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UD. 2: Modelos de Redes de Área Local

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2. MODELOS DE REDES DE ÁREA LOCAL

ÍNDICE

1. La organización de la red

1.1. Distribución de la red y sus tipos básicos

1.2. Necesidad de la red de área local

2. Topologías de red

3. Familias de protocolos

3.1. Conceptos preliminares

3.2. Familias de protocolos más usuales

4. El modelo de referencia OSI

4.1. Descripción básica de OSI

4.2. Tipos de servicios definidos en OSI

4.3. Niveles OSI orientados a la red

4.4. La capa de transporte

4.5. Niveles OSI orientados a la aplicación

5. La familia de protocolos TCP/IP

5.1. Los protocolos básicos en TCP/IP

5.2. El direccionamiento de red en TCP/IP

6. Utilidades propias de TCP/IP

7. Familia de protocolos de Microsoft

8. El nivel de acceso al medio

8.1. La subcapa MAC

8.2. La subcapa LLC


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1. LA ORGANIZACIÓN DE LA RED

Las redes de área local se organizan como un conjunto ordenado de protocolos de comunicación que operan sobre una topología bien definida, que le indica cómo se conectan los ordenadores de la red.

Actividad 1. Busca en Internet la siguiente definición:

¿Qué es un protocolo?

Llamaremos host o nodo a un ordenador con capacidad de interactuar en red o capaz de alojar algún tipo de servicio de red.

1.1. Distribución de la red y sus tipos básicos

En las redes hay, principalmente, ordenadores con una o ambas de estas funciones básicas: ser cliente o ser servidor. Un cliente es un ordenador de la red que se aprovecha de los servicios que brinda otro ordenador llamado servidor.

SISTEMAS AISLADOS, EN RED Y DISTRIBUIDOS

Un sistema aislado es un ordenador incapaz de comunicarse con el exterior por vía telemática. A cada sistema se le añade el software y el hardware necesario para poder operar en red.

Los sistemas aislados efectúan conexiones temporales a través de redes públicas para efectuar intercambios de información con el exterior: se dice el sistema está realizando conexiones remotas temporales.

Otro segundo modo de interconectar ordenadores es la conexión en red. De este modo, distintos equipos se conectan a través de redes de datos, pero sin perder su identidad propia.

Un sistema distribuido está constituido también por una red de ordenadores, pero tiene una peculiaridad especial: la existencia de múltiples ordenadores en la red es totalmente transparente al usuario.

TIPOS DE RED POR EL MODO DE BRINDAR SERVICIOS

Hay sistemas operativos de red que están especializados en funciones de cliente y otros en funciones de servidor. Esto hace que cada nodo de la red venga definido por su función de cliente o de servidor. El servidor es el que brinda el servicio y el cliente es que se beneficia de los servicios suministrados por un servidor.

En el caso de una red cliente-servidor, los servidores suelen estar dedicados, es decir, cumplen solo la función prevista para ellos, la de proporcionar uno o varios servicios. Esto los hace inapropiados para ejecutar aplicaciones de usuario desde su consola. Un ejemplo de sistema operativo de red para redes cliente-servidor es Novell Netware.


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En las redes entre iguales o peer to peer, el sistema operativo de red puede actuar como cliente o como servidor simultáneamente. Así, cada nodo de la red puede ser cliente con respecto a un servicio que le prevé otro nodo y servidor con respecto de otros clientes de la red que se benefician de sus servicios. Los servidores suelen ser no dedicados, es decir, el servidor es un puesto más de la red con posibilidad de ejecutar aplicaciones de usuario desde su consola, aunque esto disminuirá el rendimiento del servidor como tal. Un ejemplo de sistema operativo de red para redes peer to peer es Microsoft Windows en cualquiera de sus versiones, Linux o Apple.

Actividad 2. Identificación de los servidores y las estaciones de una instalación:

Sobre la clase: identifica los ordenadores que tienen la función de servidores y los de clientes. ¿Es una red cliente-servidor? Si tu respuesta es afirmativa ¿Por qué? ¿Hay ordenadores aislados en la clase?

1.2. Necesidad de una Red de Área Local (LAN)

En un PC aislado se pierden los beneficios de la utilización del resto de los recursos de la organización (impresoras, datos de otros usuarios, mensajes, etc.), que pueden facilitar tareas y fomentar la cooperación con otros usuarios de la red: las redes vienen a solucionar este aislamiento.

