Redes de comunicaciones (FP Básica)


INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD

El cuadro eléctrico de la vivienda

Para hacer la instalación de cualquier red informática es necesario dotar a la instalación de la energía necesaria para que funcionen los equipos. La instalación eléctrica se puede mandar hacer a otra empresa, pero hay veces que la podemos hacer nosotros mismos.

También hay que tener en cuenta que para instalaciones que ya están en funcionamiento es necesario saber como manejar instalaciones eléctricas, conocer los peligros de la electricidad y saber tomar las precauciones necesarias para su mantenimiento y mejoras.

Pinchar en la imagen para ver como es el cuadro eléctrico de una vivienda

El cuadro eléctrico de la vivienda

Cosas que hay que conocer:
  • Poner una clavija de enchufe
  • Reconocer los componentes de una cuadro eléctrico
  • Conocer los límites de potencia de un cuadro eléctrico
  • Conectar un nuevo circuito a un cuadro eléctrico
  • Conectar una base de enchufes a una manguera
  • Conectar varias bases de enchufe a un circuito eléctrico
  • Instalar las canalizaciones para introducir los cables eléctricos
  • Poner un interruptor a un circuito
  • Hacer que el cuadro eléctrico supere el pico de arranque de un sistema informático
  • Herramientas necesarias

Esquemas eléctricos

Pinchar en la imagen para ver los esquemas eléctricos que se utilizan en instalaciones comunes de electricidad.

INTRODUCCIÓN A INTERNET

Evolución de Internet

Internet se crea a partir de diseños de comunicaciones para entornos bélicos, con la siguiente cronología:
  • 1958 ARPA ( Advanced Research Projects Agency ): Investigación sobre ordenadores y comunicaciones durante la guerra fria.
  • 1960 DARPA (Departamento de Defensa de los EEUU): Es un sistema militar de comunicaciones descentralizado que ha de seguir funcionando aún si algunos sistemas de comunicación son destruidos por el enemigo
  • 1969 ARPANET: Se instala el primer nodo. Dos años mas tarde están conectadas 15 universidades y varios centros de investigación.
  • 1980 Aparece TCP/IP y ARPANET pasa en parte a ser pública. En la década de los 90 se convertirá en Internet

Evolución de las redes en la empresa

  • Aparece la necesidad de intercambiar datos entre empleados. Se crean redes propietarias y exclusivas de cada empresa.
  • Nace la necesidad de comunicación entre empresas. Se crea un estándar de comunicación para que puedan intercambiar datos.
  • Aparece Modelo OSI (Open System Interconnect) como modelo teórico para el diseño y comprensión de las redes de comunicaciones. Como al final supone una difícil implementación, no resultó práctica su utilización y se recurre al modelo TCP/IP.
  • Se documenta el protocolo TCP/IP que ha estado funcionando desde los inicios de Internet y no estaba documentado oficialmente.
  • En 1990 aparece Internet y evoluciona hasta su estado actual.
TCP/IP se está utilizando para servicios de comunicación como:
  • HTTP, HTTPS
  • FTP
  • Correo
  • Chat
  • Streaming de vídeo y audio.
  • Juegos por Internet
  • VoIP
  • Portales de búsqueda
  • Redes Sociales
También hay redes empresariales privadas que utilizan VPN como canal de transmisión seguro para hacer transacciones de datos y económicas de manera segura.

Conexiones a Internet

Definiciones básicas:
  • Baudio: Es la unidad de velocidad que se utiliza en los MODEM telefónicos de las líneas de telefonía analógicas (RTB). Cada baudio es un cambio de nivel de datos en la línea de comunicaciones. Si el baudio lleva varios bits codificados con distintos niveles se denomina como un símbolo.
  • bps: Bit por segundo. Es la unidad que se utiliza para las transferencias de datos de las líneas de comunicaciones. Indica el número de "bits" por segundo que puede tranferir un sistema de comunicaciones. No confundir con "Bps" que son Bytes por segundo, es decir, grupos de 8 bits.

Tipos de conexiones a Internet disponibles en España:

  • Modem telefónico de 56K: Alcanza velocidades de descarga de hasta 56Kbps y 33Kbps de subida. Es interesante investigar que son las señales portadora y moduladora, junto con los sistemas de modulación AM, FM y PM para reforzar el concepto de MODEM.
  • RDSI: Red Digital de Servicios Integrados. Esta compuesto de canales tipo B para transferencia de datos de 64Kbps o llamadas telefónicas y canales tipo D de 16Kbps o 32Kbps para control de las propias líneas. Hay dos tipos de conexiones RDSI:
    • Conexion primaria, en Europa (E1) con 30 canales tipo B para datos y 1 D para señalización con una velocidad máxima de 2048Kbps y en EEUU y Japon (T1) con 13 canales tipo B para datos y 1 D para señalización con una velocidad máxima de 1544Kbps.
    • Conexión básica con dos canales tipo B y 1 tipo D con una velocidad máxima de 192Kbps.
  • ADSL: 8Mbps y ADSL2+  24Mbps, estructura cableado ADSL. Modem USB vs Router (Ventajas Inconvenientes, Abrir puertos, Seguridad, Compartir línea)
  • FTTH: 50Mbps y mas
  • Cable modem: 2Mbps Con TV por cable
  • Satélite: 8Mbps
  • Telefonía móvil
  • PLC Por la red eléctrica
Para ver como captan los clientes las compañías telefónicas ver el siguiente vídeo.

