conjunto de equipos informáticos y software conectados entre si por medio de dispositivos físicos que envían y reciben impulsos eléctricos, ondas electromagnéticas o cualquier otro medio para transporte de datos, con la finalidad de compartir información, recursos y ofrecer servicios.

TIPOS DE REDES

REDES PAN:

Red de área Personal (PAN): (Personal Área Network) es una red de ordenadores usada para la comunicación entre los dispositivos de la computadora (teléfonos incluyendo las ayudantes digitales personales) cerca de una persona. Los dispositivos pueden o no pueden pertenecer a la persona en cuestión. El alcance de una PAN es típicamente algunos metros. Las PAN se pueden utilizar para la comunicación entre los dispositivos personales de ellos mismos (comunicación del interpersonal), o para conectar con una red de alto nivel y el Internet (un up link). Las redes personales del área se pueden conectar con cables con los buses de la computadora tales como USB y Freire. Una red personal sin hilos del área (WPAN) se puede también hacer posible con tecnologías de red tales como Arda y Bluetooth.

IMAGEN

PAN (Red de Área Personal)

REDES LAN (Local Área Network)

Red de área local (LAN): una red que se limita a un área especial relativamente pequeña tal como un cuarto, un solo edificio, una nave, o un avión. Las redes de área local a veces se llaman una sola red de la localización. Nota: Para los propósitos administrativos, LANs grande se divide generalmente en segmentos lógicos más pequeños llamados los Workgroups. Un Workgroups es un grupo de las computadoras que comparten un sistema común de recursos dentro de un LAN.

Otra definición: Son redes pequeñas, entendiendo como pequeñas las redes de una oficina, de un edificio. Debido a sus limitadas dimensiones, son redes muy rápidas en las cuales cada estación se puede comunicar con el resto. Están restringidas en tamaño, lo cual significa que el tiempo de transmisión, en el peor de los casos se conoce. Además simplifica la administración de la red.

REDES CAN (Redes de Área de Campus)

Red del área del campus (CAN): Se deriva a una red que conecta dos o más LAN los cuales deben estar conectados en un área geográfica específica tal como un campus de universidad, un complejo industrial o una base militar. Una CAN utiliza comúnmente tecnologías como FDDI y Gigabit Ethernet para conectividad a través de medios de comunicación tales como fibra óptica y espectro disperso.

Tecnologías FDDI: Fiber Distributed Data Interface.

Interfaz de Datos Distribuida por Fibra

Es un conjunto de estándares ISO y ANSI para la transmisión de datos en redes de computadoras de área extendida o local (LAN) mediante cable de fibra óptica.

REDES CAN (Red de Área de Campus)

RED MAN (Red de Área Metropolitana)

Metropolitan Área Network

Red de área metropolitana (MAN): una red que conecta las redes de un área dos o más locales juntos pero no extiende más allá de los límites de la ciudad inmediata, o del área metropolitana. Las rebajadoras (Reuters) múltiples, los interruptores (switch) y los cubos están conectados para crear a una MAN.

Comprenden una ubicación geográfica determinada “ciudad,municipio”, y su distancia de cobertura es mayor de 4km. Son redes con dos buses unidireccionales, cada uno de ellos es independiente del otro en cuanto a la transferencia de datos.

RED MAN

RED WAN (Red de Área Amplia): Wide Área Network

Son redes punto a punto que interconectan países y continentes. Al tener que recorrer una gran distancia sus velocidades son menores que en las LAN aunque son capaces de transportar una mayor cantidad de datos. El alcance es una gran área geográfica, como por ejemplo: una ciudad o un continente. Está formada por una vasta cantidad de computadoras interconectadas (llamadas HOST), por medio de subredes de comunicación o subredes pequeñas, con el fin de ejecutar aplicaciones, programas, etc.

RED WAN

TIPOS DE MEDIOS:

MEDIOS DE TRANSMISION:

Los medios de transmisión se pueden clasificar en dos grandes grupos:

Medios de transmisión guiados.

Medios de transmisión no guiados.

