Redes I : Conceptos básicos.

     Una red es la interconexión de varios ordenadores y equipos, conectados típicamente por cable o bien dispositivos wifi. Su extensión no está limitada físicamente a un edificio o a un entorno de pocos kilómetros. Su aplicación más extendida es la interconexión de equipos para compartir recursos e intercambiar datos y aplicaciones.

Ventajas y objetivos de las redes.

      Las redes de ordenadores permiten compartir recursos e información, con el objeto de abaratar costes, facilitar el trabajo en grupo... Entre otros:

• compartir archivos y programas.
• compartir impresoras.
• compartir un acceso a Internet.
• enviar y recibir correo electrónico.
• usar bases de datos compartidas.
• gestionar eficazmente la seguridad de los equipos realizar copias de seguridad centralizadas.

Clasificación de Redes.

• Clasificación por Tecnología de Transmisión.
  • Redes de Difusión (Broadcasting).- Existe un sólo canal o medio de comunicación, que es compartido por todos los dispositivos de la red.
  • Redes de Punto-a-Punto.- Consisten en múltiples conexiones entre pares individuales de máquinas.
• Clasificación por Escala.
  • LAN (Local Area Network).- Son el punto de contacto de los usuarios finales. Su finalidad principal es la de de trabajo y compartir recursos tales como impresoras y discos duros. Se caracterizan por tres factores: extensión (de unos cuantos metros hasta algunos kilómetros), su tecnología de transmisión puedes ser cable de par trenzado UTP o coaxial, fibra óptica, portadoras con infrarrojo o láser, radio y microondas en frecuencias no comerciales.
  • MAN (Metropolitan Area Network).- Corresponde es una versión más grande de una LAN en cuanto a topología, protocolos y medios de transmisión, que por ejemplo puede cubrir un conjunto de oficinas corporativas o empresas en una ciudad. En general, cualquier red de datos, voz o video con una extensión
    de una a varias decenas de kilómetros puede ser considerada una MAN.
  • WAN (Wide Area Network).- Son redes que se expanden en una gran zona geográfica, por ejemplo, un país o continente. Los beneficiarios de estas redes son los que se ubican en nodos finales que son quienes corren aplicaciones de usuario. A la infraestructura que une los nodos de usuarios se
    le llama subred y abarca diversos aparatos de red (llamados routers o ruteadores) y líneas de comunicación que unen las diversas redes. En la mayoría de las WAN se utilizan una gran variedad de medios de transmisión para cubrir grandes distancias. La transmisión puede efectuarse por microondas, por cable de cobre, fibra óptica o alguna combinación de los anteriores.

Medios de transmisión.

     El medio de transmisión constituye el soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse en un sistema de transmisión de datos. La naturaleza del medio de transmisión junto con la de la señal que se transmite a través de él constituyen los factores determinantes de las características y la calidad de la transmisión.

     La calidad de la transmisión depende directamente del medio de transmisión empleado. Cada medio de transmisión tiene la posibilidad de funcionar con diversas señales. Cada tipo de señal deberá utilizar un tipo de medio de transmisión apropiado.

     Los medios de transmisión se pueden clasificar en:

• Medios guiados (sistemas de cableado).- Se utiliza algún tipo de cable para la transmisión de datos. Es el propio medio el que determina las limitaciones de la
  transmisión. La elección de un buen sistema de cableado es vital en las
  redes.
  • Cable de pares (Par trenzado)
  • Cable coaxial
  • Fibra óptica
• Medios no guiados (inalámbricos).- Transmisión a través del aire por medio de ondas. El ancho de banda (rango de frecuencias) emitido es más importante que el medio en sí para determinar las características de la transmisión. Son influenciados por las condiciones atmosféricas.
  • Ondas de radio
  • Microondas
  • Ondas de luz

Cable de Par Trenzado.

      Un par trenzado (Twisted pair –TP-) es un tipo de cable que está formado por grupos de dos conductores cada uno con su propio aislante trenzados entre sí y rodeados de una pantalla de material conductor, recubierta a su vez por un aislante. Cada grupo se trenza con los demás que forman el cable y, el conjunto total se rodea de una malla conductora y una capa de aislante protector. Esta disposición reduce las interferencias externas, las interferencias entre pares y la emisión de señales producidas por las corrientes que circulan por el cable.

• Ventajas.
  • Su bajo coste.
  • La poca complejidad tecnológica que supone su instalación.
  • Soporta transmisión analógica y digital.
  • Permiten realizar amplificación.
• Inconvenientes.
  • Su desventaja más notable es la alta sensibilidad a las
    interferencias (diafonía) producidas por alteraciones
    electromagnéticas del medio, por eso, para paliar estas
    interferencias se trenzan los cables.
  • La resistencia eléctrica aumenta al aumentar la
    longitud y al reducir su diámetro.

     Un cable de par trenzado se pueden apantallar recubriéndolo mediante un conductor eléctrico externo, para hacerlo mucho más inmune a las interferencias.