TIPOS Y TOPOLOGÍAS DE REDES INFORMÁTICAS

Concepto de red informática

Una red informática es el conjunto de elementos que hacen posible en intercambio de datos e información entre los equipos de usuario habituales y sus recursos asociados.

Sin una red informática no podríamos tener conexión a Internet y a servicios como Facebook, correo electrónico, whatsapp y similares. Tampoco se podrían intercambiar datos entre los distintos ordenadores de una sala informática.

Hay muchos tipos de redes informáticas. Las que conectan los equipos a través de cables y otras que lo hacen de manera inalámbrica.

Se puede decir que un dispositivo informático que no esté conectado a una red informática es un equipo que tiene limitadas sus posibilidades de trabajo en mas de un 90%.
En este punto se van a mostrar las distintas maneras de conectar los distintos equipos de una red informática.

Tipos de redes

Antes de todo se ha de hacer una distinción entre distintos tipos de redes. Basándose en su alcance se pueden clasificar como:
  • LAN: Local Area Network ó red de área local. Es una red que tiene un alcance desde unos metros hasta unos 2 kilómetros. Generalmente es propiedad de una empresa determinada o incluso puede ser la red de datos de una vivienda o pequeña oficina. El coste inicial así como el mantenimiento ha de ser costeado por el propietario.
  • MAN: Metropolitan Area Network. Red de área metropolitana. Esta red tiene un alcance de varios edificios dentro un área de unos pocos kilómetros. Es una red que utiliza recursos que no son propiedad de la propia empresa para conectar las distintas sedes de la compañía. Normalmente las líneas que utiliza para conectar los distintos edificios son alquiladas a distintos proveedores de comunicaciones. El resultado final es que aparentemente todos los edificios pertenecen a la misma red, la red LAN de la empresa. La realidad es que están conectados a través de una red MAN.
  • WAN: Wide Area Network.  Red de área amplia. Esta es una red que une distintos elementos sin límite de distancia. Generalmente es propiedad de grandes compañías de telecomunicaciones como son en España Movistar, Ono, vodafone, ect. Éstos son los encargados de que las conexiones funcionen correctamente para que sus clientes, que tienen alquilados sus servicios, puedan tener conectividad las 24 horas del día.
En la siguiente imagen se pueden comparar los tipos de redes explicados.

Internet: Es conocida como la red de redes. Es una red que engloba a todos los dispositivos y redes que están interconectados entre sí a nivel mundial. Se puede decir que cualquier dispositivo que está conectado a Internet está disponible y alcanzable desde el resto de equipos. Solo los cortafuegos, antivirus y otros sistemas de seguridad pueden proteger a cada equipo individual del acceso desde el resto de equipos. El símbolo que representa a Internet en los esquemas de redes informáticas es una nube que está compuesta por una infinidad de equipos.

Topologías

Una topología es una manera de representar una red informática sobre un plano. Las topologías se pueden dividir las topologías en dos grandes grupos, topologías físicas y topologías lógicas.

Topologías físicas: Son aquellas que indican como están interconectados los cables de los dispositivos de una red.
  • Bus
  • Estrella
  • Estrella extendida
  • Anillo

  • FDDI
  • Malla
  • Celular (Móviles y wifi)

Topologías lógicas: Son aquellas que indican como fluyen internamente los datos de una red informática. Especifica el funcionamiento interno de la red.
  • CSMA/CD (Acceso Múltiple Detección Portadora / Detección Colisiones), también llamada en bus, ethernet o brodcast. Es una red no determinística.
  • Token Ring, Determinística
  • FDDI

Modos de transmisión

Dentro de las tecnologías de red hay tres modos de transmisión en función de la dirección hacia donde fluyan los datos. Son los siguientes modos:
  • Simplex: Solo se transmite en un sentido de comunicación.
  • SemiDuplex o HalfDuplex: Se puede transmitir en los dos sentidos de transmisión, pero solo en uno a cada vez. O se transmite o se recibe, pero no las dos cosas a la vez.
  • Duplex o FullDuplex: Se puede transmitir en los dos sentidos de transmisión a la vez. De esta manera se consigue el doble de flujo de datos para un mismo cable.

Otras definiciones

  • Ancho de banda: Es la velocidad de transmisión que puede alcanzar un cable o línea de transmisión. Se mide en Mbps
  • Tasa de transferencia: Es la velocidad de transmisión que está disponible en un momento determinado entre un transmisor y un receptor. Puede estar limitado por uno de ellos e incluso por un momento de congestión de la línea de comunicación.
  • Cuello de botella: Es cuando en una red hay un dispositivo o cable que funciona más lentamente que el resto de la red, provocando que la velocidad de las transmisiones se reduzca a la velocidad más lenta, impidiendo utilizar los recursos más rápidos de la red de manera correcta.