Según sentido de la transmisión:

Simplex: Sólo permiten la transmisión en un sentido (unidireccional). Un ejemplo típico es el caso de la fibra óptica; en estos casos se puede recurrir a sistemas en anillo o con doble fibra para conseguir una comunicación completa. Aunque en la actualidad ya existe la posibilidad de enviar y recibir señal a través de una sola fibra óptica pero en diferentes longitudes de onda.

Half-duplex: Una conexión semi-dúplex (a veces denominada una conexión alternativa) es una conexión en la que los datos fluyen en una u otra dirección, pero no las dos al mismo tiempo. Con este tipo de conexión, cada extremo de la conexión transmite uno después del otro. Este tipo de conexión hace posible tener una comunicación bidireccional utilizando toda la capacidad de la línea. Puede darse el caso de una comunicación por equipos de radio, si los equipos no son full dúplex, uno no podría transmitir (hablar) si la otra persona está también transmitiendo (hablando) porque su equipo estaría recibiendo (escuchando) en ese momento.

Full-dúplex: La mayoría de los sistemas y redes de comunicaciones modernos funcionan en modo dúplex permitiendo canales de envío y recepción simultáneos. Podemos conseguir esa simultaneidad de varias formas:

· Empleo de frecuencias separadas (multiplexación en frecuencia)

· Cables separados

MEDIOS DE TRANSMISIÓN

Para que una red funcione, los dispositivos deben estar interconectados, ya sea por medios cableados o inalámbricos. El soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse se conoce como medio de transmisión de datos.

Los medios de transmisión se pueden dividir en dos grandes categorías: guiados y no guiados.

MEDIOS DE TRANSMISION GUIADOS:

Los medios guiados son aquellos que utilizan componentes físicos y sólidos para la transmisión de datos. Están constituidos por un cable conductor de un dispositivo al otro. Algunos de los medios de transmisión guiados más utilizados son: cables de pares trenzados, cables coaxiales y cables de fibra óptica.

Características principales:

El tipo de conductor utilizado

La velocidad máxima de transmisión

Las distancias que pueden ofrecer entre repetidores

La inmunidad frente a interferencias electromagnéticas

La facilidad en la instalación

La capacidad de soportar diferentes tecnologías de nivel de enlace

Nota: La velocidad de transmisión depende directamente de la distancia entre las terminales y de si el medio se utiliza para un enlace punto a puto o multipunto.

A continuación están los diferentes medios de transmisión:

1. CABLE DE PAR TRENZADO

Es el medio de transmisión guiado más utilizado para datos analógicos y digitales, en diferentes tipos de tráfico: voz, datos y video.

Se le dio este nombre por tener dos alambres de cobre, de 1 mm de espesor, trenzados entre si en forma de hélice y aislados, lo que hace que se elimine la interferencia entre pares y que tenga una baja inmunidad al ruido electromagnético.

El cable par trenzado puede alcanzar varios Mbps de ancho de banda, dependiendo del calibre, el material y la distancia. Puede adquirirse por un bajo costo. Un ejemplo de su uso es el sistema telefónico.

Existen dos tipos de par trenzado: sin blindaje y blindado.

1.1 Cable de par trenzado sin blindaje (UTP: Unshielded Twisted Pair)

El cable de par trenzado sin blindaje es el tipo más frecuente de medio de comunicación que se usa actualmente, tiene una amplia difusión en telefonía y en redes LAN.

Está formado por dos hilos, cada uno de los cuales está recubierto de material aislante; como Teflón o PVC, debido a que el primero genera poco humo en incendios. Se distinguen dos tipos de recubrimiento: el rígido (para cableado vertical y horizontal) y flexible (para patch cord).

Generalmente, como se muestra en la siguiente figura, posee 4 pares: blanco azul-azul, blanco naranja- naranja, blanco verde-verde, blanco café-café.

CATEGORÍAS DE UTP

“La especificación 568A Comercial Building Wiring Standard de la asociación Industrias Electrónicas e Industrias de la Telecomunicación (EIA/TIA) especifica el tipo de cable UTP que se utilizará en cada situación y construcción. Dependiendo de la velocidad de transmisión ha sido dividida en diferentes categorías:

Categoría 1: Hilo telefónico trenzado de calidad de voz no adecuado para las transmisiones de datos. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 1MHz.