FACTORES QUE HACEN NECESARIA UNA LAN

En una instalación de red se pueden utilizar recursos y compartir archivos, evitando la información redundante y los trabajos duplicados. Las redes proporcionan la posibilidad de centralizar los datos y poder establecer permisos y seguridad sobre los distintos recursos, hacer backup o copias de seguridad de modo selectivo, etc.

Factores que aconsejan la utilización de una red de área local

Razones económicas: Compartir periféricos evita la necesidad de que cada nodo de la red tenga localmente todos los recursos, lo que multiplica su número y encarece los costes.

Posibilidad de compartir datos: En el desarrollo de la tarea propia de cualquier organización, es imprescindible compartir los datos que se generan en los distintos estados de un proceso. Es necesario, un sistema en el que los distintos usuarios de la red intercambien sus datos con el fin de facilitar una cooperación entre ellos.

Creación de sistemas de información distribuida: En ocasiones es imposible que toda la información que se debe utilizar resida en el mismo ordenador, ni siquiera en la misma red. Esto lleva a la necesidad de crear sistemas distribuidos de información, que requieren de enlaces seguros para el transporte de los datos desde el punto en donde residen hasta el lugar en donde son utilizados o procesados.

Evitar redundancias inútiles de información: En sistemas aislados, cuando distintos usuarios utilizan la misma información, cada uno debe poseer una copia de los datos que utilizará y esto produce desfases de la información original. Evitaremos que haya información redundante e incluso contradicciones, susceptible de este tipo de problemas, si todos los usuarios de la red trabajan con la misma copia de la información, la única que existe de modo online en el sistema.

Proceso distribuido: Un sistema informático en red permite que el trabajo que desarrolla el sistema se distribuya entre los distintos nodos que componen la red, de modo que las cargas queden distribuidas entre todos los equipos.

Recursos compartidos: Una red permite tener recursos a disposición de los usuarios de la red con derechos de acceso sobre ellos.

Simplificación de la gestión de los sistemas: Tener la posibilidad de centralizar información o procedimientos facilita la administración y gestión de los equipos.

Trabajo colaborativo: La red de área local permite la integración de los procesos y los datos de cada uno de los usuarios en un sistema de trabajo colaborativo o workflow, lo que permite


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la automatización de las tareas y del flujo de datos en todas sus fases, así como el control del estado en el que se encuentra cada una de las tareas que lo componen.

Centralización de la gestión de almacenamiento y del backup: Las modernas redes de tamaño medio o grande tienden a concentrar sus recursos de almacenamiento de información de modo que puedan ser gestionados con mayor facilidad. Estos sistemas de almacenamiento suelen incorporar la estructura necesaria para la realización de copias de seguridad.

CARACTERISTICAS ESENCIALES DE UNA LAN

La organización de estándares IEEE proporciona una definición oficial del concepto de red de área local:

Una red de área local se distingue de otros tipos de redes de datos en que las comunicaciones están normalmente confinadas a un área geográfica limitada, tal como un edificio de oficina, un almacén o un campus; utilizan un canal de comunicación de velocidad moderada o alta y una tasa de error baja.

En esta definición de la IEEE se observan los elementos esenciales de cualquier red de área local: ámbito, seguridad y velocidad.

Otro elemento que caracteriza a una red es el conjunto de protocolos que utilizan para comunicarse. Debe entenderse por protocolo al conjunto de reglas que dos ordenadores deben seguir y que por tanto comparten, para que puedan entenderse.

Otras características que aparecen en las redes de área local y que están relacionas entre sí son:

- Los canales de transmisión suelen ser de tipo multiacceso. Los nodos utilizan un único canal para comunicarse con el resto de los equipos que componen la red.

- Las líneas de comunicación suelen ser multipunto, a diferencia de las redes WAN, en donde la conexión suele ser punto a punto a través de centrales de conmutación o equipamientos de funcionalidad semejante.

- El tipo de red depende del tipo de cableado. Un cableado apropiado para el acceso a una red WAN, como el cable de pares telefónico no tiene la calidad requerida para cumplir las especificaciones de velocidad en una red de área local.