TIPOS DE CABLEADO

Cableado: En los siguientes puntos se muestran los distintos tipos de cableado utilizado actualmente en las redes de datos. El que más se utiliza actualmente es el UTP en categorías 6 y 7 y la fibra óptica tanto monomodo como multimodo.
  • Coaxial fino (Thinnet). Tecnología 10BASE2, velocidad 10Mbps y distancia máxima de 185 metros. Tiene una malla exterior que evita que las interferencias electromagnéticas afecten a la señal transmitida.
  • Coaxial grueso (Thicknet). Tecnología 10BASE5, velocidad 10Mbps y distancia máxima de 500 metros. Tiene una malla exterior que evita que las interferencias electromagnéticas afecten a la señal transmitida.
  • Par trenzado UTP: Unshield Twisted Pair (Par Trenzado No-Blindado). Es un cable que contiene 4 pares de cable. Cada par de cables esta formado por dos hilos simples trenzados entre sí para evitar interferencias electromagnéticas. El trenzado del cable permite anual la mayor parte del ruido exterior debido al efecto de anulación de ruido que provoca que en cada vuelta el ruido cambie de polaridad y por lo tanto anule al ruido de la vuelta anterior.
  • Par trenzado FTP: Foiled Twisted Pair (Par Trenzado Con-Papel-Alumnio). También conocido como ScTP (Screened Twisted Pair - Par Trenzado Apantallado) Es un cable que contiene 4 pares de cable. Cada par de cables esta formado por dos hilos simples trenzados entre sí para evitar interferencias electromagnéticas. Tiene un recubrimiento adicional de aluminio bajo la cubierta para evitar interferencias más fuertes.
  • Par trenzado STP: Shielded Twisted Pair (Par Trenzado Blindado). Es un cable que contiene 4 pares de cable. Cada par de cables esta formado por dos hilos simples trenzados entre sí para evitar interferencias electromagnéticas. Tiene un recubrimiento adicional de aluminio en cada par de cobre y otra bajo la cubierta exterior para evitar cualquier tipo de interferencia.
  • Fibra óptica: Es un cable que transfiere los datos en forma de energía luminosa, no con energía eléctrica. Esto supone una ventaja fundamental con respecto a los cables de cobre ya que no hay posibilidad de interferencias electromagnéticas, descargas eléctricas accidentales, ni posibilidad de robado de datos. Son cables que necesitan personal cualificado para su instalación.

En la siguiente figura se puede ver la manera de transmitir de los cables de fibra óptica, dependiendo de si son monomodo o multimodo. Prestar especial atención a la diferencia que hay entre la fibra de índice de escalón y la de índice gradual.


En la siguiente imagen se pueden ver las distintas medidas que tienen los cables de fibra óptica que hay en el mercado. Hay que observar que la fibra óptica monomodo tiene un diámetro interno muy inferior a la fibra multimodo, aunque ambas dos tienen el mismo diámetro exterior.


En la siguiente figura se muestra un pequeño resumen de los conectores que se utilizan con la fibra óptica. Hay que tener en cuenta que para que sea posible una transmisión bidireccional es necesario que utilizar dos cables de fibra con sus correspondientes conectores.

Para más información sobre fibra óptica ir a la parte especializada de esta página web. Link

En relación con el cableado UTP hay que tener en cuenta la velocidad admitida por el cable. Este aspecto se clasifica según las siguientes categorías:

Tecnologías Ethernet

En la siguiente tabla se pueden observar las distancias máximas de cada tipo de red creada, dependiendo del tipo de cable utilizado, conector, distancia, etc.

Tecnología Velocidad Cable Conector Distancia Máxima
 Topología Física
 Topología Lógica
 Duplex
 10BASE2 10Mbps Coaxial BNC 185 metros
 Bus CSMA/CD No
 10BASE5 10Mbps Coaxial BNC 500 metros
 Bus CSMA/CD No
 10BaseT 10Mbps Par Trenzado
 RJ45 100 metros
 Estrella CSMA/CD No
 100BaseTx 100Mbps Par Trenzado
 RJ45 100 metros
 Estrella CSMA/CD Sí
 1000BaseT 1000Mbps Par Trenzado
 RJ45 100 metros
 Estrella CSMA/CD Sí
 10GBaseT 10Gbps Par Trenzado
 RJ45 100 metros
 Estrella CSMA/CD Sí
 1000BaseLX 1000Mbps Fibra óptica monomodo
 LC 5000 metros
 Estrella CSMA/CD Sí
 1000BaseSx 1000Mbps Fibra óptica multimodo
 LC 550 metros Estrella CSMA/CD Sí
100BaseT4
100Mbps
Par Trenzado
 RJ45 100 Metros
 Estrella CSMA/CD Sí
 100BaseBX 100Mbps Fibra óptica multimodo
 LC 5000 metros
 Estrella CSMA/CD Sí
40GBASE-T40Gbps
Par Trenzado
 RJ45
 100 Metros
  100 Metros CSMA/CD Sí
 100GBase... 100Gbps...
...
...
...
 ...

Conociendo el tipo de tecnología utilizado se ha de saber el cable o cables que se pueden utilizar, conectores y distancias.