Categoría 2: Cable par trenzado sin apantallar. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 4 MHz Este cable consta de 4 pares trenzados de hilo de cobre.

Categoría 3: Velocidad de transmisión típica de 10 Mbps para Ethernet. Con este tipo de cables se implementa las redes Ethernet 10BaseT. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 16 MHz Este cable consta de cuatro pares trenzados de hilo de cobre con tres entrelazados por pie.

Categoría 4: La velocidad de transmisión llega hasta 20 Mbps Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 20 MHz Este cable consta de 4 pares trenzados de hilo de cobre.

Categoría 5: Es una mejora de la categoría 4, puede transmitir datos hasta 100Mbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 100 MHz Este cable consta de cuatro pares trenzados de hilo de cobre.

Categoría 6: Es una mejora de la categoría anterior, puede transmitir datos hasta 1Gbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 250 MHz

Categoría 7. Es una mejor de la categoría 6, puede transmitir datos hasta 10 Gbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 600 MHz”

1.2 Cable de par trenzado blindado (STP: Shield Twiested Pair)

El cable de par trenzado blindado (STP) combina las técnicas de blindaje, cancelación y trenzado de cables. Tiene una funda de metal o un recubrimiento de malla entrelazada que envuelve cada par de hilos aislados; lo que hace que tenga mayor protección que el UTP, protegiéndolo contra interferencias y ruido eléctrico, haciendo que sea difícil de instalar.

Es utilizado generalmente dentro de centros de informática por su capacidad y sus buenas características contra las radiaciones electromagnéticas. La pantalla del STP, para que sea más eficaz, requiere una configuración de interconexión con tierra.

2. CABLE COAXIAL

El cable coaxial consiste de un conductor de cobre rodeado de una capa de aislante flexible. El conductor central también puede ser hecho de un cable de aluminio cubierto de estaño que permite que el cable sea fabricado de forma económica.

Para su conexión se utilizan conectores BNC simples y en T. En una red al final del cable principal de red se deben instalar resistencias especiales, resistores, para evitar la reflexión de las ondas de señal.

Componentes del cable coaxial:

2.1 Banda base (Baseband).

Es de bajo costo, tiene mayor inmunidad al ruido que el cable de pares y es usado en redes locales como:

10BASE-5: Coaxial grueso, 5 segmentos c/u de 500 mts, 100 estaciones por segmento.

10BASE-2: Coaxial delgado, 5 segmentos, c/u de 200 mts, 30 estaciones por segmento.

Se utiliza para transmisión digital, operando en modo halfduplex.

Está compuesto por un núcleo de cobre, aislante y malla conductora. Tiene 50 ohmios y con cables de 1 km se alcanzan 10 Mbps

Existen dos tipos de cable coaxial banda base: coaxial grueso (Thick) y coaxial fino (Thin).

2.2 Banda ancha (Broadband)

Es utilizado para infraestructura de TV por cable, para la transmisión de datos con el acceso a Internet y también permite aplicaciones en tiempo real. Se conoce como la red HFC (Hybrid Fiber Coaxial).

Tiene un alcance de 5 Kmts, un ancho de banda de 300-450 MHz y un tamaño de canal de TV de 6 MHz Es posible alcanzar hasta 150 Mbps, pero necesita amplificadores intermedios que conviertan el canal en unidireccional.

Broadband se utiliza para transmisión analógica y aunque cada canal es half dúplex, con 2 se obtiene full dúplex.

3. FIBRA ÓPTICA

La luz es una onda electromagnética y por tanto posee características como reflexión y refracción. La fibra óptica se basa en este último principio, donde en vez de corriente eléctrica se transmite luz. Está construida a partir de vidrio (SiO2) o plásticos altamente puros (Kebral).

Para transmisión digital la presencia de luz simboliza un 1, y la ausencia un 0. Puede transmitirse hasta a 1000 Mbps en 1 km y 100 km sin repetidores (a menor velocidad). Aunque hoy tiene un ancho de banda de 50.000 Gbps, es limitada por la conversión entre las señales ópticas y eléctricas (1 Gbps).