- El tipo de red también depende de la topología y de los protocolos utilizados. Las redes de área local admiten cualquier topología, mientras que las redes WAN suelen ser mallas de nodos y centrales conmutadoras.

ACTIVIDAD 3. Identificación de las características de la red de área local:

Tomando la instalación de red de la clase estudia sus características siguiendo la exposición teórica anterior para poder concluir que la instalación es una red de área local y no otro tipo de red.


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2. TOPOLOGÍAS DE RED

La topología de una red es la propiedad que indica la forma física de la red, es decir, el modo en que se disponen los equipos y el sistema de cableado que los interconecta para cumplir su función.

TOPOLOGIA EN ESTRELLA

En redes LAN con topología en estrella cada estación está directamente conectada a un nodo central común, generalmente a través de dos enlaces punto a punto, uno para transmisión y otro para recepción.

La ventaja principal reside en la seguridad. El concentrador tiene las funciones de intercomunicador entre dos estaciones y de aislador de los problemas que pudieran surgir en cualquiera de los segmentos, de modo que si un segmento se deteriora, sólo él queda sin el servicio de la red. En cambio, si se estropea el concentrador, nos quedaríamos sin red.

Existen dos alternativas para el funcionamiento del nodo central:

Modo difusión: en el que la transmisión de una trama por parte de una estación se retransmite sobre todos los enlaces de salida del nodo central (en realidad funcionaría como un bus). El dispositivo utilizado para este modo de funcionamiento es el hub o concentrador.

Modo conmutación: una trama sólo se retransmitirá al enlace destino. El dispositivo utilizado para este modo es el switch.

Un ejemplo concreto de la red en estrella es la red Ethernet 100BaseT que sigue el estándar IEEE 803.2.

TOPOLOGIA EN ANILLO

En la topología en anillo, la red consta de un conjunto de repetidores unidos por enlaces punto a punto formando un bucle cerrado. Los enlaces son unidireccionales; es decir, los datos se transmiten sólo en un sentido.

Una trama que circula por el anillo pasa por las demás estaciones, de modo que la estación de destino reconoce su dirección y copia la trama, mientras ésta la atraviesa. La trama continúa circulando hasta que alcanza de nuevo la estación origen, donde es eliminada del medio.

El dispositivo encargado de realizar físicamente el anillo se llama MAU (Multistation Access Unit), que es un tipo de concentrador con unos una serie de componentes de conmutación que crean un nuevo anillo cada vez que se conecta una nueva estación como segmento de la estrella.

Las redes en anillo utilizan protocolos libres de colisiones. Las señales recorren el anillo requiriendo retardadores para evitar que unos bits se superpongan a otros; no hay que olvidar que la transmisión en una red en anillo es secuencial, y es posible que cuando una estación quiera poner en la red el bit siguiente, todavía no se haya terminado de transmitir por el anillo el anterior.

Una red en anillo conecta todos sus equipos en torno a un anillo físico. Tampoco presenta problemas de congestión de tráfico; sin embargo, una rotura del anillo produce el fallo general de la red.

Un ejemplo concreto de la red en anillo es la red Token Ring que sigue el estándar IEEE 803.5.


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TOPOLOGIA EN BUS

Los puestos de una red en bus se conectan a una única línea de transmisión (bus) que recorre la ubicación física de todos los ordenadores.

El medio de transmisión que forma la red es un único bus multiacceso compartido por todos los nodos y se debe establecer una contienda para determinar quien tiene derechos de acceso a los recursos de comunicación en cada instante. Este sistema de contienda determina el tipo de red.

El bus tiene una estructura lineal, con el fin de evitar ecos o reflexiones no deseadas que perjudiquen las condiciones eléctricas de transmisión. Los extremos de este bus deben estar terminados con unos acopladores de impedancia eléctrica o terminadores específicos para el tipo de cable de que se trate. Son típicos los cables coaxiales RG-58con terminadores de 50 ohmios.

La ruptura del bus impide totalmente la comunicación entre cualesquiera dos nodos de la red, lo que hace que esta topología sea muy sensible a las averías en los cables o a problemas en las conexiones de los nodos a la red. Es conveniente, que los cables de datos vayas protegidos convenientemente.

El funcionamiento de esta red es muy simple pero es muy sensible a problemas de tráfico o a las roturas de los cables.