     Los cables de pares trenzados en función del apantallamiento pueden ser:

• Cables UTP (Unshield Twisted pair).- Son cables formados por varios pares trenzados no apantallados (sin recubrimiento metálico externo), mas sensibles a las interferencias, son cables baratos, flexibles y sencillos de instalar. Tienen una impedancia característica de 100 ohmios. Es el tipo de cable mas utilizado en las redes de área local.
• Cables FTP (Foiled Twisted pair).- En este tipo de cable como en el UTP, sus pares no están apantallados, pero sí dispone de una apantalla global para mejorar su nivel de protección ante interferencias externas. Su impedancia característica típica es de 120 ohmios y sus propiedades de transmisión son mas parecidas a las del UTP. Además puede utilizar los mismos conectores RJ45.
• Cables STP (Shielded Twisted pair).- Son cables similares a los UTP pero en este caso cada uno de los pares trenzados está apantallado (rodeado
  de una malla conductora que se conecta a tierra). Poseen una mayor inmunidad al ruido tanto interno como externo. Menos flexible, y más caros y difíciles de instalar que los cables UTP.

     La especificación 568A Commercial Building Wiring Standard de la Asociación de Industrias Electrónicas e Industrias de la Telecomunicación (EIA/TIA) especifica el tipo de cable de par trenzado que se va a utilizar en una gran variedad de situaciones y construcciones. El objetivo es asegurar la coherencia de los productos para los clientes. Estos estándares definen categorías de cables:

• Categoría 1: Hilo telefónico trenzado de calidad de voz no adecuado para las transmisiones de datos. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 1MHz.

• Categoría 2: Cable par trenzado sin apantallar. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 4 MHz. Este cable consta de 4 pares trenzados de hilo de cobre.

• Categoría 3: Velocidad de transmisión típica de 10 Mbps para Ethernet. Con este tipo de cables se implementa las redes Ethernet 10BaseT. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 16 MHz. Este cable consta de cuatro pares trenzados de hilo de cobre con tres entrelazados por pie.

• Categoría 4: La velocidad de transmisión llega hasta 20 Mbps. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 20 MHz. Este cable consta de 4 pares trenzados de hilo de cobre.

• Categoría 5: Es una mejora de la categoría 4, puede transmitir datos hasta 100Mbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 100 MHz. Este cable consta de cuatro pares trenzados de hilo de cobre.

• Categoría 6: Es una mejora de la categoría anterior, puede transmitir datos hasta 1Gbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 250 MHz.

• Categoría 7. Es una mejora de la categoría 6, puede transmitir datos hasta 10 Gbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 600 MHz.

Cable Coaxial.

      Es un medio de transmisión que ofrece propiedades más favorables frente a interferencias y la longitud de la línea de datos que el par trenzado, de modo que el ancho de banda puede ser mayor. El cable coaxial ofrece una buena combinación de un gran ancho de banda con una alta inmunidad al ruido. Se puede usar para cubrir mayores distancias (con menor numero de repetidores).

     Un cable coaxial consta de un núcleo de hilo de cobre rodeado por un aislante, un apantallamiento de metal trenzado y una cubierta externa. El núcleo de un cable coaxial transporta señales electrónicas que forman los datos. Este núcleo puede ser sólido o de hilos. Si el núcleo es sólido, normalmente es de cobre.

Cable de Fibra Óptica.

     La fibra óptica es un medio de transmisión basado en ondas de luz para realizar la transmisión, se utilizan medios de transmisión ópticos.

     Así, un sistema de transmisión óptico tiene tres componentes:

• Fuente de luz (láser).- Se encarga de convertir un señal digital eléctrica en una señal óptica.
• El medio de transmisión.- Fibra óptica que transporta los puntos de luz.
• El detector: se encarga de generar un pulso eléctrico en el momento que incide la luz sobre el.
• La fuente suele ser un dispositivo emisor de láser y el receptor un foto-detector o una fotorresistencia.

      Un cable de fibra óptica está constituido por uno o más hilos de fibra de vidrio. Cada fibra de vidrio consta de:

• Un núcleo central de fibra con un alto índice de refracción.
• Un revestimiento que rodea al núcleo, de material similar, con un índice de refracción ligeramente menor.
• Una cubierta exterior protectora que aísla las fibras y evita que se produzcan interferencias entre fibras adyacentes, a la vez que proporciona protección al núcleo.

