Conceptos Esenciales de Redes de Datos: Fibra, Conectividad y Rendimiento

Preguntas Clave sobre Redes de Datos

1. ¿Cuáles son los tres tipos de fibra óptica en uso? ¿Qué distancias pueden cubrir sin necesidad de repetidores?
2. ¿Qué son los repetidores y los hubs (concentradores)?
3. ¿Qué son las tarjetas de red? ¿Cuál es su propósito?
4. Describa el funcionamiento de un acceso residencial utilizando un módem de dial-up (rellamada).
5. Describa el funcionamiento de un acceso residencial utilizando un módem de cable.

Capítulo 11: Retrasos y Pérdidas en Redes de Datos

25. ¿Qué eventos en una red de transmisión de datos pueden justificar la pérdida de paquetes?
26. ¿Por qué se producen retrasos y pérdidas en la comunicación a través de una red de datos?
27. ¿Cuáles son las cuatro fuentes principales de demora en la transmisión de paquetes en una red de conmutación de paquetes? Describa cada una.
28. ¿Cómo se calcula la demora de procesamiento en los nodos de la red?
29. ¿Cómo se calcula la demora de transmisión de paquetes en los enlaces de comunicación?
30. ¿Cómo se calcula la demora de propagación de los paquetes en los enlaces de comunicación?
31. ¿Cómo se calcula la demora total en una red de comunicación de datos?
32. ¿Cuál es el efecto del ancho de banda, el tamaño del paquete y el número medio de paquetes en la cola de espera sobre la demora?
33. ¿Cuáles son las dos herramientas (comandos de red presentes en los sistemas operativos de hosts) para medir la demora de los paquetes en Internet?
34. ¿Cuál es la diferencia funcional entre Ping y Traceroute?
35. ¿Podemos afirmar que Ping y Traceroute realizan la misma función? ¿Pueden sustituirse mutuamente?

Respuestas Detalladas sobre Redes y Conectividad

20. Los tres tipos principales de fibra óptica en uso son: Multimodo de índice escalonado, Multimodo de índice gradual y Monomodo. Las distancias que pueden cubrir sin necesidad de repetidores son:

• Fibra Multimodo de índice escalonado: Hasta 2000 metros a 100 Mbps.
• Fibra Multimodo de índice gradual: Hasta 3000 metros a 100 Mbps.
• Fibra Monomodo: Hasta 80 kilómetros.

21. Los repetidores refuerzan, repiten y amplifican las señales eléctricas para extender su alcance. Los hubs (concentradores) distribuyen la señal amplificada a todos sus puertos. Es importante destacar que ambos dispositivos amplifican tanto la señal útil como el ruido presente en la red.

22. Las tarjetas de red (también conocidas como adaptadores de interfaz de red o NIC) son dispositivos de hardware que permiten la conexión física entre un equipo (como una computadora o servidor) y una red de comunicación, facilitando el envío y la recepción de datos.

23. El acceso residencial mediante módem de dial-up (rellamada) utiliza la línea telefónica convencional para establecer una conexión a Internet. Ofrece una velocidad máxima de hasta 56 kbps. Una característica distintiva es que no permite la navegación de datos y la comunicación de voz de forma simultánea, ya que la línea telefónica es ocupada por la conexión a Internet.

24. El acceso residencial mediante módem de cable utiliza la infraestructura de televisión por cable para proporcionar conexión a Internet de banda ancha. Permite compartir señales de televisión y datos simultáneamente. Un único canal de televisión puede transportar varios canales de banda ancha, y el ancho de banda total del módem de cable es compartido entre múltiples usuarios conectados en la misma zona.

25. La pérdida de paquetes en una red de transmisión de datos puede justificarse por los siguientes eventos:

• Desbordamiento de búfer: Ocurre cuando la memoria intermedia (cola) de un dispositivo de red (como un router o conmutador) es incapaz de almacenar todos los paquetes en espera, lo que lleva al descarte de los paquetes entrantes.
• Retraso excesivo: Si un paquete tarda demasiado en llegar a su destino y excede un tiempo de espera predefinido (timeout), puede ser descartado por el sistema o la aplicación.
• Corrupción de datos: Paquetes que llegan con errores o daños en sus bits debido a interferencias, ruido o problemas en el medio de transmisión, lo que los hace inutilizables y son descartados.