Un ejemplo concreto de la red en bus son las redes Ethernet 10Base2 o 10Base5 que siguen el estándar IEEE 802.3.

OTRAS TOPOLOGIAS MENOS COMUNES

Topología en malla: Se trata de construir una malla de cableado situando los nodos de la red en las inserciones de las mallas. De este modo, cada nodo está siempre conectado con líneas punto a punto con cualquier otro nodo.

Topología en árbol: Los nodos están colocados en forma de árbol. Es parecida a una serie de redes en estrella interconectadas salvo en que no tiene un nodo central. En cambio, tiene un nodo de enlace troncal.

Topología de interconexión total: Consiste en conectar todos los ordenadores de una red entre sí a través de líneas punto a punto.

Topologías mixtas: La topología de la red es una mezcla de las topologías básicas anteriores. Es la topología más común en redes medianas y grandes.

Conectores BNC Terminador BNC


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ACTIVIDAD 4: Identificación de la topología de red de una instalación.

Seguimos trabajando sobre la instalación de red de la clase, ¿Qué topología tiene?. ¿Existen

topologías diferentes?

RESUMEN DE LAS DIFERENTES TOPOLOGÍAS

3. FAMILIAS DE PROTOCOLOS

3.1. Conceptos básicos

EL PROTOCOLO DE COMUNICACIONES

Un protocolo es un conjunto de reglas perfectamente organizadas y convenidas de mutuo acuerdo entre los participantes en una comunicación, cuya misión es regular algún aspecto de ésta. Es habitual que los protocolos estén expuestos públicamente como normativas o recomendaciones de las asociaciones de estándares.

EL CONCEPTO DE CAPA O NIVEL

Con el fin de simplificar la complejidad de cualquier red, los diseñadores de redes han convenido estructurar las diferentes funciones que realizan y los servicios que proveen en una serie de capas o niveles.

Las capas están jerarquizadas. De esta manera, cada capa debe ocuparse exclusivamente de su nivel inmediatamente inferior, a quien solicita servicios y del nivel inmediatamente superior, a quien devuelve resultados.

Idealmente, las capas deberían estar definidas para que los cambios en una capa no implicaran cambios en las otras capas. De esta forma, el problema se descompone en varios subproblemas más abordables.


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LA INTERFAZ ENTRE CAPAS

Dos capas consecutivas establecen relaciones de comunicación. Estas relaciones son las únicas que existen en las redes estructuradas como sucesión ordenada de capas. Llamamos interfaz o interface de capa a las normas de intercomunicación entre capas.

El interfaz entendido como la definición de los servicios y operaciones que la capa inferior ofrece a la superior, se gestiona como una estructura de primitivas. Las primitivas son llamadas entrantes o salientes en cada una de las capas que sirven para solicitar servicios, devolver resultados, confirmar peticiones, etc.

Ejemplo de solicitud de servicio entre capas a través del interfaz

ARQUITECTURA DE UNA RED

La arquitectura de una red es el conjunto organizado de capas y protocolos de la misma. Esta organización está clara para que los fabricantes de software y hardware puedan diseñar sus productos con la garantía de que funcionarán en comunicación con otros equipos que sigan las mismas reglas.

LOS SISTEMAS ABIERTOS

El concepto de sistema abierto fue propuesto inicialmente por la ISO (International Organization for Estandarization) como aquel sistema compuesto por uno o más ordenadores, el software asociado, los periféricos, los procesos físicos, los medios de transmisión de la información, etc., que constituyen un todo autónomo capaz de realizar un tratamiento de la información.

Lo volvió a redefinir como un sistema capaz de interconectarse con otros de acuerdo con unas normas establecidas. La Interconexión de Sistemas Abiertos OSI (Open System Interconnection) se ocupará del intercambio de información entre sistemas abiertos. Su objetivo será la confección de una serie de normas que permitan la intercomunicación de estos sistemas.

3.1. Familias de protocolos más conocidas

FAMILIA SNA

SNA (Systems Network Architecture) es el nombre de la arquitectura de redes propia de IBM. El modelo OSI se configuró a partir de SNA; de esta arquitectura toma el número y funciones aproximada de sus capas.

La primera versión de SNA apareció en 1974. Sólo tenía capacidad para gestionar redes centralizadas en forma de árbol con un solo host al que se conectaban sus terminales.

