Conceptos Esenciales de Redes: Trama, Topologías, CSMA y Direccionamiento MAC

Estructura de una Trama de Datos

La creación de una trama de datos es fundamental para la comunicación en redes. Una trama se compone de varias partes esenciales:

• Cabecera: Contiene indicadores de inicio y fin que identifican el principio y el final de la trama. Incluye:
  • Direccionamiento: Identifica los nodos de origen y destino.
  • Tipo: Identifica el protocolo de la capa superior.
  • Control: Identifica los servicios especiales de control de flujo.
• Datos: Este campo contiene la cabecera de la capa superior (por ejemplo, cabecera de segmento) y los datos de la aplicación.
• Cola: Incluye mecanismos para la detección de errores, asegurando la integridad de la trama.

Tipos de Topologías de Red

Las topologías de red describen la disposición física y lógica de los dispositivos en una red.

Topología Física

Hace referencia a las conexiones físicas y cómo se interconectan los dispositivos terminales y de infraestructura. Las topologías físicas comunes incluyen punto a punto o estrella.

Topología Lógica

Hace referencia a la forma en que una red transfiere tramas de un nodo al siguiente. Consta de conexiones virtuales entre los nodos de una red, independientemente de su disposición física.

Topologías WAN (Redes de Área Amplia)

• Punto a Punto: Consiste en un enlace permanente entre dos puntos terminales.
• Malla: Proporciona alta disponibilidad y redundancia, pero requiere que todos los sistemas terminales estén interconectados con todos los demás sistemas, lo que puede ser complejo y costoso.

Topologías LAN (Redes de Área Local)

• Estrella: Los dispositivos terminales se conectan a un dispositivo intermediario central (como un switch o hub).
• Estrella Extendida: Se trata de un tipo de redes en estrella interconectadas entre sí, a menudo utilizando una topología de bus para la conexión entre los dispositivos centrales.
• Bus: Todos los sistemas terminales se encadenan entre sí y terminan de algún modo en cada extremo del bus.
• Anillo: Los sistemas terminales se conectan a su respectivo vecino formando un anillo cerrado, no necesita tener terminación.

Acceso al Medio: CSMA

CSMA (Acceso Múltiple con Detección de Portadora) es un protocolo utilizado para determinar si el medio de transmisión está transportando una señal. Si se detecta una señal portadora de otro nodo en el medio, significa que otro dispositivo está transmitiendo. Si no se detecta ninguna señal portadora, el dispositivo puede transmitir sus datos.

Existen dos tipos principales de CSMA:

CSMA con Detección de Colisiones (CSMA/CD)

El dispositivo monitoriza el medio para detectar una señal de datos. Si no hay una señal de datos, el medio está libre y el dispositivo transmite los datos. Si este detecta señales que indican que otro dispositivo envía señales al mismo tiempo (una colisión), todos los dispositivos involucrados dejan de transmitir y lo intentan de nuevo en un instante posterior, después de un tiempo de espera aleatorio.

CSMA con Prevención de Colisiones (CSMA/CA)

Examina el medio para detectar la presencia de una señal de datos. Si el medio está libre, el dispositivo envía una notificación (RTS/CTS - Request To Send/Clear To Send) a través del medio que informa de su intención de utilizarlo, antes de transmitir los datos. Esto ayuda a prevenir colisiones antes de que ocurran.

Direcciones MAC y Tipos de Comunicación

Las direcciones MAC (Media Access Control) son identificadores únicos asignados a las interfaces de red para la comunicación en la capa de enlace de datos.

Dirección MAC Unidifusión

Es la dirección exclusiva utilizada al enviar una trama desde un único dispositivo transmisor a un único dispositivo de destino. Es la forma más común de comunicación uno a uno.

Dirección MAC Difusión (Broadcast)

Un paquete de difusión utiliza una dirección IP de destino que solo tiene bits '1' en la parte de host (por ejemplo, 255.255.255.255 para una red IPv4). Esta numeración en la dirección lógica significa que todos los hosts de esa red local recibirán y procesarán el paquete.

Dirección MAC Multidifusión (Multicast)

Permiten a un dispositivo de origen enviar un paquete a un grupo específico de dispositivos. Se pueden utilizar, por ejemplo, en un juego en línea donde muchos usuarios se conectan de forma remota y solo un subconjunto necesita recibir ciertos datos.

Conceptos de Circuitos Eléctricos

Aunque no directamente relacionados con las redes de datos, los conceptos de circuitos eléctricos son fundamentales en la electrónica que soporta la infraestructura de red.

Circuito Eléctrico en Paralelo

Es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos están conectados y coinciden entre sí, lo mismo que sus terminales de salida. En un circuito paralelo, la tensión es la misma en todos los componentes, mientras que la corriente se divide.

Circuito Eléctrico en Serie

Es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos se conectan secuencialmente, uno después del otro. En un circuito en serie, la corriente es la misma en todos los componentes, mientras que la tensión se divide.