El sistema de fibra óptica está constituido por 3 componentes que son:

Emisor: Es la fuente de Luz (LED/LASER) que se encarga de convertir energía eléctrica en óptica.

Medio: La fibra óptica encargada de llevar los pulsos de luz.

Receptor: El Foto detector que convierte pulsos de luz en eléctricos.

Principios de la propagación de la luz

La fibra óptica está compuesta por dos capas de vidrio, cada una con distinto índice de refracción. El índice de refracción del núcleo es mayor que el del revestimiento, por la cual, la luz introducida al interior de la fibra se mantiene y propaga a través del núcleo.

El modo de propagación hace referencia a las diferentes trayectorias que sigue la luz al interior del núcleo en su recorrido del origen al destino. La fibra puede ser: Multimodo o Monomodo.

CONECTORES DE FIBRA OPTICA:

Usos de la Fibra Óptica

Ventajas

Mayor ancho de banda.
Mayor distancia por menor atenuación.
Ocupa menos espacio.
Al ser un dieléctrico es mejor en entornos con tierras eléctricas diferentes, o para evitar descargas ante rayos.
Su ancho de banda es muy grande, gracias a técnicas de multiplexación por división de frecuencias, que permiten enviar hasta 100 haces de luz (cada uno con una longitud de onda diferente) a una velocidad de 10 Gb/s cada uno por una misma fibra, se llegan a obtener velocidades de transmisión totales de 1 Tb/s.
Es inmune totalmente a las interferencias electromagnéticas.
Es segura, ya que al permanecer el haz de luz confinado en el núcleo, no es posible acceder a los datos trasmitidos por métodos no destructivos. Además se puede instalar en lugares donde puedan haber sustancias peligrosas o inflamables, porque no transmite electricidad.
Mayor resistencia a medios corrosivos.

Desventajas.

Es más costosa, en parte por la necesidad de usar transmisores y receptores más caros.
Requiere herramienta especial
Por la alta fragilidad de las fibras requiere mayor cuidado en la instalación y mantenimiento.
Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar, especialmente en el campo, lo que dificulta las reparaciones en caso de ruptura del cable.
No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores intermedios.
No existen memorias ópticas.

MEDIOS NO GUIADOS

Los medios no guiados son aquellos en los cuales no se utiliza cable, sino que las señales se propagan a través del medio. Las transmisiones no guiadas se pueden clasificar en tres: radio frecuencia, microondas y luz (infrarrojos/láser).

EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

• “Para su estudio se divide en bandas o rangos de frecuencias cuyas características son similares.

• Las ondas de radio, microondas, las infrarrojas y la luz se pueden usar para transmisión de información.

• Los rayos Ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma son de mayor frecuencia pero difíciles de producir y modular. Además perjudiciales para los seres vivos. “

• Espectro de radiofrecuencias: Hace referencia a cómo está dividido todo el ancho de banda que se puede emplear para transmitir diversos tipos de señales.

TIPOS DE ONDAS

Ondas de radio.

(10 KHz-100 MHz). Las ondas de radio son fáciles de generar, pueden cruzar distancias largas y entrar fácilmente en los edificios. Si las ondas tienen frecuencias bajas, pasan por los obstáculos y la potencia disminuye con la distancia; si las ondas tienen frecuencias

Más altas van en líneas rectas y rebotan en los obstáculos, aunque la lluvia las absorbe. Son omnidireccionales, lo cual implica que los transmisores y receptores no tienen que tener línea de vista.

Microondas.

“(100 MHz-10 GHz). Van en líneas rectas. Antes de la fibra formaban el centro del sistema telefónico de larga distancia. La lluvia las absorbe.

Infrarrojos.

Se usan en la comunicación de corta distancia (control remoto de televisores). No pasan por las paredes. No se pueden usar fuera.

Ondas de luz.

Se usan láser. Ofrecen un ancho de banda alto con costo bajo, pero el rayo lo afecta la lluvia y la polución”.

TOPOLOGÍAS DE REDES

Se refiere a la forma en que está diseñada la red; ya sea física o lógicamente. Dos o más dispositivos se conectan a un enlace; dos o más enlaces forman una topología.