La segunda versión data de 1976; en ella se permitían varios hosts con sus respectivos árboles, pudiendo establecer comunicaciones entre ellos. Sucesivas mejoras se fueron añadiendo en 1979 y 1985, año en el que se incluyeron el resto de las topologías y cualquier relación entre host y otras redes de área local.

Nivel N

Interfaz entre N / (N-1)

Nivel N-1

El abonado cuyo

teléfono es 0034…

está ocupado

Marca el número de

teléfono siguiente:

0034…


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Una red SNA está constituida por un conjunto de máquinas conectables a la red que se denominan nodos. SNA define cuatro tipos de nodos: terminales, controladores (máquinas que supervisan el funcionamiento de los terminales y otros periféricos), procesadores frontales (encargados de reducir la carga de CPU de los procesadores principales, y se ocupan de las labores de red) y los hosts.

Cada uno de estos nodos tiene al menos una NAU (Network Address Unit), unidad direccionable de red, que es el software por el que un proceso puede utilizar la red, es decir, el punto lógico de la red por el que alguien puede utilizar un servicio. Para poder utilizar la red, un proceso debe conectarse directamente a una NAU; a partir de aquí podrá utilizar los recursos de la red. Las NAU son los puntos de entrada a la red para los procesos de usuario.

FAMILIA NETWARE

Netware fabricado por Novell, ha sido el sistema operativo de red más utilizado en el mundo. Su alto rendimiento, su capacidad de crecimiento y la optimización de los recursos requeridos, tanto en las estaciones clientes como en las servidoras, han promocionado su utilización masiva.

Los servidores Netware han sido tradicionalmente dedicados. El resto de las estaciones son exclusivamente clientes de estos servidores. Otro factor que influye en el alto rendimiento de la red es el protocolo propietario desarrollado por Novell, denominado IPX/SPX (Internetwork Packet eXchange / Sequenced Packet eXchange, Intercambio de paquetes entre redes /Intercambio secuencial de paquetes), derivado de la red Xeros XNS (Xeros Network Service, Servicio de red de Xerox).

Algunos sistemas operativos como Windows, incorporan protocolos clónicos del IPX. En concreto los sistemas de Microsoft lo llaman NWLink.

NWLink no basta para beneficiarse de los servicios proporcionados por un servidor NetWare. IPX o NWLink son protocolos equivalentes de la capa de red en OSI. Para conseguir la utilización de los servicios necesitan crear sesiones basadas en estos servicios, lo que se consigue incorporando un redirector. En estaciones Microsoft, este redirector se denomina “Servicio Cliente de Netware”.

FAMILIA APPLETALK

Appletalk es el nombre de la red entre iguales, diseñada por Apple Computer Corporation, para su utilización en ordenadores Macintosh. El diseño original se pensó para permitir que se compartieran ficheros e impresoras entre los usuarios de la red de modo que su configuración fuera sencilla y permitiera a cualquier usuario no experto en redes beneficiarse de los servicios de red.

El primer diseño de AppleTalk fue una sencilla red que resolvía la conexión de un Macintosh a una impresora. Sin embargo, con AppleTalk se pueden confeccionar redes muy amplias y complejas. Apple siempre ha tratado de conservar la facilidad de instalación y configuración en sus desarrollos, liderando la tecnología Plug and Play. Además hay importantes sectores empresariales y docentes que han utilizado esta tecnología desde hace mucho tiempo. No hay que olvidar que los sistemas operativos de Apple para Macintosh siempre fueron gráficos y de fácil instalación.

Actualmente el sistema operativo de Apple para Macintosh está fundamentado en un núcleo UNIX y, por tanto, sin abandonar totalmente AppleTalk, la red nativa que incorpora es una red TCP/IP que es la específica de los sistemas UNIX.

Los sistemas de AppleTalk pueden ser clasificados según su capa física del modo siguiente:

Red LocalTalk: Es una red AppleTalk sobre cable serie que proporciona unas prestaciones de flujo moderadas; sin embargo, es una red muy barata, incorporada de serie en todos los Macintosh de las primeras gamas Apple, así como en las impresoras de Apple y en otros dispositivos. El sistema de cableado consiste en un bus lineal, como el caso de Ethernet. La velocidad de transferencia es de 230 kbps. El bus puede medir 300 metros como máximo y sólo permite la conexión de 32 dispositivos a la red.


