CAPITULO 1

Como y donde se usan las computadoras:

Las computadoras cumplen un papel cada vez más importante y casi indispensable en la vida cotidiana.

Se utilizan en todo el mundo y en todo tipo de entorno. Se emplean en empresas, entornos de fabricación, hogares, oficinas gubernamentales y organizaciones sin fines de lucro. Las escuelas usan computadoras para instruir a los estudiantes y para llevar registros de ellos. Los hospitales utilizan computadoras para llevar registros de los pacientes y para brindar atención médica.

Además de estos tipos de computadoras, también hay muchas computadoras personalizadas diseñadas para funciones específicas. Estas computadoras se pueden integrar en dispositivos, como televisores, cajas registradoras, sistemas de sonido y otros dispositivos electrónicos. Hasta se pueden hallar incorporadas a artefactos como hornos y refrigeradoras, y se emplean en automóviles y aeronaves.

¿Dónde hay computadoras en su entorno?

Las computadoras se usan por muchas razones y en muchos lugares diferentes. Pueden tener diferentes tamaños o potencias de procesamiento, pero todas tienen algunas características en común. Para que cumplan funciones útiles, en la mayoría de las computadoras hay tres cosas que deben funcionar en conjunto:

1. Hardware: componentes físicos, tanto internos como externos, que conforman una computadora.

2. Sistema operativo: Un conjunto de programas informáticos que administra el hardware de una computadora. El sistema operativo controla los recursos de la computadora, incluyendo la memoria y el almacenamiento en disco. Un ejemplo de sistema operativo es Windows XP.

3. Software de aplicación: Programas cargados en la computadora para cumplir una función específica usando las capacidades de la computadora. Un ejemplo de software de aplicación es un procesador de textos o un juego.

Aplicaciones locales y de red

La utilidad de una computadora depende de la utilidad del programa o de la aplicación que se haya cargado. Las aplicaciones se pueden dividir en dos categorías generales:

Software comercial o industrial: Software diseñado para ser usado en una industria o un mercado específicos. Por ejemplo: herramientas de administración de consultorios médicos, herramientas educativas y software legal.

Además de software comercial o industrial y de uso general, las aplicaciones pueden clasificarse en locales o de red.

Aplicación local: Una aplicación local es un programa, como un procesador de textos, almacenado en la unidad de disco duro de la computadora. La aplicación sólo se ejecuta en esa computadora.

Aplicación de red: Una aplicación de red está diseñada para ejecutarse en una red, como Internet. Una aplicación de red tiene dos componentes: uno que se ejecuta en la computadora local y otro que se ejecuta en una computadora remota. El correo electrónico es un ejemplo de aplicación de red.

La mayoría de las computadoras tiene instalada una combinación de aplicaciones locales y de red.

Clases de computadoras:

Existen muchos tipos diferentes de computadoras, entre ellos:

Computadoras centrales

Servidores

Computadoras de escritorio

Estaciones de trabajo

Computadoras portátiles

Dispositivos portátiles de mano

Cada tipo de computadora se diseñó teniendo en cuenta una función particular, por ejemplo acceso portátil a información, procesamiento de gráficos detallados, etc.

Servidores, computadoras de escritorio y estaciones de trabajo:

Servidores

Los servidores son computadoras de alto rendimiento utilizadas en empresas y otras organizaciones. Los servidores brindan servicios a muchos usuarios finales o clientes.

El hardware del servidor se optimiza para lograr un tiempo de respuesta rápido para múltiples solicitudes de red. Los servidores tienen varias unidades de procesamiento central (CPU), grandes cantidades de memoria de acceso aleatorio (RAM) y varias unidades de disco de alta capacidad que permiten encontrar información de manera muy rápida.

Computadoras de escritorio

Las computadoras de escritorio admiten muchas opciones y capacidades. Existe una gran variedad de gabinetes, fuentes de energía, unidades de disco duro, tarjetas de vídeo, monitores y otros componentes. Las computadoras de escritorio pueden tener diferentes tipos de conexión, opciones de vídeo y una amplia gama de periféricos compatibles.

Estación de trabajo

Las estaciones de trabajo son computadoras comerciales muy potentes. Están diseñadas para aplicaciones especializadas de nivel superior, como programas de ingeniería, por ejemplo, CAD (diseño asistido por computadora). Las estaciones de trabajo se usan para diseño de gráficos 3-D, animación de vídeo y simulación de realidad virtual. También se pueden usar como estaciones de administración para telecomunicaciones o equipos médicos.

Dispositivos portátiles:

Además de varios tipos de computadoras estacionarias, existen muchos dispositivos electrónicos portátiles.

Estos dispositivos portátiles varían en tamaño, potencia y capacidad gráfica, y entre ellos se encuentran los siguientes:

   Computadora portátil

   Tablet PC

   Computadora de bolsillo

   Asistente digital personal (PDA)

   Dispositivo de juegos

   Teléfono celular

Representación digital de la información

En las computadoras, la información se representa y se almacena en un formato binario digital. El término bit es una abreviatura de dígito binario y representa el dato más pequeño posible. Los seres humanos interpretamos palabras e imágenes; las computadoras sólo interpretan patrones de bits.

Las computadoras utilizan códigos binarios para representar e interpretar letras, números y caracteres especiales mediante bits. Un código muy utilizado es el Código estadounidense normalizado para el intercambio de información (ASCII). Con ASCII, cada carácter se representa mediante una cadena de bits. Por ejemplo:

Mayúscula: A = 01000001

Número: 9 = 00111001

Carácter especial: # = 00100011

Cada grupo de ocho bits, como las representaciones de letras y números, se conoce como byte.

Medición de la capacidad de almacenamiento de datos:

Mientras que el bit es la representación más pequeña de datos, la unidad básica de almacenamiento digital es el byte. Un byte consta de 8 bits y es la unidad de medida (UOM) más pequeña empleada para representar la capacidad de almacenamiento de datos.

Al referirnos al espacio de almacenamiento, utilizamos los términos bytes (B), kilobytes (KB), megabytes (MB), gigabytes (GB) y terabytes (TB).

Un kilobyte es un poco más de mil bytes (específicamente 1024). Un megabyte representa más de un millón de bytes (1 048 576). Un gigabyte son 1 073 741 824 bytes y así sucesivamente. El número exacto se obtiene elevando 2 a la n. Ejemplo: KB = 2^10; MB = 2^20; GB = 2^30.

Medición de la velocidad, la resolución y la frecuencia

Una de las ventajas de la información digital es que se puede transmitir a grandes distancias sin afectar la calidad. El módem se usa para convertir la información binaria a un formato adecuado para transmitirla por el medio.

Los medios más utilizados son los siguientes:

Cables, que usan pulsos de electricidad mediante hilos de cobre.

Fibra óptica, que emplea pulsos de luz mediante fibras hechas de vidrio o plástico.

Tecnología inalámbrica, que utiliza pulsos de ondas de radio de baja potencia.

Tiempo de descarga

Los tiempos de descarga calculados son estimaciones y dependen de la conexión de cable, la velocidad del procesador de la computadora y otros factores. Para obtener una estimación del tiempo que toma descargar un archivo, divida el tamaño del archivo por la velocidad de transferencia de datos. Por ejemplo: ¿cuánto tiempo lleva transferir una foto digital de baja resolución de 256 KB con una conexión por cable de 512 kbps? Primero, convierta el tamaño del archivo a bits: 8 x 256 x 1024 = 2 097 152 bits. 256 KB corresponden a 2097 kb. Observe que 2 097 152 se redondea al múltiplo de 1000 más cercano, de manera que se usa k minúscula. Entonces el tiempo de descarga es 2097 kb dividido por 512 kbps, lo cual equivale a alrededor de 4 segundos.

Resolución de pantalla de la computadora

La resolución gráfica se mide en píxeles. Un píxel es un punto independiente de luz que se muestra en un monitor. La calidad de la pantalla de la computadora se define por la cantidad de píxeles horizontales y verticales que pueden verse. Por ejemplo: un monitor de pantalla ancha puede mostrar 1280 x 1024 píxeles con millones de colores. En las cámaras digitales, la resolución de imagen se mide por la cantidad de megapíxeles que se capturan en una fotografía.

Frecuencias analógicas

Hertz es una medida de la velocidad con que algo cumple un ciclo o se actualiza. Un hertz representa un ciclo por segundo. En las computadoras, la velocidad del procesador se mide por la velocidad con que puede cumplir un ciclo para ejecutar instrucciones, lo cual se mide en hertz. Por ejemplo: un procesador que funciona a 300 MHz (megahertz) ejecuta 300 millones de ciclos por segundo. Las transmisiones inalámbricas y las radiofrecuencias también se miden en hertz.

Sistemas de computación

Existen muchos tipos de computadoras. ¿Qué hace que una computadora sea mejor que otra para jugar a un juego nuevo o reproducir un nuevo archivo de audio? La respuesta es: los componentes y los periféricos que componen el sistema de computación.

Computadoras ya ensambladas

Ventajas:

Menor costo.

Sirven para la mayoría de las aplicaciones.

No hay período de espera por armado.

Suelen usarlas los consumidores con menos conocimientos, que no tienen exigencias especiales.

Desventajas:

Por lo general, no ofrecen el nivel de rendimiento que se puede obtener con las computadoras personalizadas.

Computadoras personalizadas

Ventajas:

El usuario final puede especificar los componentes exactos para satisfacer sus necesidades.

Por lo general, admiten aplicaciones de mayor rendimiento, como aplicaciones gráficas, aplicaciones para servidores y juegos.

Desventajas:

Suelen costar más que un dispositivo ya ensamblado.

Mayor período de espera por el armado.

Motherboard CPU y  RAM

Una motherboard es una gran placa de circuitos empleada para conectar los elementos electrónicos y los circuitos necesarios que componen el sistema de computación. Las motherboards contienen conectores que permiten unir a la placa componentes fundamentales del sistema, como la CPU y la RAM. La motherboard mueve datos entre las diferentes conexiones y los componentes del sistema.

La motherboard que seleccione debe:

   Admitir el tipo y la velocidad de CPU seleccionados

   Admitir la cantidad y el tipo de RAM de sistema requeridos por las aplicaciones

   Tener suficientes ranuras del tipo correcto para aceptar todas las tarjetas de interfaz requeridas

   Tener suficientes interfaces del tipo correcto

Unidad de procesamiento central (CPU)

La CPU, o el procesador, es el centro nervioso del sistema de computación. Es el componente que procesa todos los datos dentro de la máquina. El tipo de CPU es lo primero en lo que debe pensar al construir o actualizar un sistema de computación. En el momento de seleccionar una CPU, la velocidad del procesador y la del bus son dos factores importantes.

Velocidad del procesador

La velocidad del procesador mide la velocidad a la que la CPU ejecuta ciclos de información. Se suele medir en MHz o GHz. Cuanto mayor sea la velocidad, más rápido será el rendimiento. Los procesadores más rápidos consumen más energía y generan más calor que los lentos. Por eso, los dispositivos móviles, como las computadoras portátiles, suelen utilizar procesadores más lentos, que consumen menos energía para prolongar el tiempo de funcionamiento con baterías.

Velocidad del bus

Las CPU transfieren datos entre diferentes tipos de memoria de la placa del sistema cuando están en funcionamiento. La ruta para este movimiento de datos se denomina bus. En general, cuanto más veloz es el bus, más veloz es la computadora.

Tarjetas adaptadoras

Las tarjetas adaptadoras agregan funciones a los sistemas de computación. Están diseñadas para conectarse a un conector o a una ranura de la motherboard y convertirse en parte del sistema. Muchas motherboards están diseñadas para incorporar las funciones de estas tarjetas adaptadoras en la motherboard. De esta manera, se evita tener que adquirir e instalar tarjetas por separado. Si bien esto brinda las funciones básicas, al agregar tarjetas adaptadoras se suele obtener un mejor nivel de rendimiento.

Las siguientes son algunas de las tarjetas adaptadoras más comunes:

   Tarjetas de vídeo

   Tarjetas de sonido

   Tarjetas de interfaz de red

   Módems

   Tarjetas de interfaz

   Tarjetas controladoras

Almacenamiento magnético

Los dispositivos de almacenamiento magnético son los más comunes en las computadoras. Estos dispositivos almacenan información en formato de campos magnéticos. Entre ellos están los siguientes:

   Unidades de disco duro

   Unidades de disquete

    Unidades de cinta

Unidades ópticas

Los dispositivos de almacenamiento óptico usan rayos láser para registrar información mediante la creación de diferencias en la densidad óptica. Estos dispositivos incluyen los CD y DVD, y vienen en tres formatos diferentes:

   Sólo lectura: CD, DVD

   Una sola escritura: CD-R, DVD-R

   Varias escrituras: CD-RW, DVD-RW

Los precios de estos dispositivos siguen bajando y la mayoría de las computadoras ahora incluye unidades de DVD-RW que almacenan alrededor de 4,7 GB de datos en un solo disco.

Memoria estática y tarjetas de memoria

Los dispositivos de memoria estática utilizan chips de memoria para almacenar información. Esta información se retiene aunque se apague la fuente de energía. Se conectan a un puerto USB de la computadora y ofrecen capacidad de 128 MB y más. Debido a su tamaño y forma, estos dispositivos se conocen como claves de memoria USB o unidades flash y prácticamente han reemplazado los disquetes para el transporte de archivos entre sistemas. Muchos dispositivos portátiles y de mano dependen exclusivamente de memoria estática para el almacenamiento.

Dispositivos periféricos

Los dispositivos periféricos se pueden dividir en cuatro categorías: de entrada, de salida, de almacenamiento y de networking. Los siguientes son algunos ejemplos.

   Dispositivos de entrada: bola de seguimiento, joystick, escáner, cámara digital, digitalizador, lectora de código de barras, micrófono

   Dispositivos de salida: impresora, trazador, altavoces, auriculares

   Dispositivos de almacenamiento: unidad de disco duro secundaria, dispositivos de CD/DVD externos, unidades flash

   Networking: módems externos, NIC externa

                                     

Gabinete y fuente de energía

Una vez que se determinaron todos los componentes internos y las conexiones, se debe determinar el gabinete. Algunos están diseñados para ser colocados sobre el escritorio del usuario, mientras que otros se colocan debajo del escritorio. Las computadoras diseñadas para ser colocadas sobre el escritorio brindan fácil acceso a interfaces y unidades, pero ocupan valioso espacio. Una torre o minitorre se puede usar en el escritorio o debajo de la mesa. Más allá del estilo de gabinete que elija, seleccione uno con suficiente espacio para todos los componentes.

Supresor de sobrevoltaje

Los supresores de sobrevoltaje están diseñados para eliminar picos de voltaje de la línea de energía y evitar que dañen el sistema de computación. Son relativamente económicos y fáciles de instalar.

Fuente de energía ininterrumpible

Una UPS es un dispositivo que monitorea de manera continua el suministro de energía de los sistemas informáticos y conserva la carga en una batería interna. Si se interrumpe el suministro de energía, la UPS brinda energía de respaldo al sistema sin interrupciones. La energía de respaldo proviene de una batería ubicada dentro de la UPS y sólo puede suministrar energía al sistema de computación por un período breve. Las UPS están diseñadas para otorgar tiempo suficiente al usuario final para apagar el sistema como corresponde ante una falla de energía. Una UPS también puede brindar un flujo estable de energía a la computadora y prevenir daños causados por picos de voltaje.

Seguridad y optimizaciones

Una computadora es una colección de periféricos y componentes muy complejos, que trabajan en conjunto para llevar a cabo una tarea. Ocasionalmente, uno de estos componentes falla o debe actualizarse para mejorar la funcionalidad del sistema. En estos casos, puede ser necesario abrir la computadora y trabajar dentro del gabinete.

Instalación de un  periférico y verificación de su funcionamiento

Los dispositivos periféricos, a diferencia de los componentes internos, no requieren que se abra el gabinete de la computadora para su instalación. Los periféricos se conectan a una interfaz fuera del gabinete, mediante un enlace por cable o inalámbrico. Históricamente, los periféricos se diseñaban para utilizarse conectados a un tipo de puerto específico. Por ejemplo: las impresoras para computadoras personales estaban diseñadas para conectarse a un puerto paralelo que transfería los datos de la computadora a la impresora en un formato específico.

Capitulo 2

Configuración de una computadora para la red

Además de la conexión física, se precisa configurar el sistema operativo para que la computadora participe en la red. La mayoría de las redes modernas se conecta a Internet y usa este medio para intercambiar información. En las redes, cada computadora precisa una dirección de protocolo de Internet (IP) y otra información para identificarse. La configuración IP consta de tres partes, que deben ser correctas para que la computadora envíe y reciba información por la red. Esas tres partes son las siguientes:

Dirección IP: identifica la computadora en la red.

Máscara de subred: se usa para identificar la red a la que está conectada la computadora.

Gateway por defecto: identifica el dispositivo empleado por la computadora para acceder a Internet o a otra red.

Configuración IP manual

Con la configuración manual, por lo general, un administrador de la red se encarga de introducir los valores requeridos en la computadora mediante el teclado. La dirección IP especificada se denomina dirección estática y queda asignada a esa computadora de manera permanente.

Configuración IP dinámica

Se pueden configurar las computadoras para que reciban la configuración de red de manera dinámica. Esto permite que una computadora solicite una dirección de un pool de direcciones asignadas por otro dispositivo de la red. Cuando la computadora termina de usar la dirección, la devuelve al pool para que se pueda asignar a otra computadora.

Denominación  de computadoras:

Además de la dirección IP, algunos sistemas operativos de red emplean nombres. En este entorno, cada sistema debe tener asignado un nombre exclusivo.

Un nombre del equipo brinda un nombre fácil de recordar que simplifica a los usuarios la conexión a recursos compartidos, como carpetas e impresoras, ubicados en otras computadoras.

Planificación de nombres y direcciones de red

A medida que una red crece en tamaño y complejidad, es cada vez más importante que esté bien planificada y documentada, y organizada lógicamente.

Cuando aplicar parches y porque

Una vez que se instala un sistema operativo (SO) o una aplicación, es importante mantenerlo actualizado con los parches más recientes.

Un parche es un código de programa que puede corregir un problema o ampliar las funciones de un programa o un SO. Lo suele ofrecer el fabricante para reparar una vulnerabilidad conocida o un problema reportado.

Aplicación de parches SO

Instalación automática

El SO se puede configurar para que se conecte al sitio Web del fabricante y descargue e instale actualizaciones menores sin intervención del usuario. Se pueden programar las actualizaciones para que se lleven a cabo en horarios en los que la computadora está encendida, pero no está en uso.

Solicitud de permiso

Algunos usuarios desean controlar qué parches se aplican. Ésta suele ser la elección de los usuarios que conocern el impacto que un parche puede tener sobre el rendimiento del sistema. Se puede configurar el sistema para que notifique al usuario final cuando hay un parche disponible. El usuario, entonces, debe decidir si va a descargarlo e instalarlo.

Manual

Es mejor que las actualizaciones que exigen reemplazar porciones importantes de código de un sistema se ejecuten de manera manual. Estas actualizaciones importantes suelen denominarse paquetes de servicios y están diseñadas para corregir problemas de una aplicación o un SO y, a veces, para agregar funciones. Por lo general, estos paquetes de servicios requieren que el usuario final se conecte manualmente a un sitio Web y descargue e instale la actualización. También se pueden instalar desde un CD proporcionado por el fabricante.

Parches y actualizaciones de aplicaciones

Las aplicaciones también requieren parches y actualizaciones. Por lo general, los fabricantes lanzan los parches para reparar una vulnerabilidad que se detecta en la aplicación y puede generar comportamientos no deseados.

Los exploradores y el software de oficina, como las aplicaciones de procesamiento de textos, hojas de cálculo y bases de datos, son víctimas comunes de los ataques contra redes. Estas aplicaciones precisan actualizaciones para corregir el código y, de esta manera, poder protegerse contra los ataques. El fabricante también puede desarrollar actualizaciones para mejorar las funciones del producto, sin costo adicional.

Explicación de internet

Cada día millones de usuarios intercambian información a través de Internet. Pero: ¿qué es exactamente Internet? Internet es una colección mundial de redes de computadoras que colaboran entre ellas para intercambiar información mediante estándares en común. A través de cables telefónicos, cables de fibra óptica, transmisiones inalámbricas y enlaces satelitales, los usuarios de Internet pueden intercambiar información de diversas formas.

 Proevedores de servicio de internet

Todo hogar, empresa u organización que desee conectarse a Internet debe utilizar un proveedor de servicios de Internet (ISP, Internet Service Provider). Un ISP es una compañía que proporciona las conexiones y el soporte para acceder a Internet. También puede proporcionar servicios adicionales, como correo electrónico y Web hosting.

Los ISP son esenciales para obtener acceso a Internet. Nadie puede acceder a Internet sin una computadora host, y nadie puede acceder a Internet sin pasar por un ISP.

La relación de los ISP con internet

Las computadoras individuales y las redes locales se conectan al ISP en un punto de presencia (POP, Point of Presence). Un POP es el punto de conexión entre la red del ISP y la región geográfica en particular en la que el POP presta servicio.

De acuerdo con su tamaño y el área donde presta servicio, un ISP puede tener muchos POP. Dentro de un ISP, una red de routers y switches de alta velocidad transmite los datos entre los distintos POP. Los POP están interconectados por múltiples enlaces para proporcionar rutas alternativas para los datos en caso de que un enlace falle o se sobrecargue de tráfico y se congestione.

Los ISP se conectan a otros ISP para poder enviar información más allá de los límites de su propia red. Internet está compuesta por enlaces de datos de alta velocidad que interconectan los POP con los ISP y los ISP entre sí. Estas interconexiones forman parte de una red muy grande, de gran capacidad, conocida como backbone de Internet.

Opciones para conectarse al ISP

Los ISP proporcionan una serie de formas para conectarse a Internet, de acuerdo con la ubicación y la velocidad de conexión deseada.

Generalmente, en las grandes ciudades, existen más opciones de ISP y de conexión que en un área rural. Por ejemplo: el acceso a Internet por cable sólo está disponible en ciertas áreas metropolitanas donde está disponible el servicio de televisión por cable. Las áreas remotas quizás sólo tengan acceso a través de dial-up o un satélite.

Cada tecnología de acceso a Internet utiliza un dispositivo de acceso a la red, como un módem, para conectarse al ISP. Este dispositivo puede estar incorporado en la computadora o puede ser proporcionado por el ISP.

Opciones para conectarse al ISP

La elección de la tecnología de acceso a Internet depende de la disponibilidad, los costos, el dispositivo de acceso utilizado, los medios utilizados y la velocidad de la conexión.

Niveles de servicio de los ISP

De acuerdo con el ISP y la tecnología de conexión, están disponibles varios servicios, como análisis de virus, vídeo a pedido y almacenamiento de archivos. El contrato con el ISP determina el tipo y el nivel de servicios disponibles. La mayoría de los ISP ofrece dos niveles de contrato diferentes: servicio para el hogar o servicio empresarial.

El servicio para el hogar es generalmente menos costoso que el servicio para empresas y suele proporcionar servicios reducidos, como una velocidad de conexión más lenta, menor almacenamiento en espacio Web y menos cuentas de correo electrónico. Una cuenta de hogar típica puede incluir un mínimo de cinco direcciones de correo electrónico, con la disponibilidad de direcciones adicionales con cargo extra.

Asimétrico:

Generalmente se utiliza para el hogar.

Las velocidades de descarga son superiores a las de subida.

Es necesaria para los usuarios que descargan mucho más de lo que suben.

La mayor parte de los usuarios de Internet, especialmente quienes utilizan gráficos o datos Web con gran cantidad de contenido multimedia, necesitan un ancho de banda de descarga importante.

Simétrica:

Generalmente utilizada en empresas o para usuarios que poseen servidores en Internet.

Se utiliza cuando es necesario subir grandes cantidades de tráfico, como gráficos, contenido multimedia o vídeo.

Puede transportar grandes cantidades de datos en ambas direcciones a igual velocidad.

La importancia del protocolo IP

Para que los hosts puedan comunicarse por Internet, deben ejecutar software de protocolo de Internet (IP). El protocolo IP es uno de los elementos del grupo de protocolos colectivamente denominados TCP/IP (protocolo de control de transmisiones/protocolo de Internet). El protocolo de Internet (IP) utiliza paquetes para transportar los datos. Cuando alguien juega un videojuego en Internet, conversa con un amigo, envía un correo electrónico o navega por la Web, la información que envía o recibe es transportada en forma de paquetes IP.

Como manejan los paquetes ISP

Antes de ser enviados por Internet, los mensajes se dividen en paquetes IP. Éstos tienen tamaños que van de 64 a 1500 bytes, en el caso de las redes Ethernet, y contienen principalmente datos del usuario. La descarga de una canción de 1 MB requiere más de 600 paquetes de 1500 bytes. Cada paquete individual debe tener una dirección IP de origen y una de destino.

Envio de paquetes atravez de internet

Existen herramientas de red que evalúan la conectividad con el dispositivo de destino. El comando ping evalúa la conectividad de extremo a extremo entre el origen y el destino. Mide el tiempo que tardan los paquetes de prueba en hacer un viaje de ida y vuelta entre el origen y el destino, y si la transmisión se realiza correctamente. Sin embargo, si el paquete no llega al destino o si se encuentran retrasos a lo largo del camino, no existe forma de determinar dónde se ubica el problema.

Nube de internet

Cuando los paquetes viajan por Internet pasan por varios dispositivos de red.

Se puede pensar en Internet como en una red de routers interconectados entre sí. Muy frecuentemente existen rutas alternativas entre los routers, y los paquetes pueden tomar caminos diferentes entre el origen y el destino.

Si existe un problema con el flujo del tráfico en cualquier punto de la red, los paquetes toman automáticamente una ruta alternativa.

Sería muy complejo crear un diagrama que mostrara todos los dispositivos de red y sus interconexiones. Además, el camino final de enrutamiento entre el origen y el destino generalmente no es importante; lo fundamental es que el origen pueda comunicarse con el destino. Por lo tanto, en los diagramas de redes se suele usar una nube para representar Internet o cualquier otra red compleja, sin mostrar los detalles de las conexiones. La nube permite crear diagramas simples con el enfoque sobre el origen y el destino únicamente, aunque haya varios dispositivos vinculados en el medio.

Dispositivos en la nube de internet

Los routers no son los únicos dispositivos que se encuentran en una nube de Internet ni tampoco son los únicos dispositivos que se encuentran en un ISP. Los ISP deben ser capaces de aceptar y entregar información al usuario final, y también de participar en Internet.

Los dispositivos que proporcionan conectividad a los usuarios finales deben tener tecnología que coincida con la utilizada por el usuario final para conectarse al ISP. Por ejemplo: si el usuario final utiliza la tecnología DSL para conectarse, el ISP debe contar con un multiplexor de acceso DSL (DSLAM, DSL Access Multiplexer) para aceptar estas conexiones. Para la conexión de módems por cable, el ISP debe tener un sistema de terminación de módems de cable (CMTS, Cable Modem Termination System). Algunos ISP todavía aceptan llamadas analógicas a través de módems y tienen bancos de módems para ofrecer soporte a estos usuarios. Los ISP que proporcionan acceso inalámbrico tienen equipamiento de bridging inalámbrico.

Requisitos físicos y de ambiente

La instalación de una red ubicada en un ISP y la de un hogar o una empresa pequeña son muy distintas.

La red de un hogar o una empresa pequeña proporciona una cantidad limitada de servicios para un número relativamente limitado de usuarios. La conectividad de Internet se adquiere a través de un ISP. El volumen de tráfico es pequeño y no se proporcionan servicios de transporte.

El ISP proporciona transporte y otros servicios a una gran cantidad de usuarios. Se requieren varios dispositivos diferentes para aceptar entradas de usuarios finales. Para participar en una red de transporte, deben poder conectarse a otros ISP. Los ISP manejan grandes volúmenes de tráfico y requieren equipamiento muy confiable para poder manejar la carga.

Claves de redes comunes

Para establecer la comunicación debe haber un origen, un destino y algún tipo de canal. El canal o medio proporciona un camino sobre el cual se envía la información. En el mundo de las redes, el medio suele ser algún tipo de cable físico. También puede haber radiación electromagnética, en el caso de las redes inalámbricas. La conexión entre el origen y el destino puede ser directa o indirecta, y puede abarcar varios tipos de medios.

Existen muchos tipos de cables para interconectar los diferentes dispositivos en un NOC o una red local.

Existen dos tipos de cables físicos. Los cables metálicos, generalmente de cobre, transmiten información a través de impulsos eléctricos. Los cables de fibra óptica, elaborados de vidrio o plástico, utilizan flashes de luz para transmitir la información.

Par trenzado

La tecnología Ethernet moderna generalmente utiliza un tipo de cable de cobre conocido como par trenzado (TP, Twisted Pair) para interconectar los dispositivos. Debido a que Ethernet es la base de la mayoría de las redes locales, el TP es el tipo de cable de red más usual.

Cable coaxial

El cable coaxial generalmente está elaborado en cobre o aluminio y es utilizado por las compañías de televisión por cable para proporcionar servicio. También se utiliza para conectar los diversos componentes que forman los sistemas de comunicación satelitales.

Fibra óptica

Los cables de fibra óptica están hechos de vidrio o plástico. Tienen un ancho de banda muy amplio, lo que les permite transportar grandes cantidades de datos. La fibra óptica se utiliza en las redes backbone, entornos de grandes empresas y grandes centros de datos. También es muy utilizada por las compañías de telefonía.

Estándares de cableado

El cableado es una parte integral de la construcción de cualquier red. Cuando se instala el cableado es importante seguir los estándares de cableado, que fueron desarrollados para garantizar que las redes de datos funcionen de acuerdo con niveles acordados de rendimiento.

Los estándares de cableado son un conjunto de especificaciones para la instalación y evaluación de los cables. Los estándares especifican los tipos de cables que deben utilizarse en entornos específicos, materiales conductores, diagrama de pines, tamaños de cable, blindaje, longitudes de cables, tipos de conectores y límites de rendimiento.

Cables UTP

El cable de par trenzado es el más utilizado en las instalaciones de redes. La organización TIA/EIA define dos patrones o esquemas de cableado diferentes, llamados T568A y T568B. Cada esquema de cableado define el diagrama de pines o el orden de las conexiones de cable, en el extremo del cable.

Ambos esquemas son similares, excepto en que el orden de terminación de dos de los cuatro pares está invertido. Este gráfico muestra la codificación de color y la forma en que se invierten los dos pares.

Cables directos

El cable directo es el tipo de cable más común. Asigna un cable a los mismos pines en ambos extremos del cable. Es decir: si se usa T568A en un extremo del cable, también se usa T568A en el otro extremo. Si se usa T568B en un extremo del cable, se usa T568B en el otro. Esto significa que el orden de las conexiones (el diagrama de pines) de cada color es exactamente el mismo en ambos extremos.

El tipo de cable directo (T568A o T568B) utilizado en la red define el esquema de cableado de ésta.

Cable cruzado

El cable cruzado utiliza ambos esquemas de cableado. T568A en un extremo del cable y T568B en el otro extremo del mismo cable. Esto implica que el orden de las conexiones en un extremo del cable no coincide con el orden de las conexiones en el otro.

Los cables directos y cruzados tienen usos específicos en la red. El tipo de cable necesario para conectar dos dispositivos depende de qué pares de cables utilice el dispositivo para transmitir y recibir datos.

Dispositivos disímiles

Los pines del conector de datos RJ-45 de una PC utilizan los pines 1 y 2 para la transmisión, y 3 y 6 para la recepción. Los pines en el conector de datos de un switch utilizan los pines 1 y 2 para la recepción, y los pines 3 y 6 para la transmisión. Los pines utilizados para la transmisión en la PC corresponden a los utilizados para la recepción en el switch. Por lo tanto, se requiere un cable directo.

Dispositivos similares

Si una PC está conectada directamente a otra PC, los pines 1 y 2 en ambos dispositivos son pines de transmisión, y los pines 3 y 6 son de recepción.

Un cable cruzado asegura que el cable verde conectado a los pines 1 y 2 (pines de transmisión) en una PC se conecte a los pines 3 y 6 (pines de recepción) en la otra PC.

Si se utilizara un cable directo, el cable conectado al pin 1, el pin de transmisión, en la PC1 estaría conectado al pin 1, el pin de transmisión, en la PC2. No es posible recibir datos en un pin de transmisión.

Terminación de cable UTP

Los cables UTP y STP generalmente se terminan con un conector RJ-45.

El conector RJ-45 se considera un componente macho, engarzado en el extremo del cable. En la vista frontal de un conector macho con los contactos metálicos hacia arriba, las ubicaciones de los pines se enumeran desde el 8, a la izquierda, hasta el 1, a la derecha.

El jack es considerado el componente hembra y se ubica en los dispositivos de red, tomacorrientes o paneles de conexión. El conector RJ-45 del cable se enchufa en el jack.

Se pueden comprar cables que ya incluyen los conectores RJ-45 en los extremos. También se puede realizar la terminación manualmente, en el lugar, utilizando una tenaza engarzadora. Al terminar manualmente un cable UTP con un conector RJ-45, destrence solamente una pequeña porción de cable para minimizar el crosstalk. También asegúrese de que los cables queden completamente introducidos en el extremo del conector y de que el conector RJ-45 esté engarzado en la funda del cable. Esto asegura un buen contacto eléctrico y proporciona solidez a la conexión del cable.

Prueba de cable

Cuando se realiza la terminación de un cable nuevo o reparado, es importante verificar que el cable funcione correctamente y cumpla con los estándares de conectividad. Esto puede realizarse por medio de una serie de pruebas.

La primera prueba es una inspección visual, en la que se verifica que todos los cables estén conectados de acuerdo con el estándar T568A o B.

Además de hacer un examen visual, realice una verificación eléctrica del cable para determinar si hay problemas o fallas en la instalación del cableado de red. A continuación presentamos algunas herramientas que pueden emplearse en el diagnóstico de cables:

   Analizadores de cables

   Certificadores de cable

   Multímetros

Atenuación

La atenuación, también conocida como pérdida de inserción, es un término general que hace referencia a la reducción en la potencia de una señal. La atenuación es una consecuencia natural de la transmisión de señales a través de un medio. La atenuación limita la longitud del cableado de red a través de la cual puede viajar un mensaje. Para medir la atenuación, el analizador de cables inyecta una señal en un extremo y luego mide su potencia en el otro extremo.

Crosstalk

El crosstalk es la filtración de señales entre distintos pares. Si se mide cerca del extremo transmisor, se denomina paradiafonía (NEXT, near-end crosstalk). Si se mide en el extremo receptor del cable, se denomina telediafonía (FEXT, far-end crosstalk). Ambas formas de crosstalk degradan el rendimiento de la red y a menudo son causadas por el destrenzamiento excesivo de cable cuando se colocan los terminales. Si se detectan valores altos de crosstalk, es recomendable controlar las terminaciones de los cables y volver a realizarlas según sea necesario.

Optimización del cableado

Los siguientes pasos, denominados optimizaciones, aseguran que la terminación de cables sea correcta.

1. Es importante que el tipo de cables y componentes utilizados en una red cumplan los estándares requeridos para esa red. Las redes convergentes modernas transportan tráfico de voz, vídeo y datos sobre los mismos cables; por lo tanto, los cables utilizados en las redes convergentes deben admitir todas estas aplicaciones.

2. Los estándares de cable especifican las longitudes máximas para los distintos tipos de cables. Siempre cumpla las restricciones de longitud para el tipo de cable que instale.

3. El cable UTP, al igual que el cable de cobre, es vulnerable a la EMI. Es importante que se instale el cable lejos de fuentes de interferencia, como cables de alto voltaje y luces fluorescentes. Los televisores, los monitores de computadora y los hornos de microondas son otras fuentes posibles de interferencia. En algunos entornos puede ser necesario instalar cables de datos en conductos para protegerlos de las interferencias EMI y RFI.

4. La terminación inadecuada y la utilización de cables y conectores de baja calidad puede degradar la capacidad de transporte de señal del cable. Siempre siga las reglas para la terminación de cables y realice las pruebas necesarias para verificar que la terminación se haya realizado adecuadamente.

CAPÍTULO 3

3.1.1.1.1 La tecnología de comunicación en la década de los noventa, y antes, requería redes independientes y dedicadas para la transmisión de voz, vídeo y datos informáticos. Cada una de estas redes requería un tipo diferente de dispositivo para poder tener acceso a la red. Los teléfonos, los televisores y las computadoras utilizaban tecnologías específicas y diversas estructuras de redes dedicadas para comunicarse. Pero ¿qué pasaría si los usuarios desearan tener acceso a todos estos servicios de red de manera simultánea y posiblemente mediante un único dispositivo?

Las nuevas tecnologías crean una nueva clase de red que proporciona más que un único tipo de servicio. A diferencia de las redes dedicadas, estas nuevas redes convergentes pueden proporcionar servicios de voz, vídeo y datos por el mismo canal de comunicación o la misma estructura de red.

Los nuevos productos que entran al mercado aprovechan las capacidades de las redes de información convergentes. Ahora es posible ver transmisiones de vídeo en directo en la computadora, hacer llamadas telefónicas a través de Internet o realizar búsquedas en Internet mediante un televisor. Las redes convergentes lo hacen posible.

En este curso, el término "red" hace referencia a estas nuevas redes de información convergentes que sirven para varios propósitos.

Ventajas de una red

Hay redes de todo tamaño. Pueden ir desde redes simples, compuestas por dos computadoras, hasta redes que conectan millones de dispositivos. Las redes instaladas en oficinas pequeñas, hogares y oficinas hogareñas se conocen como redes SOHO (Small Office/Home Office). Las redes SOHO permiten compartir recursos, por ejemplo impresoras, documentos, imágenes y música, entre algunas computadoras locales.

En las empresas, es posible utilizar redes grandes para publicitar y vender productos, hacer pedidos de insumos y comunicarse con los clientes. La comunicación a través de una red normalmente es más eficaz y económica que las formas de comunicación tradicionales, como puede ser el correo estándar o las llamadas telefónicas de larga distancia. Las redes permiten una comunicación rápida, por ejemplo, mediante el correo electrónico y la mensajería instantánea, y proporcionan consolidación, almacenamiento y acceso a la información que se encuentra en los servidores de una red.

Las redes empresariales y SOHO con frecuencia proporcionan una conexión compartida a Internet. Internet es considerada la "red de redes" porque literalmente está compuesta por miles de redes conectadas entre sí.

Los siguientes ejemplos muestran otros usos de las redes e Internet:

Compartir archivos de música y vídeo

Investigar y aprender en línea

Conversar con amigos

Planificar vacaciones

Comprar regalos e insumos

¿Se le ocurre alguna otra manera en la que se pueden usar las redes e Internet en la vida cotidiana?

Componentes básicos de una red Hay muchos componentes que pueden formar parte de una red, por ejemplo computadoras personales, servidores, dispositivos de networking y cables. Estos componentes se pueden agrupar en cuatro categorías principales:

Hosts

Periféricos compartidos

Dispositivos de networking

Medios de networking

Los componentes de red más conocidos son los hosts y los periféricos compartidos. Los hosts son dispositivos que envían y reciben mensajes directamente a través de la red.

Los periféricos compartidos no están conectados directamente a la red, sino a los hosts. Por lo tanto, el host es responsable de compartir el periférico a través de la red. Los hosts tienen software configurado a fin de permitir que los usuarios de la red utilicen los dispositivos periféricos conectados.

Los dispositivos de red, así como los medios de networking, se utilizan para interconectar hosts.

Algunos dispositivos pueden cumplir más de una función, según la manera en la que estén conectados. Por ejemplo: una impresora conectada directamente a un host (impresora local) es un periférico. Una impresora que está conectada directamente a un dispositivo de red y participa de forma directa en las comunicaciones de red es un host.na red

Funciones de las computadoras en una red

Todas las computadoras conectadas a una red que participan directamente en las comunicaciones de la red se clasifican como hosts. Los hosts pueden enviar y recibir mensajes a través de la red. En las redes modernas, las computadoras que son hosts pueden actuar como clientes, servidores o ambos. El software instalado en la computadora determina cuál es la función que cumple la computadora.

Los servidores son hosts con software instalado que les permite proporcionar información, por ejemplo correo electrónico o páginas Web, a otros hosts de la red. Cada servicio requiere un software de servidor diferente. Por ejemplo: para proporcionar servicios Web a la red, un host necesita un software de servidor Web.

Los clientes son computadoras host que tienen instalado un software que les permite solicitar información al servidor y mostrar la información obtenida. Un explorador Web, como Internet Explorer, es un ejemplo de software cliente.

Una computadora con software de servidor puede prestar servicios a uno o varios clientes simultáneamente.

Además, una sola computadora puede ejecutar varios tipos de software de servidor. En una oficina pequeña u hogareña, puede ser necesario que una computadora actúe como servidor de archivos, servidor Web y servidor de correo electrónico.

Una sola computadora también puede ejecutar varios tipos de software cliente. Debe haber un software cliente por cada servicio requerido. Si un host tiene varios clientes instalados, puede conectarse a varios servidores de manera simultánea. Por ejemplo: un usuario puede leer su correo electrónico y ver una página Web mientras utiliza el servicio de mensajería instantánea y escucha la radio a través de Internet.

Redes peer to Peter

El software de servidor y el de cliente normalmente se ejecutan en computadoras distintas, pero también es posible que una misma computadora cumpla las dos funciones a la vez. En pequeñas empresas y hogares, muchas computadoras funcionan como servidores y clientes en la red. Este tipo de red se denomina red peer-to-peer.

La red peer-to-peer más sencilla consiste en dos computadoras conectadas directamente mediante una conexión por cable o inalámbrica.

También es posible conectar varias PC para crear una red peer-to-peer más grande, pero para hacerlo se necesita un dispositivo de red, como un hub, para interconectar las computadoras.

La principal desventaja de un entorno peer-to-peer es que el rendimiento de un host puede verse afectado si éste actúa como cliente y servidor a la vez.

En empresas más grandes, en las que el tráfico de red puede ser intenso, con frecuencia es necesario tener servidores dedicados para poder responder a la gran cantidad de solicitudes de servicio.

Topologías de una red

En una red simple, compuesta por sólo algunas computadoras, es sencillo visualizar cómo se conectan los diferentes componentes. A medida que las redes crecen, es más difícil recordar la ubicación de cada componente y cómo está conectado a la red. Las redes conectadas por cable requieren mucho cableado y varios dispositivos de red para proporcionar conectividad a todos los hosts de la red.

Cuando se instala una red, se crea un mapa de la topología física para registrar dónde está ubicado cada host y cómo está conectado a la red. El mapa de la topología física también muestra dónde están los cables y las ubicaciones de los dispositivos de networking que conectan los hosts. En estos mapas de la topología, se utilizan íconos para representar los dispositivos físicos reales. Es muy importante mantener y actualizar los mapas de la topología física para facilitar futuras tareas de instalación y resolución de problemas.

Además del mapa de la topología física, a veces es necesario tener también una representación lógica de la topología de red. Un mapa de la topología lógica agrupa los hosts según el uso que hacen de la red, independientemente de la ubicación física que tengan. En el mapa de la topología lógica se pueden registrar los nombres de los hosts, las direcciones, la información de los grupos y las aplicaciones.

Los gráficos ilustran la diferencia entre los mapas de topología lógica y física.

Origen, canal y destino

El propósito principal de toda red es proporcionar un método para comunicar información. Desde los primeros seres humanos primitivos hasta los científicos más avanzados de la actualidad, compartir información con otros es crucial para el avance de la humanidad.

Toda comunicación comienza con un mensaje, o información, que debe enviarse de una persona a otra o de un dispositivo a otro. Los métodos utilizados para enviar, recibir e interpretar mensajes cambian a medida que la tecnología avanza.

Todos los métodos de comunicación tienen tres elementos en común. El primero de estos elementos es el origen del mensaje, o emisor. El origen de un mensaje puede ser una persona o un dispositivo electrónico que necesite comunicar un mensaje a otros individuos o dispositivos. El segundo elemento de la comunicación es el destino, o receptor, del mensaje. El receptor recibe el mensaje y lo interpreta. El tercer elemento, llamado canal, proporciona el camino por el que el mensaje viaja desde el origen hasta el destino.

Reglas de la comunicación

En cualquier conversación entre dos personas hay muchas reglas, o protocolos, que los dos participantes deben respetar para que el mensaje se transmita y se comprenda correctamente. Entre los protocolos necesarios para una comunicación humana satisfactoria, se encuentran:

Identificación del emisor y el receptor

Medio o canal de comunicación acordado (en persona, teléfono, carta, fotografía)

Modo de comunicación adecuado (hablado, escrito, ilustrado, interactivo o de una vía)

Idioma común

Gramática y estructura de las oraciones

Velocidad y momento de entrega

Imagine qué ocurriría si no hubiera protocolos o reglas que controlaran la manera en la que las personas se comunican. ¿Podrían entender lo que dicen? ¿Puede leer un párrafo que no siga los protocolos comúnmente aceptados?

Los protocolos son específicos de las características del origen, el canal y el destino del mensaje. Las reglas utilizadas para comunicarse a través de un medio (por ejemplo, una llamada telefónica) no son necesariamente las mismas que las que se utilizan para comunicarse a través de otro medio (por ejemplo, una carta).

Los protocolos definen los detalles de la transmisión y la entrega de mensajes. Entre estos detalles se incluyen los siguientes aspectos:

Formato de mensaje

Tamaño del mensaje

Sincronización

Encapsulación

Codificación

Patrón estándar del mensaje

Muchos de los conceptos y las reglas que hacen que la comunicación humana sea confiable y comprensible también se aplican a la comunicación entre computadoras.

Codificación de los mensajes

Uno de los primeros pasos para enviar un mensaje es codificarlo. Las palabras escritas, las imágenes y los idiomas orales utilizan un conjunto único de códigos, sonidos, gestos o símbolos para representar las ideas que se desea compartir. La codificación es el proceso que consiste en convertir ideas en el idioma, los símbolos o los sonidos necesarios para poder efectuar la transmisión. La decodificación revierte este proceso para interpretar la idea.

Imagine que una persona está mirando el atardecer y luego llama a otra persona para contarle la belleza de la puesta del sol. Para comunicar el mensaje, el emisor primero debe convertir en palabras, o codificar, sus ideas y percepciones acerca del atardecer. Las palabras se articulan a través del teléfono utilizando los sonidos y las inflexiones del lenguaje oral que transmiten el mensaje. En el otro extremo de la línea telefónica, la persona que está escuchando la descripción recibe los sonidos y los decodifica para visualizar la imagen del atardecer descrita por el emisor.

En la comunicación entre computadoras también hay codificación. La codificación entre hosts debe tener el formato adecuado para el medio. El host emisor, primero convierte en bits los mensajes enviados a través de la red. Cada bit se codifica en un patrón de sonidos, ondas de luz o impulsos electrónicos, según el medio de red a través del cual se transmitan los bits. El host de destino recibe y decodifica las señales para interpretar el mensaje.

Formato del mensaje

Cuando se envía un mensaje desde el origen hacia el destino, se debe utilizar un formato o estructura específico. Los formatos de los mensajes dependen del tipo de mensaje y el canal que se utilice para entregar el mensaje.

La escritura de cartas es una de las formas más comunes de comunicación humana por escrito. Durante siglos, el formato aceptado para las cartas personales no ha cambiado. En muchas culturas, una carta personal contiene los siguientes elementos:

Un identificador del destinatario

Un saludo

El contenido del mensaje

Una frase de cierre

Un identificador del emisor

Además de tener el formato correcto, la mayoría de las cartas personales también debe colocarse, o encapsularse, en un sobre para la entrega. El sobre tiene la dirección del emisor y la del receptor, cada una escrita en el lugar adecuado del sobre. Si la dirección de destino y el formato no son correctos, la carta no se entrega.

El proceso que consiste en colocar un formato de mensaje (la carta) dentro de otro formato de mensaje (el sobre) se denomina encapsulación. Cuando el destinatario revierte este proceso y quita la carta del sobre se produce la des encapsulación del mensaje.

Formato del mensaje

La persona que escribe la carta utiliza un formato aceptado para asegurarse de que la carta se entregue y de que el destinatario la comprenda. De la misma manera, un mensaje que se envía a través de una red de computadoras sigue reglas de formato específicas para que pueda ser entregado y procesado. De la misma manera en la que una carta se encapsula en un sobre para la entrega, los mensajes de las computadoras también deben encapsularse. Cada mensaje de computadora se encapsula en un formato específico, llamado trama, antes de enviarse a través de la red. Una trama actúa como un sobre: proporciona la dirección del destino y la dirección del host de origen.

El formato y el contenido de una trama están determinados por el tipo de mensaje que se envía y el canal que se utiliza para enviarlo. Los mensajes que no tienen el formato correcto no se pueden enviar al host de destino o no pueden ser procesados por éste.

Tamaño del mensaje

Imagine cómo sería leer este curso si todo el contenido apareciera como una sola oración larga; no sería fácil de comprender. Cuando las personas se comunican, los mensajes que envían, normalmente, están divididos en fragmentos más pequeños u oraciones. El tamaño de estas oraciones se limita a lo que el receptor puede procesar por vez. Una conversación individual puede estar compuesta por muchas oraciones más pequeñas para asegurarse de que cada parte del mensaje sea recibida y comprendida.

De manera similar, cuando se envía un mensaje largo de un host a otro a través de una red, es necesario separarlo en partes más pequeñas. Las reglas que controlan el tamaño de las partes, o tramas que se comunican a través de la red, son muy estrictas. También pueden ser diferentes, de acuerdo con el canal utilizado. Las tramas que son demasiado largas o demasiado cortas no se entregan.

Las restricciones de tamaño de las tramas requieren que el host de origen divida un mensaje largo en fragmentos individuales que cumplan los requisitos de tamaño mínimo y máximo. Cada fragmento se encapsula en una trama separada con la información de la dirección y se envía a través de la red. En el host receptor, los mensajes se desencapsulan y se vuelven a unir para su procesamiento e interpretación.

Sincronización del mensaje

Un factor que afecta la correcta recepción y comprensión del mensaje es la sincronización. Las personas utilizan la sincronización para determinar cuándo hablar, la velocidad con la que lo harán y cuánto tiempo deben esperar una respuesta. Son las reglas de la participación.

Método de acceso

El método de acceso determina en qué momento alguien puede enviar un mensaje. Estas reglas de sincronización se basan en el contexto. Por ejemplo: tal vez usted pueda hablar cada vez que quiera decir algo. En este contexto, una persona debe esperar hasta que nadie más esté hablando antes de comenzar a hablar. Si dos personas hablan a la vez, se produce una colisión de información, y es necesario que ambos se detengan y vuelvan a comenzar. Estas reglas garantizan que la comunicación sea satisfactoria. De manera similar, las computadoras deben definir un método de acceso. Los hosts de una red necesitan un método de acceso para saber cuándo comenzar a enviar mensajes y cómo responder cuando se produce algún error.

Control del flujo

La sincronización también afecta la cantidad de información que se puede enviar y la velocidad con la que puede entregarse. Si una persona habla demasiado rápido, la otra persona tendrá dificultades para escuchar y comprender el mensaje. La persona que recibe el mensaje debe solicitar al emisor que disminuya la velocidad. En las comunicaciones de redes, un host emisor puede transmitir mensajes a una velocidad mayor que la que puede recibir y procesar el host de destino. Los hosts de origen y destino utilizan el control del flujo para negociar la sincronización correcta a fin de que la comunicación sea exitosa.

Tiempo de espera de la respuesta

Si una persona hace una pregunta y no escucha una respuesta antes de un tiempo aceptable, la persona supone que no habrá ninguna respuesta y reacciona en consecuencia. La persona puede repetir la pregunta o puede continuar la conversación. Los hosts de las redes también tienen reglas que especifican cuánto tiempo deben esperar una respuesta y qué deben hacer si se agota el tiempo de espera para la respuesta.

Patrones de mensaje

En algunos casos, una persona desea comunicar información a un solo individuo. Otras veces, esa persona puede necesitar enviar información a un grupo de personas simultáneamente o, incluso, a todas las personas de un área. Una conversación entre dos personas es un ejemplo de un patrón de comunicación de uno a uno. Cuando es necesario que un grupo de destinatarios reciba un mismo mensaje de manera simultánea, se necesita un patrón de mensaje de uno a varios o de uno a todos.

También puede ocurrir que el emisor de un mensaje necesite asegurarse de que el mensaje se haya entregado correctamente al destino. En estos casos, es necesario que el receptor envíe una confirmación al emisor. Si no se necesita ninguna confirmación, se dice que el patrón del mensaje es "sin confirmación".

Los hosts de una red utilizan patrones de mensajes similares para comunicarse.

Los patrones de mensajes de uno a uno se denominan unicast, que significa que el mensaje tiene sólo un destinatario.

Si un host necesita enviar mensajes mediante un patrón de uno a varios, éste se denomina multicast. Multicasting es el envío de un mismo mensaje a un grupo de hosts de destino de manera simultánea.

Si es necesario que todos los hosts de la red reciban el mensaje a la vez, se utiliza el método de broadcast. El broadcasting representa un patrón de mensaje de uno a todos. Además, los hosts tienen requisitos para los mensajes con confirmación que son diferentes de los requisitos para los mensajes sin confirmación.

Uso de protocolos  en la comunicación

Todas las comunicaciones, tanto humanas como informáticas, están regidas por reglas preestablecidas o protocolos. Estos protocolos están determinados por las características del origen, el canal y el destino. En función del origen, el canal y el destino, los protocolos definen los detalles relacionados con el formato del mensaje, el tamaño del mensaje, la sincronización, la encapsulación, la codificación y el patrón estándar del mensaje.

Importancia de os protocolos

Las computadoras, al igual que los seres humanos, utilizan reglas o protocolos para comunicarse.

Los protocolos son sumamente importantes en una red local. En un entorno conectado por cables, una red local se define como un área en donde todos los hosts deben "hablar el mismo idioma" o, en términos informáticos, "compartir un mismo protocolo".

Si todas las personas de una misma sala hablaran idiomas diferentes, no podrían comunicarse. De manera similar, si los dispositivos de una red local no utilizaran los mismos protocolos, no podrían comunicarse.

El conjunto de protocolos más frecuente en las redes locales conectadas por cable es Ethernet.

El protocolo Ethernet define muchos aspectos de la comunicación a través de la red local, entre ellos: formato del mensaje, tamaño del mensaje, sincronización, codificación y patrones del mensaje.

Estandarización de los protocolos

En los comienzos del networking, cada fabricante utilizaba sus propios métodos para la interconexión de los dispositivos de red y los protocolos de networking. Los equipos de un fabricante no podían comunicarse con los equipos de otro fabricante.

A medida que se generalizó el uso de las redes, se desarrollaron estándares que definían las reglas con las que operaban los equipos de red de los diferentes fabricantes. Los estándares resultan beneficiosos para las redes de muchas maneras:

Facilitan el diseño

Simplifican el desarrollo de productos

Promueven la competencia

Proporcionan interconexiones coherentes

Facilitan la capacitación

Proporcionan más opciones de fabricantes a los clientes

No hay un protocolo oficial estándar para las redes locales, pero con el tiempo, una tecnología, Ethernet, se volvió más habitual que las demás. Se convirtió en un estándar de hecho.

El Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE) lleva un control de los estándares de networking, incluidos los estándares Ethernet e inalámbricos. Los comités del IEEE son responsables de aprobar y mantener los estándares para conexiones, requisitos de medios y protocolos de comunicación. A cada estándar de tecnología se le asigna un número que hace referencia al comité que es responsable de aprobar y mantener el estándar. El comité responsable de los estándares de Ethernet es el 802.3.

Desde la creación de Ethernet en 1973, los estándares han evolucionado para especificar versiones más rápidas y flexibles de la tecnología. Esta capacidad que tiene Ethernet de evolucionar con el paso del tiempo es una de las principales razones por las que se ha popularizado. Cada versión de Ethernet tiene un estándar asociado. Por ejemplo: 802.3 100BASE-T representa los estándares Ethernet de 100 Megabits que utilizan cables de par trenzado. La notación del estándar se traduce de la siguiente manera:

100 es la velocidad en Mbps.

BASE significa transmisión de banda base.

La T representa el tipo de cable, en este caso par trenzado.

Las primeras versiones de Ethernet eran relativamente lentas, con una velocidad de 10 Mbps. Las últimas versiones de Ethernet funcionan a 10 Gigabits por segundo e incluso más rápido. Imagine cuánto más rápidas son estas nuevas versiones que las redes Ethernet originales.

Direccionamiento físico

Toda comunicación requiere una manera de identificar el origen y el destino. El origen y el destino en las comunicaciones humanas se representan con nombres.

Cuando se pronuncia un nombre, la persona con ese nombre escucha el mensaje y responde. Otras personas que se encuentren en la habitación pueden escuchar el mensaje, pero como no está dirigido a ellas, simplemente lo ignoran.

En las redes Ethernet, existe un método similar para identificar los hosts de origen y de destino. Cada host conectado a una red Ethernet recibe una dirección física que sirve para identificar el host en la red.

Se asigna una dirección física a cada interfaz de red Ethernet en el momento de su creación. Esta dirección se conoce como dirección de Control de acceso al medio (MAC). La dirección MAC identifica cada host de origen y de destino de la red.

Las redes Ethernet utilizan cables, lo que significa que hay un cable de cobre o de fibra óptica que conecta los hosts y los dispositivos de networking. Es el canal que se utiliza para las comunicaciones entre los hosts.

Cuando un host de una red Ethernet se comunica, envía tramas que contienen su propia dirección MAC como origen y la dirección MAC del destinatario. Todos los hosts que reciban la trama la decodificar y leerán la dirección MAC de destino. Si la dirección MAC de destino coincide con la dirección configurada en la NIC, el host procesa el mensaje y lo almacena para que lo utilice la aplicación del host. Si la dirección MAC de destino no coincide con la dirección MAC del host, la NIC simplemente omite el mensaje.

Comunicación Ethernet

Los estándares del protocolo Ethernet definen muchos aspectos de la comunicación de las redes, incluidos el formato de la trama, el tamaño de la trama, la sincronización y la codificación.

Cuando se envían mensajes entre hosts a través de una red Ethernet, los hosts asignan un formato a los mensajes según la configuración de trama que especifican los estándares. Las tramas también se conocen como unidades de datos de protocolo (PDU).

El formato para las tramas de Ethernet especifica la ubicación de las direcciones MAC de destino y de origen, e información adicional que incluye:

Preámbulo para el secuenciamiento y la sincronización

Delimitador de inicio de trama

Longitud y tipo de trama

Secuencia de verificación de trama para detectar errores de transmisión

El tamaño de las tramas de Ethernet está restringido a un máximo de 1518 bytes y un mínimo de 64 bytes. Las tramas que no cumplen con estas limitaciones no son procesadas por los hosts receptores. Además de los formatos, los tamaños y la sincronización de las tramas, los estándares Ethernet definen cómo se codifican en el canal los bits que conforman las tramas. Los bits se transmiten como impulsos eléctricos a través de cables de cobre o como impulsos de luz a través de cables de fibra óptica.

Diseño jerarquico de redes Ethernet

magine lo difícil que sería la comunicación si la única manera de enviar un mensaje a alguien fuera utilizar el nombre de la persona. Si no hubiera direcciones, ciudades, pueblos o países, la entrega del mensaje a una persona específica en algún lugar del mundo sería prácticamente imposible.

En una red Ethernet, la dirección MAC del host es similar al nombre de una persona. Una dirección MAC indica la identidad individual de un host específico, pero no indica en qué lugar de la red se encuentra el host. Si todos los hosts de Internet (más de 400 millones) estuvieran identificados por una dirección MAC única, imagine lo difícil que sería localizar uno en particular.

Además, la tecnología Ethernet genera una gran cantidad de tráfico de broadcast para que los hosts se comuniquen. Los broadcasts se envían a todos los hosts de una única red. Los broadcasts consumen ancho de banda y afectan el rendimiento de la red. ¿Qué ocurriría si los millones de hosts conectados a Internet estuvieran todos en una red Ethernet y utilizaran broadcasts?

Por estos dos motivos, no es eficaz utilizar grandes redes Ethernet con muchos hosts. Es mejor dividir las redes más grandes en partes más pequeñas y fáciles de administrar. Una manera de dividir redes grandes es utilizar un modelo de diseño jerárquico.

En el área de networking, el diseño jerárquico se utiliza para agrupar dispositivos en varias redes organizadas mediante un enfoque en capas. Se trata de grupos más pequeños y fáciles de administrar que permiten que el tráfico local siga siendo local. Sólo el tráfico que está destinado a otras redes se transfiere a una capa superior.

Un diseño jerárquico en capas proporciona una mayor eficacia, la optimización de las funciones y una mayor velocidad. Permite ampliar la red según sea necesario, ya que es posible agregar redes locales adicionales sin afectar el rendimiento de las redes existentes.

El diseño jerárquico tiene tres capas básicas:

Capa de acceso: proporciona conexiones a los hosts en una red Ethernet local.

Capa de distribución: interconecta las redes locales más pequeñas.

Capa core: conexión de alta velocidad entre dispositivos de la capa de distribución.

Con este nuevo diseño jerárquico, se necesita un esquema de direccionamiento lógico que pueda identificar la ubicación de un host. Éste es el esquema de direccionamiento del protocolo de Internet (IP).

Direccionamiento lógico

El nombre de una persona generalmente no cambia. Por otro lado, la dirección de una persona indica dónde vive esa persona y puede cambiar. En un host, la dirección MAC no cambia; está físicamente asignada a la NIC del host y se conoce como dirección física. La dirección física es siempre la misma, independientemente del lugar de la red en donde se encuentre el host.

La dirección IP es similar a la dirección de una persona. Se conoce como dirección lógica porque está asignada lógicamente en función de la ubicación del host. La dirección IP o dirección de red es asignada a cada host por un administrador de la red en función de la red local.

Las direcciones IP contienen dos partes. Una parte identifica la red local. La porción de red de la dirección IP será la misma para todos los hosts conectados a la misma red local. La segunda parte de la dirección IP identifica el host individual. En la misma red local, la porción de host de la dirección IP es única para cada host.

Para que una computadora pueda comunicarse en una red jerárquica, se necesitan tanto la dirección MAC física como la dirección IP lógica, de la misma manera en la que se necesitan el nombre y la dirección de una persona para poder enviarle una carta.

Dispositivos y capas de acceso y distribución

El tráfico IP se administra en función de las características de cada una de las tres capas y los dispositivos asociados a ellas: capa de acceso, capa de distribución y capa core. La dirección IP se utiliza para determinar si el tráfico debe seguir siendo local o si debe pasar a las otras capas de la red jerárquica.

Capa de acceso

La capa de acceso proporciona un punto de conexión a la red para los dispositivos de los usuarios finales y permite que varios hosts se conecten a otros a través de un dispositivo de red, por lo general un hub o un switch. Normalmente, la porción de red de la dirección IP será la misma para todos los dispositivos de una misma capa de acceso.

Si un mensaje está destinado a un host local, según se indique en la porción de red de la dirección IP, el mensaje permanecerá en el nivel local. Si está destinado a una red diferente, pasa a la capa de distribución. Los hubs y los switches proporcionan la conexión a los dispositivos de la capa de distribución, normalmente un router.

Capa de distribución

La capa de distribución proporciona un punto de conexión para redes independientes y controla el flujo de información entre las redes. Por lo general contiene switches más sólidos que los de la capa de acceso, además de routers para el enrutamiento entre redes. Los dispositivos de la capa de distribución controlan el tipo y la cantidad de tráfico que circula desde la capa de acceso hasta la capa core.

Capa core

La capa core es una capa de backbone de alta velocidad con conexiones redundantes (de respaldo). Es la encargada de transportar grandes cantidades de datos entre diferentes redes finales. Los dispositivos de la capa core suelen incluir switches y routers de alta velocidad muy eficaces. El objetivo principal de la capa core es transportar los datos con rapidez.

En las siguientes dos secciones se analizan con más detalle los hubs, los switches y los routers.

Capa de acceso

La capa de acceso es el nivel más básico de la red. Es la parte de la red que permite a las personas obtener acceso a otros hosts y a archivos e impresoras compartidos. La capa de acceso está compuesta por dispositivos host y por la primera línea de dispositivos de networking a los que están conectados.

Los dispositivos de networking nos permiten conectar muchos hosts entre sí y proporcionarles acceso a los servicios ofrecidos a través de la red. A diferencia de una red simple, compuesta por dos hosts conectados por un solo cable, en la capa de acceso cada host está conectado a un dispositivo de networking. En el gráfico se muestra este tipo de conectividad.

En una red Ethernet, cada host puede conectarse directamente a un dispositivo de networking de la capa de acceso mediante un cable punto a punto. Estos cables se fabrican de acuerdo con estándares específicos de Ethernet. Cada cable se conecta a una NIC del host y luego a un puerto del dispositivo de networking. Hay varios tipos de dispositivos de networking que se pueden utilizar para conectar hosts en la capa de acceso, entre ellos los hubs y los switches Ethernet.

Fusión de los hubs

Un hub es un tipo de dispositivo de networking que se instala en la capa de acceso de una red Ethernet. Los hubs tienen varios puertos que se utilizan para conectar hosts a la red. Los hubs son dispositivos simples que no tienen la tecnología electrónica necesaria para decodificar los mensajes enviados entre los hosts de la red. Los hubs no pueden determinar qué host debe recibir un mensaje en particular. El hub simplemente acepta señales electrónicas de un puerto y regenera (o repite) el mismo mensaje y lo envía a todos los demás puertos.

Recuerde que la NIC de un host sólo acepta mensajes dirigidos a la dirección MAC correcta. Los hosts omiten los mensajes que no están dirigidos a ellos. Sólo el host especificado en la dirección de destino del mensaje procesa el mensaje y responde al emisor.

Todos los puertos del hub Ethernet se conectan al mismo canal para enviar y recibir mensajes. Como todos los hosts deben compartir el ancho de banda disponible en ese canal, los hubs se conocen como dispositivos con ancho de banda compartido.

Sólo es posible enviar un mensaje por vez por un hub Ethernet. Puede ocurrir que dos o más hosts conectados a un mismo hub intenten enviar un mensaje al mismo tiempo. Si esto ocurre, las señales electrónicas que componen los mensajes colisionan en el hub.

Una colisión hace que los mensajes se vuelvan confusos y que los hosts no puedan leerlos. Los hubs no decodifican los mensajes; por lo tanto, no detectan que el mensaje es confuso y lo reenvían por todos los puertos. El área de la red en donde un host puede recibir un mensaje confuso como resultado de una colisión se conoce como dominio de colisiones.

Dentro de un dominio de colisiones, cuando un host recibe un mensaje confuso, detecta que se produjo una colisión. Cada host emisor espera un tiempo breve e intenta enviar o retransmitir el mensaje nuevamente. A medida que aumenta la cantidad de hosts conectados al hub, también aumenta la probabilidad de que ocurran colisiones. Una mayor cantidad de colisiones genera una mayor cantidad de retransmisiones. Una cantidad excesiva de retransmisiones puede congestionar la red y reducir la velocidad del tráfico. Por este motivo, es necesario limitar el tamaño del dominio de colisiones.

Función de los swiches

Un switch Ethernet es un dispositivo que se utiliza en la capa de acceso. Al igual que los hubs, los switches conectan varios hosts a la red. Sin embargo, a diferencia de los hubs, los switches pueden enviar un mensaje a un host específico. Cuando un host envía un mensaje a otro host conectado al switch, el switch acepta y decodifica las tramas para leer la parte de la dirección física (MAC) del mensaje.

En el switch hay una tabla, llamada tabla de direcciones MAC, que contiene una lista de todos los puertos activos y las direcciones MAC de los hosts que están conectados al switch. Cuando se envía un mensaje entre hosts, el switch verifica si la dirección MAC de destino está en la tabla. Si está, el switch establece una conexión temporal, llamada circuito, entre el puerto de origen y el puerto de destino. El nuevo circuito proporciona un canal dedicado mediante el cual los dos hosts pueden comunicarse. Los demás hosts conectados al switch no comparten el ancho de banda de este canal y no reciben mensajes que no están dirigidos a ellos. Para cada nueva conversación entre hosts se crea un nuevo circuito. Estos circuitos separados permiten que haya varias conversaciones a la vez sin que se produzcan colisiones.

¿Qué ocurre cuando el switch recibe una trama dirigida a un nuevo host que todavía no está en la tabla de direcciones MAC? Si la dirección MAC de destino no está en la tabla, el switch no tiene la información necesaria para crear un circuito individual. Cuando el switch no puede determinar dónde se encuentra el host de destino, utiliza un proceso denominado flooding para enviar el mensaje a todos los hosts conectados. Cada host compara la dirección MAC de destino del mensaje con su propia dirección MAC, pero sólo el host con la dirección de destino correcta procesa el mensaje y responde al emisor.

¿Cómo se incorpora la dirección MAC de un nuevo host a la tabla de direcciones MAC? Para crear la tabla de direcciones MAC, los switches examinan la dirección MAC de origen de cada trama que se envía entre los hosts. Cuando un host envía un mensaje o responde a un mensaje enviado por flooding, el switch inmediatamente aprende la dirección MAC de ese host y el puerto al que está conectado. La tabla se actualiza de manera dinámica cada vez que el switch lee una nueva dirección MAC de origen. De esta manera, el switch aprende con rapidez las direcciones MAC de todos los hosts conectados.

A veces es necesario conectar otro dispositivo de networking, como un hub, a un puerto del switch. Esto se hace para aumentar la cantidad de hosts que pueden conectarse a la red. Cuando se conecta un hub a un puerto del switch, éste asocia las direcciones MAC de todos los hosts conectados a ese hub con el puerto del switch. Ocasionalmente, un host del hub conectado envía un mensaje a otro host conectado al mismo hub. En este caso, el switch recibe la trama y consulta la tabla para ver dónde está ubicado el host de destino. Si el host de origen y el de destino se encuentran en el mismo puerto, el switch descarta el mensaje.

Cuando un hub se conecta al puerto de un switch, existe la probabilidad de que haya colisiones en el hub. El hub reenvía los mensajes dañados resultantes de una colisión a todos los puertos. El switch recibe el mensaje confuso, pero a diferencia del hub, los switches no reenvían los mensajes que se dañaron a causa de la colisión. Como consecuencia, cada puerto del switch crea un dominio de colisiones individual. Esto es algo positivo. Cuanto menor es la cantidad de hosts que hay en un dominio de colisiones, menor es la probabilidad de que ocurra una colisión.

Mensajes de los broadcat

Cuando los hosts se conectan por medio de un hub o un switch, se crea una única red local. Dentro de la red local, con frecuencia es necesario que un host pueda enviar mensajes a todos los demás hosts simultáneamente. Esto puede hacerse mediante un tipo de mensaje conocido como broadcast. Los broadcasts son útiles cuando un host necesita buscar información sin saber exactamente cuál de los demás hosts puede proporcionarla o cuando un host desea proporcionar información a todos los demás hosts dentro de la red de manera oportuna.

Un mensaje puede contener sólo una dirección MAC de destino. Entonces, ¿cómo es posible que un host se comunique con cada uno de los demás hosts de la red local sin enviar un mensaje individual a cada MAC?

Para solucionar este problema, los mensajes de broadcast se envían a una dirección MAC única que es reconocida por todos los hosts. La dirección MAC de broadcast es en realidad una dirección de 48 bits formada por unos en su totalidad. Debido a su longitud, las direcciones MAC normalmente se representan en notación hexadecimal. La dirección MAC de broadcast en notación hexadecimal es FFFF.FFFF.FFFF. Cada F de la notación hexadecimal representa cuatro unos de la dirección binaria.

Cuando un host recibe un mensaje dirigido a la dirección de broadcast, lo acepta y lo procesa como si estuviera dirigido directamente a él. Cuando un host envía un mensaje de broadcast, los hubs y los switches lo reenvían a cada host conectado dentro de la misma red local. Por este motivo, las redes locales también se denominan dominio de broadcast.

Si hay demasiados hosts conectados al mismo dominio de broadcast, el tráfico de broadcast puede volverse excesivo. El número de hosts y la cantidad de tráfico de red que admiten las redes locales están limitados por las capacidades de los hubs y los switches utilizados para conectarlas. A medida que la red crece y se agregan nuevos hosts, aumenta el tráfico de la red (incluido el tráfico de broadcast). A menudo es necesario dividir una red local o dominio de broadcast en varias redes para mejorar el rendimiento.

Mac  e  IP

En una red Ethernet local, una NIC sólo acepta una trama si la dirección de destino es la dirección MAC de broadcast o si corresponde a la dirección MAC de la NIC.

Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones de la red utiliza la dirección IP lógica de destino para identificar la ubicación de los servidores y los clientes.

¿Qué ocurre si el host emisor sólo tiene la dirección IP lógica del host de destino? ¿Cómo hace el host emisor para determinar qué dirección MAC de destino debe incluir en la trama?

El host emisor puede utilizar un protocolo IP denominado protocolo de resolución de direcciones (ARP) para determinar la dirección MAC de cualquiera de los hosts de la misma red local.

Protocolo de resurrección

El ARP utiliza un proceso de tres pasos para determinar y almacenar la dirección MAC de un host que se encuentre en la red local cuando conoce sólo la dirección IP del host.

1. El host emisor crea una trama dirigida a una dirección MAC de broadcast y la envía. En la trama hay un mensaje con la dirección IP del host de destino que se desea encontrar.

2. Cada host de la red recibe la trama de broadcast y compara la dirección IP del mensaje con su dirección IP configurada. El host con la dirección IP coincidente envía su dirección MAC al host emisor original.

3. El host emisor recibe el mensaje y almacena la información de la dirección MAC y la dirección IP en una tabla, denominada tabla ARP.

Una vez que el host emisor tiene la dirección MAC del host de destino en la tabla ARP, puede enviar tramas directamente al destino sin realizar una solicitud de ARP

Capa de distribución

A medida que las redes crecen, con frecuencia es necesario dividir una red local en varias redes de capa de acceso. Hay muchas maneras de dividir redes según diferentes criterios, incluyendo:

Ubicación física

Función lógica

Requisitos de seguridad

Requisitos de aplicación

La capa de distribución conecta estas redes locales independientes y controla el tráfico que circula entre ellas. Es responsable de garantizar que el tráfico entre los hosts de la red local siga siendo local. Sólo se transfiere el tráfico que está destinado a otras redes. La capa de distribución también puede filtrar el tráfico entrante y saliente para administrar la seguridad y el tráfico.

Los dispositivos de networking que conforman la capa de distribución están diseñados para interconectar redes, no hosts individuales. Los hosts individuales se conectan a la red a través de los dispositivos de la capa de acceso, como hubs y switches. Los dispositivos de la capa de acceso se conectan entre sí a través de dispositivos de la capa de distribución, como routers.

Función de los Reuters

Un router es un dispositivo de networking que conecta una red local con otras redes locales. En la capa de distribución de la red, los routers dirigen el tráfico y realizan otras funciones fundamentales para el funcionamiento eficaz de la red. Los routers, al igual que los switches, pueden decodificar y leer los mensajes que reciben. Sin embargo, a diferencia de los switches, que sólo pueden decodificar (desencapsular) la trama que contiene la información de la dirección MAC, los routers decodifican el paquete que está encapsulado en la trama.

El formato del paquete contiene las direcciones IP de los hosts de destino y de origen, además de los datos del mensaje que se envían entre ellos. El router lee la porción de red de la dirección IP de destino y utiliza esta información para determinar cuál de las redes conectadas es el mejor camino para reenviar el mensaje al destino.

Cada vez que las porciones de red de las direcciones IP de los hosts de origen y de destino no coinciden, se debe utilizar un router para reenviar el mensaje. Si un host que se encuentra en la red 1.1.1.0 necesita enviar un mensaje a un host de la red 5.5.5.0, el host reenvía el mensaje al router. El router recibe el mensaje y lo desencapsula para leer la dirección IP de destino. Después determina dónde debe reenviar el mensaje. Vuelve a encapsular el paquete en una trama y reenvía la trama al destino.

¿Cómo hace el router para determinar qué ruta debe seguir para enviar el mensaje hasta la red de destino?

Cada puerto o interfaz de un router se conecta a una red local diferente. Cada router tiene una tabla de todas las redes conectadas de manera local y las interfaces que se conectan a ellas. Estas tablas de enrutamiento también pueden contener información acerca de los caminos o rutas que el router utiliza para llegar a otras redes remotas que no están conectadas de manera local.

Cuando un router recibe una trama, la decodifica para obtener el paquete que contiene la dirección IP de destino. Compara la dirección de destino con todas las redes que están incluidas en la tabla de enrutamiento. Si la dirección de red de destino aparece en la tabla, el router encapsula el paquete en una nueva trama para realizar el envío. Reenvía la nueva trama por la interfaz asociada con la ruta hacia la red de destino. El proceso que consiste en el reenvío de paquetes hacia la red de destino se denomina enrutamiento.

Las interfaces del router no reenvían mensajes que están dirigidos a la dirección MAC de broadcast. Como consecuencia, los broadcasts de la red local no se envían a través de los routers a otras redes locales.

Gateway por defecto

El método que utilizan los hosts para enviar mensajes a un destino de una red remota es diferente de la manera en la que envían mensajes a la misma red local. Cuando un host necesita enviar un mensaje a otro host ubicado en la misma red, reenvía el mensaje de manera directa. El host utiliza el ARP para determinar la dirección MAC del host de destino. Incluye la dirección IP de destino en el paquete, encapsula el paquete en una trama que contiene la dirección MAC del destino y lo reenvía.

Por otra parte, cuando el host necesita enviar un mensaje a una red remota, debe utilizar el router. El host incluye la dirección IP del host de destino en el paquete igual que antes. Sin embargo, cuando encapsula el paquete en una trama, utiliza la dirección MAC del router como destino de la trama. De este modo, el router recibirá y aceptará la trama en función de la dirección MAC.

¿Cómo hace el host de origen para determinar la dirección MAC del router? El host recibe la dirección IP del router a través de la dirección de la gateway por defecto definida en la configuración TCP/IP. La dirección de la gateway por defecto es la dirección de la interfaz del router conectada a la misma red local que el host de origen. Todos los hosts de la red local utilizan la dirección de la gateway por defecto para enviar mensajes al router. Una vez que el host conoce la dirección IP de la gateway por defecto, puede usar ARP para determinar la dirección MAC. La dirección MAC del router se coloca luego en la trama, destinada a otra red.

Es importante que en cada host de la red local se configure la gateway por defecto adecuada. Si no se define ninguna gateway por defecto en la configuración TCP/IP o si se especifica una gateway por defecto errónea, no se podrán entregar los mensajes dirigidos a hosts de redes remotas.

Tablas mantenidas  por los routers

Los routers transmiten información entre redes locales y remotas. Para hacerlo, deben utilizar tablas ARP y tablas de enrutamiento a fin de almacenar información. Las tablas de enrutamiento no tienen relación con las direcciones de los hosts individuales. Las tablas de enrutamiento contienen las direcciones de las redes y el mejor camino para llegar a esas redes. Hay dos maneras de introducir entradas en una tabla de enrutamiento: actualización dinámica de la información recibida de otros routers de la red o introducción manual realizada por un administrador de la red. Los routers utilizan las tablas de enrutamiento para determinar qué interfaz deben utilizar para reenviar un mensaje al destino.

Si el router no puede determinar a dónde debe reenviar el mensaje, lo descartará. Los administradores de redes configuran las tablas de enrutamiento con una ruta por defecto para evitar que los paquetes se descarten cuando la ruta hacia la red de destino no está incluida en la tabla de enrutamiento. Una ruta por defecto es la interfaz a través de la cual el router reenvía los paquetes que contienen una dirección IP de red de destino desconocida. Esta ruta por defecto normalmente se conecta a otro router que puede reenviar el paquete hacia la red de destino final.

Los routers reenvían tramas a uno de dos lugares: a una red conectada directamente y que contiene el host de destino real o a otro router que está en la ruta para llegar al host de destino. Cuando un router encapsula la trama para reenviarla por una interfaz Ethernet, debe incluir una dirección MAC de destino.

Ésta es la dirección MAC del host de destino real si el host de destino es parte de una red conectada de manera local al router. Si el router debe reenviar el paquete a otro router, utilizará la dirección MAC del router conectado. Los routers obtienen estas direcciones MAC de las tablas ARP.

Cada interfaz del router es parte de la red local a la que está conectada y mantiene su propia tabla ARP para esa red. Las tablas ARP contienen las direcciones MAC y las direcciones IP de todos los hosts individuales de esa red.

Red de area local

El término "red de área local" (LAN) hace referencia a una red local o un grupo de redes locales interconectadas que están bajo el mismo control administrativo. En los comienzos del networking, las LAN se definían como redes pequeñas que existían en una única ubicación física. Si bien una LAN puede ser una única red local instalada en una oficina hogareña o pequeña, la definición de LAN ha evolucionado para incluir redes locales interconectadas, conformadas por varios cientos de hosts e instaladas en diferentes edificios y ubicaciones.

Es importante recordar que todas las redes locales de una LAN están bajo un mismo control administrativo. Otras características comunes de las LAN son que suelen usar protocolos Ethernet o inalámbricos, y que admiten velocidades de transmisión de datos altas.

El término "intranet" con frecuencia se utiliza para hacer referencia a una LAN privada que pertenece a una organización y está diseñada para que sólo los integrantes y los empleados de la organización u otras personas a quienes ésta autorice puedan tener acceso a ella.

Incorporación  de  los hosts a redes locales y remotas

En una LAN, es posible colocar todos los hosts en una sola red local o dividirlos en varias redes conectadas por una capa de distribución. La respuesta depende de los resultados deseados. Si todos los hosts están en una única red local, cada host podrá ser visto por todos los demás hosts. Esto es así porque hay un dominio de broadcast, y los hosts utilizan el ARP para encontrarse.

En un diseño de red simple, puede resultar beneficioso tener todos los hosts en una sola red local. Sin embargo, a medida que la red crece, el aumento del tráfico disminuye el rendimiento y la velocidad de la red. En este caso, puede resultar beneficioso trasladar algunos hosts a una red remota.

Al colocar los hosts adicionales en una red remota se reducirá el impacto de la demanda del tráfico. Sin embargo, los hosts de una red no podrán comunicarse con los hosts de la otra red sin el uso del enrutamiento. Los routers aumentan la complejidad de la configuración de la red y pueden generar latencia o retraso en los paquetes enviados de una red local a la otra.

Planificación y documentación de una red Ethernet

La mayoría de las redes locales se basan en la tecnología Ethernet. Esta tecnología es rápida y eficaz si se utiliza en una red diseñada y construida correctamente. La clave para instalar una red adecuada es planificar antes de construir la red.

Un plan de red comienza con la recopilación de información acerca del uso que se le dará a la red. Esta información incluye:

La cantidad y el tipo de hosts que deben conectarse a la red

Las aplicaciones que se utilizarán

Los requisitos de conectividad de Internet y de uso compartido

Las consideraciones de seguridad y privacidad

Las expectativas de confiabilidad y tiempo de actividad

Los requisitos de conectividad por cable e inalámbrica

Hay muchas consideraciones que se deben tener en cuenta al planificar la instalación de una red. Es necesario diseñar y documentar los mapas de las topologías física y lógica de la red antes de adquirir el equipo de networking y de conectar los hosts. Algunos aspectos que se deben considerar son:

Entorno físico en donde se instalará la red:

Control de la temperatura: todos los dispositivos tienen rangos específicos de temperatura y requisitos de humedad para funcionar correctamente

Disponibilidad y ubicación de los tomacorrientes

Configuración física de la red:

Ubicación física de los dispositivos (por ejemplo, routers, switches y hosts)

Modo de interconexión de todos los dispositivos

Ubicación y longitud de todo el cableado

Configuración de hardware de los dispositivos finales, como hosts y servidores

Configuración lógica de la red:

Ubicación y tamaño de los dominios de broadcast y de colisiones

Esquema de direccionamiento IP

Esquema de denominación

Configuración del uso compartido

Permisos

Prototipos

Una vez que se documentaron los requisitos de la red y se crearon los mapas de las topologías física y lógica, el siguiente paso en el proceso de implementación es probar el diseño de la red. Una de las maneras de probar el diseño de una red es crear un modelo en funcionamiento (o prototipo) de la red.

La creación de un prototipo resulta fundamental a medida que las redes crecen en tamaño y complejidad. Un prototipo permite a un administrador de red probar si la red planificada funciona como se esperaba o no, antes de invertir dinero en equipos e instalación. Se deben documentar todos los aspectos del proceso de creación de un prototipo.

Hay diferentes técnicas y herramientas disponibles para crear prototipos de red; entre ellas, la configuración real de equipos en un entorno de laboratorio y las herramientas de simulación y elaboración de modelos. Packet Tracer es un ejemplo de herramienta de simulación y elaboración de modelos que se puede utilizar para crear prototipos.

Dispositivo Multifusion

La mayoría de las redes domésticas y de pequeñas empresas no requiere de los dispositivos de grandes volúmenes que se utilizan en los entornos de las grandes empresas; para ellas es posible utilizar dispositivos de menor escala. Sin embargo, necesitan contar con las mismas funcionalidades de enrutamiento y conmutación. Esta necesidad ha generado el desarrollo de productos que tienen las funciones de varios dispositivos de red, como un router con funciones de conmutación y un punto de acceso inalámbrico. A los fines de este curso, los dispositivos multifunción se denominarán routers integrados. Los routers integrados pueden ser desde dispositivos pequeños, diseñados para aplicaciones de oficinas hogareñas y pequeñas empresas, hasta dispositivos más eficaces, que se pueden usar en sucursales de empresas.

Un router integrado es como tener varios dispositivos diferentes conectados entre sí. Por ejemplo: la conexión entre el switch y el router sigue existiendo, pero se produce internamente. Cuando se recibe un broadcast en un puerto del switch, el router integrado lo reenvía a todos los puertos, incluida la conexión interna del router. La porción del router correspondiente al router integrado evita que los broadcasts avancen aún más.

Hay muchos dispositivos multifunción de bajo costo que están disponibles para redes domésticas y de pequeñas empresas y ofrecen capacidades integradas de enrutamiento, conmutación, conexión inalámbrica y seguridad. Los routers inalámbricos Linksys son un ejemplo de este tipo de routers integrados. Su diseño es simple y normalmente no tienen componentes separados. Si se produce una falla, no es posible reemplazar ningún componente dañado por separado. De este modo, crean un único punto de falla y no están optimizados para ninguna función en particular.

Otro ejemplo de router integrado es el router de servicio integrado (ISR) de Cisco. La familia de productos ISR de Cisco ofrece una amplia gama de productos, entre ellos los dispositivos diseñados para entornos de oficinas pequeñas y hogareñas o para redes más grandes. Muchos de los ISR ofrecen modularidad y tienen componentes individuales para cada función, por ejemplo un componente de switch y un componente de router. Esto permite agregar, reemplazar y actualizar componentes individuales según sea necesario.

Conexión de router

Todos los dispositivos conectados a los puertos del switch deben estar en el mismo dominio de broadcast. Esto significa que todos los dispositivos deben tener una dirección IP de la misma red. Los dispositivos que tengan una porción de red diferente en la dirección IP no podrán comunicarse.

Además, Microsoft Windows hace uso de nombres de computadoras para identificar otros dispositivos de la red. Es importante utilizar estos nombres, además de la información de las direcciones IP, en la planificación y la documentación, para facilitar la resolución de problemas en el futuro.

Para mostrar la configuración IP actual en Microsoft Windows, utilice el comando ipconfig. Para obtener información más detallada, incluido el nombre del host, utilice el comando ipconfig /all. Documente toda la información del proceso de conexión y configuración.

Una vez que los hosts se comunican a través de la red, es importante documentar el rendimiento de la red. Esto se conoce como determinación de la línea de base para la red y se utiliza como indicación de un funcionamiento normal. Al comparar el rendimiento futuro de la red con la línea de base, se puede evaluar si existe algún problema.

Uso compartido de los recursos

Uno de los objetivos más comunes del networking es compartir recursos, por ejemplo archivos e impresoras. Windows XP permite a los usuarios remotos tener acceso a una máquina local y sus recursos a través del uso compartido. Es importante tener en cuenta las cuestiones relativas a la seguridad y asignar permisos específicos a los recursos compartidos.

Por defecto, Windows XP utiliza un proceso conocido como uso compartido simple de archivos. Con esta función no es posible evitar que usuarios y grupos específicos tengan acceso a los archivos compartidos.

El uso compartido simple de archivos puede deshabilitarse para poder asignar niveles de seguridad más específicos. Al hacerlo, se pueden asignar los siguientes permisos a los recursos:

Control total

Modificar

Leer y ejecutar

Mostrar el contenido de la carpeta

Lectura

Escritura

Cuando un usuario accede a un archivo de un dispositivo remoto, el Explorador de Windows le permite asignar una unidad a una carpeta o recurso remoto. Así, se asigna una letra de unidad específica (por ejemplo, M:) al recurso remoto. De esta manera, el usuario puede trabajar con el recurso remoto como si estuviera conectado de manera local.

Hay muchos tipos de redes que proporcionan diferentes clases de servicios. En el transcurso de un día, una persona puede hacer una llamada telefónica, mirar un programa de televisión, escuchar la radio, buscar algo en Internet e incluso jugar un videojuego con alguien que se encuentra en otro país. Todas estas actividades dependen de redes sólidas y confiables. Las redes tienen la capacidad de conectar personas y equipos sin importar en qué lugar del mundo se encuentren. Las personas utilizan redes sin pensar en cómo funcionan o cómo sería el mundo si las redes no existieran.