26. Los retrasos y las pérdidas en la comunicación a través de una red de datos se producen principalmente debido a:

• Congestión de la red: Cuando el tráfico de datos excede la capacidad de una ruta de acceso virtual o de un enlace físico, lo que provoca cuellos de botella.
• Exceso de paquetes en cola: Un gran número de paquetes esperando su turno para ser transmitidos en los búferes de los dispositivos de red, lo que incrementa la demora.
• Interferencia y ruido: Factores externos o internos que degradan la señal, causando la pérdida o el daño de los paquetes durante la transmisión.

27. Las cuatro fuentes principales de demora en la transmisión de paquetes en una red de conmutación de paquetes son:

• Demora de procesamiento: Es el tiempo que un nodo de la red (como un router) tarda en examinar el encabezado de un paquete, verificar errores, determinar la ruta de salida y realizar otras operaciones internas antes de reenviarlo.
• Demora de cola: Es el tiempo que un paquete espera en el búfer (cola) de un dispositivo de transmisión antes de ser enviado al enlace de salida. Esta demora es variable y depende del nivel de congestión del tráfico.
• Demora de transmisión: Es el tiempo necesario para transferir todos los bits de un paquete desde el dispositivo de envío al medio de comunicación. Se calcula como el tamaño del paquete (L) dividido por el ancho de banda del enlace (R).
• Demora de propagación: Es el tiempo que tarda la señal en viajar a través del medio físico (cable de cobre, fibra óptica, aire) desde el origen hasta el destino. Depende de la distancia del enlace (d) y de la velocidad de propagación de la señal en el medio (s).

28. La demora de procesamiento en los nodos de la red se puede calcular considerando el tamaño del paquete y la velocidad de procesamiento del nodo. Generalmente, es un valor fijo para un nodo dado, pero puede variar ligeramente con la carga de procesamiento.

29. La demora de transmisión de paquetes en los enlaces de comunicación se calcula como: Tamaño del paquete (L) / Ancho de banda (R).

30. La demora de propagación de los paquetes en los enlaces de comunicación se calcula como: Longitud del enlace (d) / Velocidad de propagación (s). Por ejemplo, la velocidad de propagación en fibra óptica es aproximadamente 200.000 km/s.

31. La demora total en una red de comunicación de datos se calcula sumando los valores de las demoras individuales en cada nodo y enlace a lo largo de la ruta: Demora Total = Demora de Procesamiento + Demora de Cola + Demora de Transmisión + Demora de Propagación.

32. El efecto del ancho de banda, el tamaño del paquete y el número medio de paquetes en la cola de espera sobre la demora es el siguiente:

• Si la tasa de llegada de bits (producto del tamaño del paquete y la tasa de llegada de paquetes) es significativamente menor que el ancho de banda del enlace (es decir, la utilización del enlace es baja), la demora en la cola es pequeña.
• Si la tasa de llegada de bits se acerca o supera el ancho de banda del enlace (es decir, la utilización del enlace se aproxima o es mayor a 1), la capacidad de transmisión del enlace se satura. En este escenario, la demora media en la cola aumenta de manera exponencial, lo que puede llevar a una congestión severa y a la eventual pérdida de paquetes debido al desbordamiento de los búferes.

33. Las dos herramientas (comandos de red presentes en los sistemas operativos de hosts) para medir la demora de los paquetes en Internet son: Ping y Traceroute.

34. La diferencia funcional entre Ping y Traceroute radica en que:

• Ping: Es una utilidad que solo determina el tiempo de ida y vuelta (RTT - Round Trip Time) entre un host de origen y un host de destino. Su propósito principal es verificar la conectividad básica y medir la latencia directa.
• Traceroute: Rastrea la ruta completa que toman los paquetes desde el origen hasta el destino, mostrando cada router (salto) intermedio y el tiempo de respuesta a cada uno. Esto permite identificar puntos de congestión, fallas en la ruta o latencias elevadas en segmentos específicos de la red.

35. Aunque Ping y Traceroute comparten el objetivo de diagnosticar la conectividad de red, no realizan exactamente la misma función y, por lo tanto, no pueden sustituirse mutuamente sin pérdida de información.

• Traceroute es más completo, ya que proporciona información detallada sobre cada salto en la ruta, lo cual es crucial para la resolución de problemas complejos.
• Sin embargo, Ping es fundamental para una verificación rápida y directa de la conectividad y el RTT con un destino específico. Sustituir Ping por Traceroute para una simple verificación de conectividad podría ser excesivo y no siempre ofrecería la misma simplicidad y rapidez de respuesta necesaria para ciertas tareas de diagnóstico.