Fundamentos y Tecnologías Clave de Redes de Área Local

Características de las Redes LAN

Características Generales

• Deben proporcionar soluciones de interconexión y compartición de recursos.
• El área que abarcan no es superior a unos pocos kilómetros.
• Altas velocidades de conexión.
• Bajo coste.
• Permiten el procesamiento distribuido.

Características Técnicas

• Topología de la red.
• Método de acceso al medio.
• Modo de transmisión de datos.
• Soporte físico utilizado.

Topologías de Red

Red Centralizada

Un PC central controla el tráfico de datos (ejemplo: Topología en Estrella).

Red Distribuida

El procesamiento se realiza en cada uno de los equipos conectados, admitiendo varias topologías.

Topología en Bus (Ethernet)

• Inconvenientes:
  • Fácil de "pinchar" (intervenir).
  • Si el bus se rompe, la red entera cae.
  • Difícil de encontrar el problema.
• Ventajas:
  • Más barata y fácil de instalar y ampliar.
  • Funciona bien con tráfico reducido.

(Se refiere a los terminadores de línea)

Topología en Anillo (Token Ring)

• Más difícil de ampliar.
• Más cara.
• Funciona bien con tráfico elevado.

Topología en Estrella (Token Bus)

• Paso de testigo en bus.
• Utilizada para cadenas de producción.
• Actualmente desaparecida.
• Cara, difícil de encontrar y ampliar.

Métodos de Acceso al Medio

Nivel de Enlace

El nivel de enlace se divide en dos subniveles:

• LLC (Logical Link Control): Implementa las funciones de control de enlace lógico.
• MAC (Media Access Control): Permite que los dispositivos se conecten a un medio común sin problemas de acceso.

Subnivel MAC

Métodos de Contienda

Son aquellos en los que los equipos compiten por apropiarse del medio sin un orden de acceso preestablecido (ejemplo: Ethernet).

Método ALOHA

Originario de Hawái, utilizado con ondas de radio. Es un protocolo "puro": si un nodo tenía algo que enviar, lo enviaba. Si detectaba un choque (colisión), esperaba un tiempo aleatorio y reenviaba.

ALOHA Mejorado (Slotted ALOHA)

Solo envía cuando hay una ventana de tiempo predefinida. Mejoró respecto al anterior, pero aún presentaba deficiencias.

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

Acceso al medio con detección de portadora. Antes de enviar, el nodo "escucha" el medio. Si no detecta nada, envía. Existen variantes:

• CSMA Persistente (1-persistente): Envía con un 100% de probabilidad si detecta que no hay datos.
• CSMA p-persistente: Envía con una probabilidad 'p' (ej. 99% o 1%).
• CSMA No Persistente: Envía con una probabilidad baja (espera un tiempo aleatorio si el medio está ocupado).

Inconveniente: No abortan la transmisión hasta que no finaliza el envío de datos, incluso si hay colisión.

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

Con detección de colisión. Es similar a CSMA, pero interrumpe la transmisión inmediatamente si detecta una colisión. Consta de tres fases:

• Contienda: El nodo escucha el medio.
• Transmisión: Si el medio está libre, envía los datos.
• Inactivo: El nodo no tiene datos que enviar y, por lo tanto, no escucha activamente.

(Utilizado en Ethernet)

Métodos Sin Colisión (Con Orden de Acceso)

Paso de Testigo (Token Passing)

Se utiliza un grupo de bits, denominado testigo (token), que se adjunta detrás de los datos que se envían. Un nodo que desea transmitir espera a que le llegue el testigo. Generalmente, hay un mecanismo para generar nuevos testigos si el actual se pierde.

Redes Ethernet

Elementos Esenciales

• Software.
• Tarjeta de red compatible con Ethernet:
  • Llevan incorporado el protocolo CSMA/CD por hardware.
  • Poseen una dirección MAC.
• Cableado:
  • Cables: UTP (Unshielded Twisted Pair), FTP (Foiled Twisted Pair con RJ45), STP (Shielded Twisted Pair con RJ49).
• Equipos de red: Concentradores (Hubs), Conmutadores (Switches), Routers.

Sincronización

Uno de los problemas clave en Ethernet es la sincronización, que se soluciona con la codificación Manchester.

Protocolo MAC IEEE 802.3 (Ethernet)

Estructura de la trama Ethernet:

• Preámbulo: 7 bytes (para sincronización).
• Inicio de Trama: 1 byte.
• Dirección de Destino: 6 bytes.
• Dirección de Origen: 6 bytes.
• Longitud/Tipo: 2 bytes (longitud de los datos o tipo de protocolo superior).
• Datos: <1400 bytes.
• CRC (Cyclic Redundancy Check): 4 bytes (para detección de errores).

Trabaja a nivel de enlace:

• Un HUB realiza la comunicación CSMA/CD en modo half-duplex.
• Un SWITCH implementa un bus lógico CSMA/CD en modo full-duplex.

IEEE 802.4: Paso de Testigo en Bus (Token Bus)

Utilizado en entornos industriales de fabricación (ejemplo: ARCNET). Emplea cable coaxial, elementos de carga, concentradores y elementos especiales.

IEEE 802.5: Paso de Testigo en Anillo (Token Ring)

Desarrollado por IBM. Utiliza una MAU (Multistation Access Unit) que implementa un anillo lógico en su interior.

Centralitas PABX (Private Automatic Branch Exchange)

Es una centralita que soporta comunicaciones de voz y datos. Su ancho de banda no es muy grande y no responde bien a ráfagas de datos.

Funcionamiento de Ethernet (Switches)

Existen dos tipos principales de conmutadores (switches):

• Conmutador de Almacenamiento y Reenvío (Store-and-Forward): Recibe, lee la dirección de destino y origen, y almacena los paquetes antes de reenviarlos. Asegura la integridad de los datos, pero es más lento.
• Conmutador de Corte (Cut-Through): Reenvía los paquetes tan pronto como lee la dirección de destino, sin almacenarlos completamente. Es más rápido, pero no asegura la integridad de los datos de la misma manera.

Tablas de Direcciones MAC

Los switches construyen dinámicamente sus tablas de direcciones MAC. A medida que los dispositivos se conectan y envían tráfico, el switch aprende sus direcciones y las añade a la tabla. Cuando el switch no conoce la dirección de destino de un paquete, lo envía a todos los puertos (flooding).

Cables y Conectores

• UTP (Unshielded Twisted Pair): Cuatro pares trenzados sin blindaje.
• FTP (Foiled Twisted Pair): Blindaje general para todos los pares.
• STP (Shielded Twisted Pair): Blindaje individual por cada par. Capaces de soportar velocidades de hasta 1 Gbps.

Redes FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Actualmente en desuso. Era una interfaz de datos diseñada para fibra óptica, utilizando un método de paso de testigo en anillo. Consistía en un anillo de fibra donde se conectaban terminales e incluso subredes locales. Era de alta velocidad, pudiendo alcanzar hasta 200 km de extensión y soportar unas 1000 direcciones.

La FDDI II soportaba también tráfico de voz y datos, siendo compatible con la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). Para mayor seguridad, las redes FDDI se implementaban sobre un doble anillo. Si uno de los anillos se rompía, los extremos rotos se unían para formar un nuevo anillo funcional. Podían coexistir varios testigos en el anillo.

• Enlaces Tipo A: Se conectan a los dos anillos (primario y secundario).
• Enlaces Tipo B: Se conectan a un solo anillo.

Redes WLAN (Wireless Local Area Network)

Ventajas

• Fácil movilidad.
• Ahorro en traslados dentro de la empresa.
• Conservación en sitios difíciles de cablear.
• Cobertura en lugares públicos (Hotspots).

Inconvenientes

• Velocidad (comparada con cableada).
• Seguridad (requiere configuración adecuada).
• Posible falta de cobertura en ciertas áreas.

Estándares principales: IEEE 802.11b, 802.11a, 802.11g (y posteriores).

Wi-Fi

Los grupos de desarrollo del estándar IEEE 802.11 crearon los estándares técnicos, y un grupo de empresas, la WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), estableció una serie de estándares de compatibilidad bajo la marca Wi-Fi (Wireless Fidelity).

Arquitectura WLAN