Tecnologías WiFi

 Tecnología Velocidad Distancia típica interior
 Distancia típica exterior
 Frecuencia de Trabajo País
 802.112Mbps
  2.4GHz
Todo el mundo
 802.11a 54Mbps 85 metros
 185 metros
5GHz
EEUU
 802.11b11Mbps
50 metros
140 metros
2.4GHz
Todo el mundo
 802.11g 54Mbps65 metros
150 metros
2.4GHz
 Todo el mundo
 802.11n300Mbps
120 metros
300 metros
2.4GHz/5GHz
 Todo el mundo
 802.11ac1.3Gbps
   2.4GHzTodo el mundo

En la siguiente imagen se muestran los canales WiFi disponibles para utilizar con esta tecnología.


Con la herramienta Wifi Analyzer se puede ver que canal ocupa cada dispositivo Wifi en una ubicación concreta.


Hay que tener en cuenta que la potencia de la señal Wifi disminuye con el cuadrado de la distancia y con los obstáculos que se encuentre la señal.

Tipos de latiguillos

  • Recto (Straight Forward): En ambos extremos tiene el mismo tipo de conectorización. Une dispositivos tipo 1 con dispositivos tipo 2. Conectorizar con 568A-568A ó 568B-568B
  • Cruzado (Cross Over): En cada  extremo tiene un tipo de conectorización. Une dispositivos del mismo tipo. Conectorizar con 568A-568B
  • Consola (Roll Over): Es un cable especial en el que el conector de un extremo esta girado completamente con respecto al del otro extremo. Se utiliza para conectar un dispositivo gestionable a una consola de configuración, generalmente a un PC con un simulador de terminal (Hyperterminal o Putty). Conectorizar con 568A-568A-1 ó 568B-568B-1
Hay que saber que existen en el mercado cables rígidos y cables flexibles. Los primeros se utilizan para hacer instalaciones de cableado y los segundos para hacer latiguillos, que tienen que soportar movimientos continuos que provocarían que un cable rígido se partiera con facilidad.

Tipos de dispositivos: Esta clasificación es de cosecha propia con la pretensión de entender cuando correctamente cuando utilizar cables rectos y cuando cruzados
  • Tipo1: Transceptor, router y PC
  • Tipo2: Hub y Switch
Códigos de colores 568A y 568B

Cable Recto 568A-568A


A parte de esto hay que tener en cuenta que algunos dispositivos de red tienen las conexiones de red auto-sense, es decir que "cruzan" internamente el cable para hacer la conexión correcta. En estos dispositivos de igual utilizar cables rectos que cruzados, siempre se establece una conexión de red válida. Esta técnica se llama MDIX (Medium dependent interface crossover, MDIX)

Regla 5, 4, 3, 2, 1

Es una regla que marca los límites en cuanto a la extensión de una red de datos Ethernet. Esta regla no hay que superarla ya que los algorítmos con los que se han programado los distintos eventos que se pueden producir en una red Ethernet han de estar dentro de unos tiempos determinados y limitados.

Debido al funcionamiento interno de los switches estas reglas no son de aplicación en las redes que los utilizan.

La regla marca las siguientes limitaciones máximas:
  • 5 Segmentos de cableado
  • 4 Repetidores
  • 3 Segmentos con ordenadores
  • 2 segmentos de unión
  • 1 Dominio de colisión
  • Deja de tener sentido cuando se sustituyen los Hub por Switches

Dispositivos de red

Se va a hacer una relación de los distintos dispositivos de los que puede componerse una red informática para que se tenga una noción de cual es su aspecto físico y su función en la red. A la vez se indicará en que nivel del modelo OSI se clasifica dicho dispositivo, aunque todavía no se sepa a que se refiere esta característica. (Ver que es el modelo OSI más abajo).

Los dispositivos que puede haber en una red informática son:
  • PC, Portatil, Impresora, Servidor, Host: Todos ellos son dispositivos finales de una red informática y aunque su función y potencia de cálculo pueden variar, todos necesitan una dirección IP y una conexión de red para conectarse a la red. Son dispositivos de capa 7.
  • NIC: Es la tarjeta de red de un dispositivo (Network Interface Card). Permite a un equipo conectarse a una red de comunicaciones. La conexión puede ser por cable o de manera inalámbrica. Es un dispositivo de capa 2, ya que tiene una dirección física (MAC).
  • Transceptor: Es un conversor de medios (tipos de cableado). Por ejemplo puede convertir una conexión de par trenzado a fibra óptica. Es un dispositivo de capa1.
  • Repetidor: Es un dispositivo que se encarga de amplificar y retemporizar una señal que se ha deteriorado debido a la atenuación producida por el cable. Es un dispositivo de capa1.
  • Concentrador (Hub): Es un repetidor multipuerto. Los datos que entran por una de sus bocas (conexiones) son replicados por el resto de sus bocas. Suelen ser de una velocidad de 10Mbps y half duplex. Es un dispositivo de capa 1.
  • Puente (Bridge): Es un repetidor inteligente. Analiza las tramas que circulan por la red y las deja pasar o no dependiendo de la dirección MAC del equipo de destino. Esto hace que el rendimiento de la red aumente, puesto que aisla conversaciónes de red. También aumenta la seguridad de la red. Es un dispositivo de capa 2.Switch: Es un puente multipuerto. Físicamente es muy similar a un hub, pero el funcionamiento interno es como el de un puente. Aumenta al máximo la velocidad y privacidad de la red. El aislamiento de las conversaciones se conoce como microsegmentación. Es un dispositivo de capa 2
  • Router: Es un dispositivo que sirve para unir dos o más redes, ya sean varias de área local entre sí, o una red de área local con Internet. Es un dispositivo de capa 3, ya que toma sus decisiones en base a la dirección IP del destino.
  • Pasarela: también conocido como gateway o puerta de enlace. Es el equipo de una red de área local que se utiliza como punto de salida de la red para conectarse a redes externas. Suele ser el router que conecta a la red con Internet.
  • Nube: Es una representación gráfica de un conjunto de redes y dispositivos no determinado. Se utiliza para representar a todos los dispositivos que intervienen en la comunicación entre un origen y un destino que se unen a través de una red que tiene una estructura que no se conoce.