“La topología de una red es la representación geométrica de la relación entre todos los enlaces y los dispositivos que los enlazan entre sí (habitualmente denominados nodos)”.

A continuación se definen las cinco topologías básicas:

Malla

En esta topología cada dispositivo tiene un enlace punto a punto y dedicado con otro dispositivo cualquiera.

Ventajas de la topología malla:

El uso de los enlaces dedicados garantiza que cada conexión sólo debe transportar la carga de datos propia de los dispositivos conectados.
Si un enlace falla, no se inhabilita todo el sistema.
Hay privacidad y seguridad; ya que los mensajes viajan a través de una línea dedicada y las fronteras físicas evitan que otros usuarios puedan tener acceso a los mismos.
Los enlaces punto a punto hacen que se puedan identificar y aislar los fallos más fácilmente; es decir, el tráfico se puede encaminar para evitar los enlaces de los que se sospecha que tienen problemas.

Desventajas de la topología malla:

Se requiere gran cantidad de cable y puertos de entrada/salida.
La instalación y reconfiguración de la red es difícil y tediosa.
La masa de cables puede ser mayor que el espacio disponible para acomodarla (en paredes, techos o suelos).
El hardware necesario para conectar cada enlace (puertos de entrada/salida y cables) puede ser excesivamente costoso.
Por las razones mencionadas anteriormente la topología en malla se suele instalar usualmente en entornos reducidos.

Estrella

La topología en estrella tiene un nodo central, desde el que se dispersan todos los enlaces hacia los demás nodos.

Cada dispositivo solamente tiene un enlace punto a punto dedicado con el concentrador (controlador central), por donde pasa toda la información que circula por la red.

La topología en estrella no permite el tráfico directo de dispositivos. El controlador actúa como un puente: si un dispositivo quiere enviar datos a otro, envía los datos al controlador; que lo re direcciona al dispositivo final.

Ventajas de la topología estrella:

La topología en estrella es más barata que la topología en malla. En la topología en estrella cada dispositivo necesita solamente un enlace y un puerto de entrada/salida para conectarse a cualquier numero de dispositivos.
Es mucho más fácil de configurar e instalar.
Requiere de menos instalación de cables que la topología en malla.
La conexión, desconexión y traslado de dispositivos afecta solo una conexión: la que existe entre el dispositivo y el concentrador.
Si falla un enlace solo este se ve afectado, todos los demás permanecen activos; lo que permite identificar y aislar fallas de una forma sencilla.

Desventajas de la topología estrella:

La principal desventaja es que si el nodo central falla, toda la red se desconecta.
Aunque la topología en estrella requiere de más cable que otras topologías de red (árbol, anillo o bus)

Árbol

“La topología en árbol es una variante de la estrella. Como en la estrella, los nodos del árbol están conectados a concentrador central que controla el tráfico de la red. Sin embargo, no todos los dispositivos se conectan a un concentrador central. La mayoría de los dispositivos se conectan a un concentrador secundario que, a su vez, se conecta al concentrador central.

Las ventajas y desventajas de la topología en árbol son básicamente las mismas que la de la topología en estrella.

Bus

La topología de bus es multipunto. A diferencia de las anteriores. Ésta tiene todos sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene ninguna otra conexión entre nodos. Físicamente cada host está conectado a un cable común, por lo que la comunicación es directa.

Ventajas de la topología bus:

Facilidad de instalación.
Esta topología permite que todos los dispositivos de la red puedan ver todas las señales de todos los demás dispositivos; buena topología si lo que se desea es que todos los dispositivos obtengan la información.

Desventajas de la topología bus:

Dificultad para agregar nuevos dispositivos.
Problemas de tráfico y colisiones.
Un fallo o rotura del bus interrumpe todas las transmisiones y hace que los host queden desconectados.

Anillo

En la topología en anillo tiene una línea de conexión dedicada y punto a punto solamente con los dos dispositivos que están a sus lados. Para que la información pueda circular, cada estación debe transferir la información a la estación adyacente.

Ventajas de la topología anillo: