Conceptos Básicos de Redes de Computadoras y Telecomunicaciones

La Informática y la Automatización de Procesos

La informática automatiza los procesos de la información. Permite hacer distintas tareas repetitivas que liberan al ser humano de esas labores.

Sistema Informático

• Sistema que hace un tratamiento específico con la información, necesitando que la información entre y salga, pudiendo almacenarse o no.

• Conjunto de aplicaciones.

• El programa es el que hace el tratamiento de la información, la manipula y la modifica.

Un programa es un algoritmo (forma de resolver un problema).

Telecomunicación

Todos los sistemas que permiten transmitir señales, datos, imágenes, sonidos, etc., necesitando un soporte “base” (redes).

Las redes de transmisiones de datos son estructuras formadas por medios lógicos y físicos que permiten la comunicación en determinadas zonas geográficas (Europa, España, etc.).

Subred: es un conjunto de dispositivos que están dentro del mismo rango de dirección.

Elementos de una Red de Comunicación

• Sistema de transmisión: estructura básica que soporta la transmisión.

• Sistema de conmutación: son los mecanismos que permiten el encaminamiento de origen a destino.

• Sistema de señalización (software): permite la comunicación entre los distintos elementos.

Red de Computadores

Es un conjunto de computadores que poseen dos características:

• Se encuentran interconectados mediante un medio físico.

• Son autónomos: no están controlados por otro ordenador y tienen cierta potencia de cálculo.

Introducción a la Comunicación

Conceptos Básicos

• Dispositivos (pantalla, teclado, disco duro).

• Software o programas: tienen información y una serie de operaciones definidas. Con los programas se puede tratar la información que le llegue.

• Terminales: son los equipos que se comunican.

• Dispositivos de red: son los elementos físicos que soportan y hacen posible la comunicación entre el emisor y el receptor. Hay 3 tipos:

  • Canal de comunicación: WiFi, fibra óptica, etc.

  • Elementos de interconexión: encargados de conectar todos los terminales de la red. Pueden trabajar como conmutadores (seleccionar caminos).

  • Adaptadores de red: encargados de transformar el formato de información de los terminales en el formato de comunicación utilizado por las redes.

• Programas de red: son los que permiten controlar el funcionamiento de la red para hacerla más fiable.

Servicios y Protocolos

Servicio: es cualquier funcionalidad que la red puede presentar a los usuarios.

Protocolos: conjunto de normas y reglas que se usan a la hora de transmitir información.

Servicios Básicos que puede proporcionar una Red

• Tarifación: permite conocer el grado de utilización por parte del usuario. Se puede facturar por diferentes conceptos (tiempo de conexión, cantidad de información transmitida, etc.).

• Transmisión de voz.

• Transmisión de datos.

• El establecimiento de llamada.

Clasificación de Redes Locales

• Dedicadas: conjunto de usuarios.

• Compartidas: pago.

Transferencia de Información

• Conmutadas (punto a punto): establecen comunicación entre dos máquinas en concreto.

  • Circuito: establece un camino único donde todos los elementos de comunicación de ese camino trabajan en exclusiva para esa comunicación en concreto.

  • Paquete: la información se divide en segmentos. Cada uno de estos segmentos viaja de origen a destino por diferentes caminos. Cada uno de estos paquetes se divide en una zona de datos y una zona de control que le permite viajar hacia el destino.

  • Mensajes: es lo mismo que “paquete”, pero no se trocea. Es para mensajes cortos.

• Difusión: el mensaje se envía a todo el mundo y es el destinatario el que lo selecciona.

• Topología de red:

  • Física:

  • Lógica: es la forma en que se comunican los ordenadores a través del medio físico.

Arquitectura de las Redes

• Topología de la red (diseño físico).

• Acceso al medio (topología lógica).

• Protocolos de comunicaciones: serie de normas, señales y reglas que emisor y receptor utilizan para comunicarse.

Problemas de Diseño

• Encaminamiento: la red ha de ser suficientemente inteligente. La arquitectura debe permitir que haya aparatos inteligentes que permitan seleccionar caminos para ir de emisor a receptor.

• Direccionamiento: ha de existir un método, una filosofía, para que cada equipo tenga una dirección, un número que los distinga del resto de los equipos. Esto permite que podamos enviar información de un equipo con una dirección a otro equipo con otra dirección distinta. Esto hace que cada equipo sea singular.

• Acceso al medio.

• Saturación del receptor: tiene que haber técnicas que eviten saturar al receptor.

• Mantenimiento del orden: normalmente la comunicación funciona por conmutación de paquetes, y si se desordenan los paquetes, ha de haber unas técnicas que los ordenen correctamente (por ejemplo, del 1 al 3, en vez de 2, 3, 1).

• Control de errores.

• Multiplexación: cuando hay un canal único y varias comunicaciones entrantes, hay que establecer técnicas para que puedan pasar de manera ordenada.

Características de las Arquitecturas por Niveles

• Capa: cada una de las capas soluciona una serie de problemas que tienen una cierta relación. La capa física se encarga de que un bit que sale del emisor llegue al receptor. La solución de este problema es un servicio que da a la capa superior.

• Servicio: un servicio son funciones que realiza cada capa. Los servicios que realiza la capa se ofrecen a la capa superior.

• Protocolo: son las normas, las reglas, las señales con que hablan los distintos elementos de la misma capa en el proceso de comunicación.

• Proceso: son los distintos programas que se ejecutan en cada capa, gestionándola y realizando las funciones de esa capa (envían, recogen, piden reenvío, etc.).

Modelo OSI

Modelo teórico que permite catalogar al resto de las capas.

• Física: tiene que ver con la transmisión de datos binarios. Debe asegurar que cuando se envía un “1” a un lado, llega un “1” al otro lado. Entonces, tiene que solucionar problemas electrónicos como, por ejemplo, qué voltaje representa un “1”, qué voltaje representa un “0”, cuántos milisegundos o microsegundos durará un dígito, con qué frecuencia se debe transmitir, características de los cableados, protección de cables, impedancias.

• Enlace: la capa de enlace crea la unidad mínima de datos que se transmite entre emisor y receptor. Esa unidad mínima se conoce con el nombre de trama. Detecta y corrige todos los errores que se producen en la línea de comunicación. Controla el flujo de la transmisión para no saturar al receptor.

• Red: tiene 2 funciones importantes: enruta y homogeniza. La capa de red selecciona cuál es la ruta más adecuada para que deba seguir la información, y lo hace teniendo en cuenta la rapidez, el camino más corto o el camino con menos tráfico. Adapta diferentes mensajes heterogéneos (con diferente estructura). El router actúa entre una subred y la otra subred, pero no tienen información a nivel de emisor y receptor. La unidad de información del router es el paquete, y en ese paquete él sabe a qué router ha de llegar, cuál es el fin.

• Transporte:

• Sesión: controla el diálogo entre las aplicaciones de los sistemas finales. Proporciona los siguientes servicios:

  • Full-duplex: están enviando al mismo tiempo emisor y receptor datos.

  • Duplex: los dos pueden hablar, pero no a la vez, sino en orden.

  • Símplex:

  • Agrupamiento: se pueden marcar los datos de manera que pueden ser agrupados.

  • Recuperación: a partir de esas marcas anteriores, se puede proporcionar un procedimiento de comprobación, de manera que si ocurre algún tipo de fallo, la capa de sesión puede retransmitir todos los datos a partir de ese punto.

• Presentación: se encarga de la representación de la información. Permite que equipos con diferentes representaciones internas de caracteres o de números. Esta capa también se encarga de cifrar datos y comprimirlos.

  • Big-endian.

  • Little-endian.

• Aplicación: ofrece a las diferentes aplicaciones la posibilidad de acceder al resto de las capas.

Arquitectura TCP/IP

Es el modelo más implantado en el mundo, ya que es la base de la comunicación de Internet. También se utiliza en sistemas operativos como Unix y Linux. Debido a su gran popularidad, también se ha implantado en los sistemas operativos Windows. El Departamento de Defensa de los Estados Unidos inició en 1973 un programa de investigación para crear una arquitectura de red que cumpliera con las siguientes características:

• Permitir interconectar redes diferentes.

• Que sea tolerante a fallos, es decir, que pueda soportar ataques terroristas, incluso alguna guerra nuclear, sin perder datos y manteniendo las comunicaciones establecidas.

• Que permita el uso de aplicaciones diferentes.

• Todos estos objetivos implicaron el diseño de una red con topología irregular donde la información se fragmenta para seguir rutas diferentes hacia el destinatario.

Capas de la Red TCP/IP

• Subred (1 y 2 de OSI).

• Internet (3) - IP.

• Transporte (4) - TCP/UDP.

• Aplicación (5, 6 y 7) - Sesión, Presentación y Aplicación.

TCP está orientado a la conexión.

UDP:

Capa de Subred

El modelo no da mucha información de esta capa. Solamente se especifica que debe existir algún protocolo que conecte la estación con la red. De esta manera, puede funcionar sobre redes diferentes.

Capa de Internet

Es la más importante de la arquitectura. Su misión consiste en permitir que las estaciones envíen paquetes a la red, de forma que puedan atravesar redes diferentes y llegar desordenados. El protocolo más importante de esta capa es el protocolo IP. Esta capa no se responsabiliza de la tarea de ordenar de nuevo los mensajes.

Capa de Transporte

Establece una conversación entre origen y destino. Se ocupa del control de errores y de la ordenación de mensajes. Se basa en dos protocolos principales: TCP (orientado a conexión y fiable) y UDP (no orientado a conexión y no fiable).

Capa de Aplicación

En esta capa funcionan todos los protocolos de alto nivel que utilizan los programas para comunicarse (HTTP, etc.).

Redes de Transmisión de Datos

• RTC: transmisión de voz.

  • Modulando: con el paso del tiempo, permite adaptarse al nivel físico del TCP/IP.

• Iberpac: está basado en el protocolo X.25. Es un protocolo antiguo, pero se usa porque lo usan los bancos. Funciona a nivel físico, de enlace y de red. Tiene un control muy estricto de los errores y hace que sea una tecnología muy lenta.

Red Digital de Servicios Integrados

Dispone de su propio cableado. Además, dispone de servicios y velocidades distintas en función del contrato del usuario. Funciona a nivel de capa de red a nivel OSI.