En la siguiente imagen se pueden ver los símbolos que se suelen utilizar para cada elemento, aunque muchas veces se utilicen otros similares.

MODELOS OSI Y TCP/IP

El modelo OSI es un modelo de redes teórico que se diseñó para organizar de la manera más correcta posible el diseño y funcionamiento de una red informática. Este modelo divide una red informática en 7 capas, cada una de las cuales se encarga de un aspecto distinto de la red.

Las siete capas del modelo OSI se pueden ver en la siguiente imagen. Las funciones de cada capa son:

1. Capa física: Se encarga de todo lo físico, longitud de los cables, voltajes de trabajo, medidas de los conectores, velocidades, formato de las tarjetas de red y cualquier aspecto físico de los dispositivos o cableado.

2. Capa de enlace de datos: Se encarga sobre todo de los siguientes aspectos:
  • Identificación física de los equipos (Dirección MAC - Dirección Física). Es un identificador de 48bits representado en formato hexadecimal.
  • Control de acceso al medio (MAC). Esta parte se encarga de buscar el momento apropiado para introducir los datos que se quieren transmitir en el cable. Ésto está determinado por la topología lógica utilizada en cada tipo de red (Token Ring, CSMA/CD (Ethernet), CSMA/CA (Wifi))
  • Detección de errores de transmisión.
3. Capa de red. Al igual que la capa anterior tiene varias funciones, que principalmente son:
  • Se encarga de dar una dirección lógica al equipo (Dirección IP).
  • Se encarga del enrutamiento de los paquetes a través de la red de datos. Es quien conoce el mapa de red y dirige los paquetes como lo haría un navegador GPS con un coche. Buscar la mejor ruta hasta el destino.
  • Se encarga de control y notificación de errores mediante el protocolo ICMP (Responsable de las herramientas tal como ping, tracert, nslookup)
4. Capa de transporte: Se encarga de verificar que los datos enviados a un destino llegan correctamente. Se encarga de la corrección de errores y proporciona confiabilidad a la transferencia de datos (TCP), solicitando los segmentos perdidos al origen.

5. Capa de sesión: Se encarga de establecer sesiones independientes entre aplicaciones. Por ejemplo en las distintas ventanas de los navegadores web. Es donde se utilizan los distintos puertos de origen y destino.

6. Capa de presentación: Establece un formato determinado para los datos que se envían de origen a destino. Por ejemplo HTML, GIF, JPG, TXT, Flash. Se encarga de la encriptación de datos a través de protocolos como SSH.

7. Capa de aplicación: Es la parte de la aplicación que utilizan las aplicaciones para los servios de red.

NOTA: Cuando un ordenador origen quiere transmitir datos a un destino ha de utilizar todas las capas del modelo OSI, desde la capa de aplicación hasta la física, en donde el cable es el método de transporte. Por otro lado el destino ha de utilizar todas las capas en sentido inverso, desde la capa física hasta la de aplicación.

PDU: Protocolo de comunicación entre capas iguales (Protocol Data Unit). Es el nombre que recibe el protocolo virtual que permite la comunicación directa entre capas iguales, como por ejemplo entre la capa de aplicación del origen y la capa de aplicación del destino. Es un protocolo virtual porque la comunicación directa entre capas en realidad no existe, ya que como solo se pueden transmitir los datos por el cable, todas las capas tienen obligación de llevar los datos a las capas inferiores hasta que se llega al cable, que es el encargado de transportar los datos al destino.

En la siguiente imagen se puede observar la relación entre las capas del modelo OSI y el modelo TCP/IP. Observar también que capas del modelo OSI se unen en una sola capa del modelo TCP/IP y como el nombre de algunas capas cambia.

En la siguiente imagen se pueden ver los protocolos de red que utiliza cada capa. Los protocolos de las capas de aplicación, transporte e Internet son dependientes del software y no dependen del tipo de cable, red o conexión que se utiliza. Solo los protocolos de la capa de acceso al medio dependen del tipo de hardware que se utiliza en cada red. La topología, distancias, velocidades y aspectos físicos también dependen de la capa de acceso al medio.

Proceso de encapsulación

Es el proceso de transformación que sufren los datos que se quieren transmitir según van pasando de la capa de aplicación hasta llegar a la capa de acceso al medio. En cada capa los datos van sufriendo modificaciones y se van añadiendo cabeceras con distintas informaciones que se utilizarán en el equipo de destino para volver a obtener los datos tal y como se transmitieron.

Los datos de cada capa van recibiendo distintos nombres en cada capa durante el proceso de encapsulación. Los nombres utilizados son los siguientes:
  • Datos: Capas 7, 6 y 5 del modelo OSI ó capa de Aplicación del modelo TCP/IP. En esta capa es en donde están los datos de usuario. Capa de aplicación, por ejemplo un fichero PDF que ocupa 245kB.
  • Segmentos: Los datos se dividen en trozos con un tamaño máximo MTU (Maximum Transmision Unit). 1500Bytes en Ethernet. Se añade en la cabecera los puertos de origen y destino, entre otras cosas. Capa de Transporte
  • Paquetes: Se añade en la cabecera las IP de origen y destino, entre otras cosas. Capa de Internet
  • Tramas: Se añade en la cabecera las MAC de origen y destino, entre otras cosas, y el FCS (Frame Check Secuence) en la cola, para verificar la integridad de la trama
  • Bits: Las tramas se llevan al cable convertidas en bits, usando la codificación adecuada al medio de trasmisión

Explicar protocolos de capas en TCP/IP y servicios que se ofrecen al usuario. 

Métodos de acceso al medio

Funcionamiento de una red en bus, hub y switch

Unicast, multicast y broadcast

  • Unicast: Mensajes que van dirigidos a un único destino
  • Multicast: Mensajes que van dirigidos a un grupo determinado de equipos
01-00-5E-00-00-00 to 01-00-5E-7F-FF-FF
33-33-00-00-00-00 to 33-33-FF-FF-FF-FF Multicast IPV6
Para ver otras MAC multicast visitar el siguiente link
224.x.x.x   to 239.x.x.x
  • Broadcast: Mensajes que van dirigidos a todos los equipos
ff:ff:ff:ff:ff:ff
172.16.255.255 Broadcast dirigido
255.255.255.255 Broadcast de difusion

DISEÑO DE REDES INFORMÁTICAS

Para cable UTP utilizado en topologías en estrella, hay que tener en cuenta.
  • Distancia máxima 100metros. Sin repetidores, si se ponen repetidores seguir la regla 54321. Los 100 metros incluyen 6 metros de cable de pactheo y 3 metros de latiguillo de usuario. De esta manera solo hay 90 metros de cable de unión.
Definición de términos en distribución de cableado:
  • MDF: Main Distribution Facilities (Armario de distribución principal). Solo habrá uno en la red y será el que distribuya el cableado hasta los IDF. Se situará lo más centrado posible en la red LAN
  • IDF: Intermediate Distribution Facilities (Armario de distribución intermedio). Se conectarán directamente al MDF sin pasar por ningún otro IDF. Hay que poner uno por planta y al menos uno por cada 2500 metros cuadrados, aunque esto puede variar dependiendo del plano del edificio.
  • POP: Point Of Presence (Punto de presencia). Es el lugar hasta el que llega el cableado del proveedor de telecomunicaciones. Normalmente suele ser una caja de conexiones tipo PTR (Punto de Terminación de Red). Hay que llevar este punto hasta el MDF con el cableado adecuado.
Las reglas para poner un armario de distribución de manera adecuada son:
  • Puerta que abre hacia afuera
  • Iluminación no reactiva, es decir incandescente, LED, bajo consumo, no fluorescente reactivo
  • No paso de tuberías de cobre
  • No paso de líneas de alta tensión
  • Tener bastantes enchufes y bastante potencia eléctrica
  • Tener falso suelo sin accesos a otros habitáculos
  • Tener un sistema de refrigeración adecuado
  • Tener un tamaño adecuado para los equipos que van en su interior
Los pasos que hay que seguir en el diseño de la red de un edificio son:
  • Ver historial de crecimiento de la empresa y ampliaciones futuras.
  • Requerimientos de red y opinión de los operarios
  • Seguridad de la red: Ubicaciones, limitación de acceso, personas designadas.
Documentación a generar:
  • Topologías lógica y física
  • Plan de distribución
  • Cables y tomas rotuladas.
  • Tabla de dispositivos, mac/ip, software, contraseñas
  • Plan de interconexion, patch panel, dispositivos.
  • Calendario de ejecución
Definiciones:
  • Cableado vertical (Backbone)
  • Cableado Horizontal
  • Área de trabajo
  • Centro de telecomunicaciones principal (MDF)
  • Centro de telecomunicaciones intermedio (IDF)
  • Servicio de ingreso (POP) Point of Presence
  • Sala de máquinas (CPD) Centro proceso de datos
Elección y cantidad de armarios de distribución:
  • Suponiendo 10m2 por PC: área cobertura 1000m2 por armario (100 puestos). Armario de 3x3 metros. Actualmente se supera dicha densidad con los armarios Rack
  • Más armarios si la distancia de los cables no llega (90m)
  • Un armario mínimo por planta
  • Cumplir normas contra incendios. Cuidar la seguridad si techos y suelos falsos
  • Temperatura 21ºC y humedad entre 30% y 50%
  • Enchufes dobles cada 1,8m, Iluminación mínima 500lx
  • Puerta 90cm min ancho, abre hacia afuera. Con cerradura. Apertura fácil desde interior
  • No conductos de agua o alta tensión
  • Elección del armario
  • Lo mas cerca posible del POP (Point Of Presence)
  • Cobertura de 50m de radio
  • Uno por planta (el central MDF)
  • Uno por edificio (el central MDF)
  • Poner IDF cuando el MDF no de cobertura.
  • IDF conecta directamente con MDF.
  • Solo se permite una ICC (conexión Intermedia) entre IDF y MDF
  • Patch panel que corresponden con cada tipo de cableado: ICC, VCC, HCC
  • Diseño modular y ampliable
  • Regla 5, 4, 3, 2, 1 no aplicable con switch
Link con normas y ejemplo del diseño de una red
Hacer trabajo del anfiteatro de Cisco.
Hacer prácticas de cables a la vez que el proyecto de cableado.
Etiquetado del cableado

CONMUTACIÓN (HUB CONTRA SWITCH)

En construcción

DIRECCIONES IP

Definición: Una dirección IP es el identificador lógico que ha de tener cualquier máquina conectada a Internet para que se pueda comunicar con cualquier otra. Es la única dirección que se puede cambiar en una máquina, ya que la dirección lógica (MAC) está directamente guardada en un chip de la tarjeta de red y por lo tanto no se puede cambiar.

Además hay que saber que la dirección MAC de un equipo solo tiene aplicación dentro de una red de área local, en cuanto el paquete sale a Internet ésta dirección desaparece y es sustituida por un encabezado que depende de la tecnología utilizada en la propia conexión WAN.

Formato: La primera parte de la dirección IP identifica la red (identificado como R) y la segunda parte identifica el host (identificado como H). Dependiendo del tipo de dirección IP, el tamaño de cada uno de los identificadores varía, así como la máscara de red asociada. En el siguiente apartado se indica el tamaño de cada campo para cada tipo de dirección IP y la máscara de red que utiliza.

Tipos de direcciónes IP

  • Clase A: El primer bit de red es 0. El primer número de la dirección IP  varía en el rango 0-127, de los cuales solo se puede utilizar el rango 1-126, al estar el 0 y 127 reservados. Son 126 redes a nivel mundial con un tamaño muy grande, de unos 16,77 millones de equipos cada una. El primer octeto identifica la red y los otros tres identifican el host (R.H.H.H). La máscara de red que corresponde con este tipo de IP es 255.0.0.0.
  • Clase B: Los primeros bit de red son 10. El primer número de la dirección IP  varía en el rango 128.0-191.255. Son 16384 redes a nivel mundial con un tamaño grande, de 65534 equipos cada una. Los dos primeros octetos identifican la red y los otros dos identifican el host (R.R.H.H). La máscara de red que corresponde con este tipo de IP es 255.255.0.0.
  • Clase C: Los primeros bit de red son 110. El primer número de la dirección IP  varía en el rango 192.0.0-223.255.255. Son 2 millones de redes a nivel mundial con un tamaño pequeño, de 254 equipos cada una. Los tres primeros octetos identifican la red y el último identifica el host (R.R.R.H). La máscara de red que corresponde con este tipo de IP es 255.255.255.0.
  • Clase D: Los primeros bit de la dirección son 1110. Son direcciones IP que no se utilizan para identificar los equipo de una red, sino que se utilizan para hacer multicast. Este tipo de direcciones comienzan con los números del 224-239. No se aplica máscara de red para este tipo de direcciones
  • Clase E: Los primeros bit de la dirección son 1111. Son direcciones reservadas para investigación de Internet. Las direcciones de este tipo están en el rango 240-255.

En el direccionamiento de todas las redes se han de quitar dos direcciones IP de las disponibles, concretamente la primera que identifica la red (Dirección de red) y la última que es la que se utiliza para hacer broadcast.

La máscara de red se pone junto con la dirección IP en dos posibles formatos. El formato tradicional (Ej: 255.255.255.0) y en formato reducido (Ej: /24), en donde se especifican el número de bits de red que tiene la máscara.

Direcciones IP privadas: Son tres rangos de direcciones IP que se utilizan para redes de área local que no acceden a Internet. Estas IP se pueden utilizar en varias empresas a la vez, ya que no salen a Internet. Su uso ha sido concevido para ahorrar direcciones IP, que en la version IPV4 están prácticamente agotadas. Cuando los equipos que utilizan IP privadas tienen que conectarse a Internet han de ulilizar el protocolo NAT en el router que los conecta al exterior para que sean traducidas a una o varias IP públicas. Las direcciones privadas son:
  • Clase A: Una sola red. 10.0.0.0
  • Clase B: 16 redes disponibles: Desde la 172.16.0.0 hasta la 172.31.0.0
  • Clase C: 256 redes disponibles: Desde la 192.168.0.0 hasta la 172.16.255.0
Direcciones IP reservadas: Son direcciones IP que están reservadas para otros usos. Son las siguientes:
  • Loopback: Dirección 127.0.0.1, que es utilizada para hacer la prueba de loopback sobre el propio equipo. Esta prueba consiste en hacer un ping a la dirección 127.0.0.1 para probar que el protocolo TCP/IP está funcionando correctamente. Funciona incluso si el equipo no tiene el cable de red conectado. También se verifica que los drivers de la tarjeta de red funcionan correctamente. Esta prueba se puede realizar cualquier dirección IP que empiece por 127.x.x.x, aunque siempre se utiliza la dirección 127.0.0.1 todo el rango de Clase A está reservado para esta prueba.
  • Dirección de enlace local: Cualquier IP en el rango 169.254.0.0 a 169.254.255.255. Son direcciones IP que se autoasignan los ordenadores cuando no se ha asignado una dirección IP de manera manual ni existe ningún servidor DHCP en la red. Hay un protocolo que se encarga de que en la misma red no puedan repetirse las direcciones IP entre los equipos que componen la red. Esto sirve para que la red LAN pueda funcionar a nivel local bajo cualquier circunstancia. En este estado no puede haber una conexión con Internet.
  • Ruta predeterminada: Es la dirección IP 0.0.0.0, que identifica el camino que han de a seguir los datos cuando no se conoce la ruta hacia el destino, se supone que por ese camino habrá algún dispositivo que sepa que hacer con los datos para llegar al destino de manera correcta, un router por ejemplo.
  • Direcciones TEST-Net: Son direcciones públicas que están reservadas para el uso con estudiantes de redes y pruebas de laboratorio, el rango va desde 192.0.2.0 a 192.0.2.255.
IP Publicas vs IP Privadas: La diferencia fundamental entre este tipo de direcciones es que las direcciones IP privadas no pueden salir a Internet y las públicas si. Los propios routers bloquean de manera automática los mensajes con IP privadas. Su cometido es que los equipos de una red LAN puedan tener una dirección IP sin la necesidad de alquilar a un proveedor de Internet una dirección IP para cada equipo, que aparte del coste que eso supondría se haría un gasto de direcciones IP que la versión 4 de TCP/IP no podría soportar. Para que los equipos con IP privada puedan salir a Internet se necesita habilitar en el router el protocolo NAT (Network Address Translation) para que traduzca las direcciones IP privadas en direcciones IP públicas.

Protocolo NAT

Tal y como se ha explicado anteriormente se encarga de traducir las direcciones IP privadas en direcciones IP públicas para que los equipos de una red LAN privada puedan conectarse a Internet. Al tener este protocolo activado en el router se aumenta la seguridad de la red LAN, ya que cualquier intento de acceso desde el exterior es siempre denegado por defecto.

Apertura de puertos NAT: Cuando se utiliza el protocolo NAT todos los accesos desde el exterior se deniegan por defecto. Se pueden habilitar ciertos accesos desde el exterior mediante la apertura de puertos de red. Cuando se abre un puerto en el router a través del protocolo NAT, lo que se hace es que cualquier petición externa a ese puerto inicia un proceso en el router que dirige el tráfico a una IP interna determinada de la red LAN.

Puerta de enlace: Es la dirección IP interna del router de una red que va a permitir a los equipos de la red conectarse con el exterior y por ende con Internet. Es necesario configurar correctamente esta dirección en cada equipo de la red para que puedan conectarse con el exterior de la red.

Asignación de direcciones IP

Hay dos maneras de asignar una dirección IP a un equipo de una red.
  • Manualmente: El administrador de la red asigna la dirección IP de manera manual a los equipos. En redes de ciertos tamaños esto puede suponer varias horas de trabajo y hay que ser muy cuidadoso para no poner la misma dirección IP a más de un equipo. Se provocaría un conflicto de dirección IP y los equipos afectados no se podrían conectar a la red. En este caso es muy fácil introducir un número mal.
  • Servidor DHCP: Se configura un servidor con un software de DHCP Server, se configura de manera adecuada y cada vez que se enciende un equipo éste asigna la IP de manera automática evitando direcciones incorrectas, tiempo de configuración y conflictos de IP.
  • Servidor DNS: Es un servidor que proporcionan los proveedores de Internet que se encargan de traducir las direcciones web (URL) que ponemos en el navegador a direcciones IP para que los ordenadores de origen se puedan conectar a los ordenadores de destino. Su uso es obligado en la configuración IP de un ordenador ya que los ordenadores solo saben conectarse con otros ordenadores a través de direcciones IP, no saben que significa una dirección URL y siempre necesitan hacer la traducción correspondiente a dirección IP.

Tipos de direcciones IP de destino:
  • Unicast: Es una dirección IP que tiene como destino un único equipo. Este tipo de direcciones sería cualquiera dentro de los tipos A, B o C.
  • Multicast: Es una dirección IP que tiene como destino un conjunto de equipos que ha de recibir un determinado tipo de paquete. Se utiliza por ejemplo en video conferencias en directo (streaming) dirigidas a un grupo determinado de destinatarios. Otros ejemplos serían la radio online, aviso de eventos entre dispositivos de red o sistemas de recopilación de datos en una red LAN. Utilizan normalmente direcciones IP de clase D.
  • Broadcast: Es una dirección IP que tiene como destino a todos los equipos de una red. Es la dirección IP de multidifusión. Es la última dirección IP del rengo disponible en cualquier red. Tiene todos los bits de host a uno.

CONFIGURACIÓN DE REDES WIFI

En construcción
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