Fundamentos de Redes de Datos: Clasificación, Protocolos y Transmisión

Clasificación de Redes según su Localización Geográfica

Subred o Segmento de Red

Se considera al segmento como la red de comunicación más pequeña; todas las redes de mayor tamaño están constituidas por la unión de varios segmentos de red.

• Red de área local (LAN): Uno o varios segmentos de red conectados mediante dispositivos especiales. Su extensión no sobrepasa el mismo edificio.
• Red de campus: Se extiende a otros edificios dentro de un mismo campus.
• Red de área metropolitana (MAN): Se ubica dentro de una misma ciudad y se halla sujeta a regulaciones locales. Puede constar de varios recursos públicos o privados. Una empresa local construye y mantiene la red, y la pone a disposición del público.
• Red de área extensa (WAN) y redes globales: Abarcan varias ciudades, regiones o países. Estos servicios son ofrecidos generalmente por empresas de telecomunicaciones.

Técnicas de Multiplexación y Transmisión

La multiplexación es el método que consiste en compartir un mismo medio de transmisión entre varias comunicaciones.

• Multiplexación por división de tiempo (TDM): Se asigna a cada estación un turno de transmisión rotativo, de forma que, durante un periodo de tiempo, transmite una estación; luego, la siguiente, etc.
• Multiplexación por división de frecuencia o longitud de onda (FDM/WDM): Esta técnica emplea determinadas características de la señal y el medio por el que se transmite.

Técnicas de transmisión analógica (modulación)

QAM (Quadrature Amplitude Modulation o Modulación de Amplitud en Cuadratura): Esta consiste en modular la señal realizando cambios de amplitud y fase, lo que permite codificar cuatro dígitos en cada intervalo de tiempo. Su objetivo es obtener más velocidad con el mismo ancho de banda.

Tipos de Envío de Paquetes

• Unicast: El proceso por el cual se envía un paquete de un host a un host individual.
• Broadcast: El proceso por el cual se envía un paquete de un host a todos los hosts de la red.
• Multicast: El proceso por el cual se envía un paquete de un host a un grupo seleccionado de hosts.

Protocolos de Prevención de Bucles: STP y RSTP

El protocolo STP (Spanning Tree Protocol) asegura que exista solo una ruta lógica entre todos los destinos de la red, al bloquear de forma intencional aquellas rutas redundantes que puedan ocasionar un bucle. El bloqueo de las rutas redundantes es fundamental para evitar bucles en la red.

Las rutas físicas aún existen para proporcionar redundancia, pero las mismas se deshabilitan para evitar que se generen bucles. Si alguna vez la ruta es necesaria para compensar la falla de un cable de red o de un switch, el STP vuelve a calcular las rutas y desbloquea los puertos necesarios para permitir que la ruta redundante se active.

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol): Proporciona una convergencia de spanning-tree más veloz después de un cambio de topología; es la versión utilizada actualmente.

Métodos de Reenvío de Paquetes del Switch

Conmutación de almacenamiento y envío (Store-and-Forward)

En este tipo de conmutación, cuando el switch recibe la trama, la almacena en los buffers de datos hasta recibir la trama en su totalidad. Durante el proceso de almacenamiento, el switch analiza la trama para buscar información acerca de su destino. En este proceso, el switch también lleva a cabo una verificación de errores utilizando la porción del tráiler de comprobación de redundancia cíclica (CRC, Cyclic Redundancy Check) de la trama de Ethernet.

Conmutación por método de corte (Cut-Through)

En este tipo de conmutación, el switch actúa sobre los datos apenas los recibe, incluso si la transmisión aún no se ha completado. El switch recopila en el búfer solo la información suficiente de la trama como para leer la dirección MAC de destino y así determinar a qué puerto debe reenviar los datos.

Detección y Corrección de Errores

Algoritmo de Hamming

El algoritmo de Hamming puede corregir cualquier error de un solo bit. Cuando hay errores en más de un bit, la palabra transmitida se confunde con otra con error en un solo bit, siendo corregida, pero de forma incorrecta. Es decir, la palabra que se corrige es otra distinta a la original, y el mensaje final será incorrecto sin saberlo. Para poder detectar (aunque sin corregirlos) errores de dos bits, se debe añadir un bit más, y el código se denomina Hamming extendido.

CRC (Cyclic Redundancy Check)

El CRC es un código de detección de errores usado frecuentemente en redes digitales y en dispositivos de almacenamiento para detectar cambios accidentales en los datos. Los bloques de datos ingresados en estos sistemas contienen un valor de verificación adjunto.