Guia de Capes OSI i Infraestructura de Xarxes

1. Capa Física (Unitat 2)

• Funció principal: Transmissió de bits per canal de comunicació, assegurant una recepció correcta.
• Transmissió de dades: Entre màquines via senyals en medis físics.
• Medis de transmissió:
  • Guiats i no guiats: (Ones electromagnètiques) Punt a punt i multipunt.
• Modalitats de transmissió:
  • Simplex: Un sol sentit.
  • Half-dúplex: Per torns.
  • Full-dúplex: Simultani en els dos sentits.
• Senyals:
  • Elèctric: Variació de corrent o tensió (cables de coure).
  • Polsos lluminosos: Fibra òptica (LED o làser).
  • Ones electromagnètiques: Ràdio, WiFi.
• Circuit elèctric: Generador (energia), receptor (transforma en treball) i cablejat.
  • Magnituds: Voltatge (V), Intensitat (I), Resistència (R), Potència (P = I × V).
  • Llei d'Ohm: V = I × R.
  • Resistència del cable: R = ρ × L / S (on ρ és la constant del material, L la longitud i S la secció).
• Tipus de senyals:
  • Analògic: Continu en temps i amplitud.
  • Digital: Valors discrets.
• Modulacions: AM (amplitud), FM (freqüència) i PM (fase).
• Conceptes de xarxes:
  • Amplada de banda: Quantitat d'informació per segon (bps).
  • Rendiment (throughput): Dades reals transferides.
  • Latència: Temps de viatge de les dades (ms).
  • Jitter: Variació del retard dels paquets.
• Ethernet (802.3): Estàndard obert, senzill, fiable i de baix cost. Nomenclatura: Velocitat + tipus de senyal + medi (ex. 10BaseT).
  • Famílies: Ethernet (10 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps), Gigabit Ethernet (1 Gbps), 10Gb Ethernet (10 Gbps).

2. Capa d'Enllaç de Dades (Unitat 3)

• Funció principal: Transferència fiable entre equips via capa física. Gestiona les adreces dels equips, agrupa les dades en trames i controla errors i col·lisions.
• Ethernet/802.3 en el model OSI: La capa d'enllaç es divideix en LLC (control d'enllaç lògic: informació de xarxa, errors, flux) i MAC (control d'accés al medi: adreçament físic, trama, col·lisions).
• Control d'accés al medi (MAC):
  • Determinista: Sense col·lisions, per torns (ex. pas de testimoni, TDMA).
  • No determinista: Col·lisions possibles, FCFS (ex. CSMA/CD, CSMA/CA).
• Col·lisions: Es produeixen quan hi ha dos emissors simultanis i el senyal es degrada. Ocorren tant en medis guiats com no guiats.
• CSMA/CD (Ethernet): 1. Escolta el medi. 2. Transmet si està lliure. 3. Si detecta col·lisió, atura, espera un temps aleatori i reintenta (fins a 16 intents abans de donar error).
• CSMA/CA (WiFi): 1. Escolta. 2. Espera un temps curt. 3. Espera un temps aleatori i transmet. 4. Espera l'ACK (si no arriba, repeteix fins a 7 vegades incrementant l'espera).

• Adreçament MAC: Adreça única mundial de 48 bits (6 octets), format OO-OO-OO-NN-NN-NN.
  • OUI: Primers 24 bits (identificador del fabricant, IEEE).
  • NIC: Últims 24 bits (número de sèrie únic del fabricant).
• Domini de col·lisió: Segment on les trames poden xocar. Es segmenta mitjançant encaminadors (routers) o commutadors (switches) de capa 3/2, però no per hubs o repetidors de capa 1.
• Domini de difusió (broadcast): Àrea on un missatge arriba sense passar per un router. Comparteixen xarxa lògica i porta d'enllaç. Es segmenta per routers o VLANs, no per commutadors o hubs.
• Ethernet i difusió: Totes les estacions reben les trames; la targeta de xarxa (NIC) filtra per MAC de destí o broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF). Els routers bloquegen el trànsit de broadcast.
• Trama genèrica: Inici de trama, adreça (origen i destí), longitud/tipus/control, dades i FCS (verificació d'errors).
• Trama Ethernet 802.3: Preàmbul (7 octets 1010...), SFD (delimitador), destí (6B MAC), origen (6B MAC), longitud/tipus (si és <1536 indica longitud, si és >= indica protocol superior), dades (fins a 1500B MTU, amb farciment si cal) i FCS (CRC per a errors).

3. Capa de Xarxa (Unitat 4)

• Protocols de xarxa (capa 3 OSI): Transmeten informació sense connexió directa a través de múltiples medis. S'implementen en el sistema operatiu o en xips específics.
• Funcions dels protocols de xarxa: Adreçament (únics i grups), encaminament (determinació de la millor ruta via routers) i gestió de la ruta (sense connexió o per circuit virtual).
• IP (Internet Protocol): Protocol sense connexió que no garanteix l'arribada ni la correcció d'errors.
  • IPv4: 32 bits (4B), aproximadament 4.000 milions d'adreces.
  • IPv6: 128 bits, aproximadament 3.4e38 adreces.
• Adreçament IP: Lògic i únic per a cada equip. Consta de 32 bits (en decimal: 0-255 per octet). El mínim és 00000000 (0) i el màxim 11111111 (255).
• Assignació d'IP: Estàtica (manual, per a servidors o impressores) o dinàmica (via DHCP, assignades temporalment).
• Adreçament bàsic: Origen, destí i màscara de xarxa (que determina si el destí és a la mateixa xarxa o cal anar via router). S'utilitza la taula de rutes si la xarxa és diferent.
  • Càlcul de xarxa: IP AND màscara.
  • Exemple: IP 192.168.2.23 i màscara 255.255.0.0 resulten en la xarxa 192.168.0.0.

Classes d'adreces IPv4

• Classe D: Multicast (224-239).
• Classe E: Reservada (240-247).
• CIDR: Adreçament sense classes, indicant els bits de la màscara a 1 (ex. /17).
• Adreces reservades:
  • Xarxa: Bits de host a 0 (referència a la xarxa).
  • Broadcast: Bits de host a 1 (per a tots els equips).
  • Loopback: 127.0.0.0/8 (adreça local).
  • Privades: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16.

4. Medis de Transmissió i Cablejat

• Cables de coure:
  • Resistència: Baixa en conductors i alta en aïllants (unitat: Ω).
  • Tipus:
    • Coaxial: Prim (RG-58, 200m) i gruixut (RG-8, 500m). Utilitza connectors BNC.
    • Parell trenat:
      • UTP: Sense blindatge, 100m, 10-100 Mbps, 100Ω. Sensible al soroll.
      • STP: Blindat per cada parell, 100m, 1-10 Gbps, 150Ω. Requereix connexió a terra.
      • FTP: Blindatge global, 100m, 100 Mbps-1 Gbps, 100Ω.
  • Categories de parell trenat: Diverses segons la velocitat i freqüència.
• Connectors Ethernet: RJ-45 (8 pins). Estàndards T-568A i T-568B (difereixen en els parells verd i taronja).
  • Cable directe: Mateix estàndard als dos extrems (ordinador a switch).
  • Cable creuat: Diferents estàndards (ordinador a ordinador). Actualment s'usa auto-MDI/X.
• Fibra òptica: Transmissió per polsos de llum, immune a interferències, alta velocitat i fins a 2000m.
  • Parts: Nucli (vidre d'alta refracció), revestiment, Kevlar i coberta exterior.
  • Modes:
    • Monomode: Llarga distància, nucli de 8-10µm, una sola ona (làser).
    • Multimode: Curta distància, nucli de 50-62.5µm, múltiples ones (LED).
• Ones electromagnètiques: Camps elèctrics i magnètics que no necessiten medi físic i viatgen a la velocitat de la llum (300.000 km/s).
  • Paràmetres: Amplitud, freqüència (Hz) i fase.
  • Tipus: Ràdio (llargues distàncies, travessa parets), infraroges (curtes, no travessa obstacles) i microones (línia recta, satèl·lits).
• WiFi (802.11): Xarxa WLAN, extensió de la LAN cablada. Ofereix flexibilitat i mobilitat.
  • Abast: 120m màxim, 50m efectiu. El punt d'accés distribueix el senyal.
  • Gestió de col·lisions: Utilitza CSMA/CA.
• Bluetooth (802.15): Xarxes PAN, peer-to-peer, sense punt d'accés. Opera a 2.45 GHz, 1-3 Mbps, abast d'1-100m.
• Cablejat estructurat: Disseny modular, ampliable, flexible i econòmic. Preveu canvis tecnològics.
  • Subsistemes:
    • EF: Connexió externa (Entrance Facilities).
    • ER: Sala d'equips (servidors, routers).
    • TR: Armaris de telecomunicacions.
    • Backbone: Cablejat vertical (normalment fibra).
    • Distribució: Cablejat horitzontal (parell trenat).
    • WA: Àrees de treball (roseta al terminal).
  • Medis: UTP per a distribució i fibra per a troncal i entre edificis.
  • Materials: Armari rack, canalitzacions, caixes, preses RJ-45, cable UTP, commutadors i routers.
• Procés d'instal·lació: 1. Col·locació de taulers i preses. 2. Estesa de cables (deixant 30cm de sobres, senyalització i proves). 3. Connexió de dispositius. 4. Verificació (visual i amb certificador).
• CPD (Centre de Processament de Dades): Concentra els recursos informàtics. Requereix doble escomesa elèctrica, aire condicionat, seguretat d'accés, sistemes contra incendis, SAI i fals sostre o terra.