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Red EtherTalk: Cuando AppleTalk tiene una Ethernet de capa física, recibe el nombre de EtherTalk. Es más caro que LocalTalk y exige un adaptador de red conectado en un spot de expansión del ordenador. En los modernos Macintosh el adaptador de red viene incorporado en la placa madre del ordenador. Es posible la conexión de más de 1000 nodos al bus Ethernet y la velocidad de transferencia es la típica Ethernet: 10 Mbps, 100 Mbps o 1 Gbps.

Red TokenTalk: Es una red AppleTalk sobre una red en anillo del tipo Token Ring; por tanto, está basada en el estándar IEEE 802.5 y tiene sus mismas prestaciones.

La evolución de las redes modernas ha permitido la incorporación a la familia AppleTalk de otros niveles físicos, como la posibilidad de AppleTalk sobre FDDI a 100 Mbps. Además, Apple ha incorporado las tecnologías Bluetooth y Wi-Fi de comunicación inalámbrica a sus equipos.

FAMILIA NETBEUI

Microsoft dispone de diversos sistemas operativos, para resolver las comunicaciones en las redes de área local. Comercializa diversos sistemas operativos, todos ellos pensados para convivir en una red. Los sistemas operativos de Microsoft son una base para la construcción de redes entre iguales.

NetBeui es un protocolo desarrollado por IBM en 1985. Algunos protocolos se encargan exclusivamente de la manipulación de datos; otros en cambio, se ocupan del intercambio de mensajes entre las aplicaciones de red. NetBeui es un protocolo entre aplicaciones. Cuando un sistema operativo de red implementa el protocolo NetBeui, los servicios son alcanzados a través del interfaz NetBIOS.

FAMILIA TCP/IP

El sistema operativo UNIX se ha comunicado con el exterior a través de una serie de protocolos cuya utilización se ha extendido mundialmente. De hecho, esta familia de protocolos se ha convertido en un estándar de facto.

La tecnología TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, Protocolo de control de la transmsión/Protocolo de Internet) está definida en un conjunto de documentos denominados RFC (Request For Comments) o Petición de Comentarios, ampliamente conocidos por la comunidad técnica internacional que se pueden encontrar en muchos servidores de Internet, por ejemplo en la página oficial de IETF (www.ietf.org).

La importancia de TCP/IP es tan grande que la mayor parte de las redes hablan TCP/IP, sin perjuicio de que además puedan incorporar otras familias nativas de protocolos.

4. EL MODELO DE REFERENCIA OSI

Los estándares son necesarios para promover la interoperativilidad entre los equipos de distintos fabricantes. Debido a la complejidad que implican las comunicaciones, un solo estándar no es suficiente. En su lugar, las distintas funcionalidades deberían dividirse en partes más manejables, estructurándose en una arquitectura de comunicaciones.

OSI es el nombre del modelo de referencia de una arquitectura de capas para redes de ordenadores y sistemas distribuidos, propuesta por la ISO (International Organization for Standarization) como estándar de interconexión de sistemas abiertos.

4.1. Descripción básica de OSI

OSI NO es realmente una arquitectura de red, sino un modelo de referencia, es decir, un punto de mira desde el que calibrar cómo deben relacionarse unas redes con otras. Es un modelo teórico.

http://www.ietf.org/


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En OSI, las funciones de comunicación se distribuyen en un conjunto jerárquico de capas. Cada capa realiza un subconjunto de tareas, relacionadas entre sí, de entre las necesarias para llegar a comunicarse con otros sistemas. Como mencionábamos anteriormente, cada capa se sustenta en la capa inmediatamente inferior, la cual realizará funciones más primitivas, ocultando los detalles a las capa superiores.

OSI recoge una estructuración de los servicios de red en siete capas o niveles: La primera capa es la más cercana al medio físico de transmisión, mientras que la séptima capa es la más cercana a las aplicaciones de usuario.

Cuando un usuario necesita transmitir datos a un destino, el sistema de red va añadiendo información de control (cabeceras) para cada uno de los servicios que utilizará la red para ejecutar la orden de transmisión.

Los siete niveles de OSI reciben los siguientes nombres de menor a mayor: físico, enlace, red, transporte, sesión, presentación y aplicación.