     Uno de los parámetros más característicos de las fibras es su relación entre los índices de refracción del núcleo y de la cubierta que depende también del radio del núcleo y que se denomina frecuencia fundamental o normalizada; también se conoce como apertura numérica y es adimensional. Según el valor de este parámetro se pueden clasificar los cables de fibra óptica en dos clases:

• Monomodo. Cuando el valor de la apertura numérica es inferior a 2'405, un único modo electromagnético viaja a través de la línea y por tanto ésta se denomina monomodo. Este tipo de fibras necesitan el empleo de emisores láser para la inyección de la luz, lo que proporciona un gran ancho de banda y una baja atenuación con la distancia, por lo que son utilizadas en redes metropolitanas y redes de área extensa. Por contra, resultan más caras de producir y el equipamiento es más sofisticado.
• Multimodo. Cuando el valor de la apertura numérica es superior a 2'405, se transmiten varios modos electromagnéticos por la fibra, denominándose por este motivo fibra multimodo.

     Las fibras multimodo son las más utilizadas en las redes locales por su bajo coste. Los diámetros más frecuentes 62'5/125 y 100/140 micras. Las distancias de transmisión de este tipo de fibras están alrededor de los 2'4 kms. y se utilizan a diferentes velocidades: 10 Mbps, 16 Mbps y 100 Mbps.

Las fibras son muy frágiles, por lo que se juntan muchas fibras  se refuerzan con hilos de acero en un mismo cable, para que resistan las tensiones en los tendidos.

	Par Trenzado No Apantallado	Par Trenzado Apantallado	Coaxial	Fibra Óptica
Tecnología probada	Si	Si	Si	Si
Ancho de banda	Medio	Medio	Alto	Muy Alto
Hasta 1 Mhz	Si	Si	Si	Si
Hasta 10 Mhz	Si	Si	Si	Si
Hasta 20 Mhz	Si	Si	Si	Si
Hasta 100 Mhz	Si (*)	Si	Si	Si
27 Canales video	No	No	Si	Si
Canal Full Duplex	Si	Si	Si	Si
Distancias medias	100 m 65 Mhz	100 m 67 Mhz	500 (Ethernet)	2 km (Multi.) 100 km (Mono.)
Inmunidad Electromagnética	Limitada	Media	Media	Alta
Seguridad	Baja	Baja	Media	Alta
Coste	Bajo	Medio	Medio	Alto

Topologías de red

La topología hace referencia a la forma de una red. La topología muestra cómo los diferentes nodos están conectados entre sí, y la forma de cómo se comunican está determinada por la topología de la red. Las topologías pueden ser físicas o lógicas.

• Topología en Malla.-Los dispositivos están conectado en muchas interconexiones redundantes entre nodos de la red. En una verdadera topología en malla, cada nodo tiene una conexión con cada otro nodo de la red.

• Topología en Estrella.- Todos los dispositivos están conectados a un hub central. Los nodos se comunican en la red a través del hub.

• Topología en Bus.- Los dispositivos están conectados a un cable central llamado bus o backbone.

• Topología en Anillo.- Todos los dispositivos están conectados al otro en un bucle cerrado, de esta manera cada dispositivo es conectado directamente con otros dos dispositivos, uno en cada lado de este.

• Topología en Árbol.- Es una topología híbrida. Grupos de redes en estrella son conectados a un bus o backbone lineal.

Estándar Ethernet.

     En 1978, la Organización internacional de normalización (ISO) creó un conjunto de especificaciones para la conexión de dispositivos diferentes. Este conjunto de estándares se conoce como modelo de referencia OSI (OSI quiere decir Interconexión de Sistemas Abiertos). La especificación Ethernet realiza las mismas funciones que los niveles físico y de enlace de datos de este modelo. Estas especificaciones afectan a cómo se conecta el hardware y a cómo se intercambia la información. En la década de los ochenta el IEEE publicó el Proyecto 802. Este proyecto generó estándares para el diseño y compatibilidad de componentes hardware que operaban en los niveles físico y de enlace de datos. El estándar que pertenecía a Ethernet es la especificación 802.3 de IEEE.

     Se distinguen diferentes variantes de tecnología Ethernet según el tipo y el diámetro de los cables utilizados:

Tecnología	Velocidad de transmisión	Tipo de cable	Distancia máxima	Topología
10Base2	10 Mbps	Coaxial	185 m	Bus (Conector T)
10BaseT	10 Mbps	Par Trenzado	100 m	Estrella (Hub o Switch)
10BaseF	10 Mbps	Fibra óptica	2000 m	Estrella (Hub o Switch)
100BaseT4	100Mbps	Par Trenzado (categoría 3UTP)	100 m	Estrella. Half Duplex (hub) y Full Duplex (switch)
100BaseTX	100Mbps	Par Trenzado (categoría 5UTP)	100 m	Estrella. Half Duplex (hub) y Full Duplex (switch)
100BaseFX	100Mbps	Fibra óptica	2000 m	No permite el uso de hubs
1000BaseT	1000Mbps	4 pares trenzado (categoría 5e ó 6UTP )	100 m	Estrella. Full Duplex (switch)
1000BaseSX	1000Mbps	Fibra óptica (multimodo)	550 m	Estrella. Full Duplex (switch)
1000BaseLX	1000Mbps	Fibra óptica (monomodo)	5000 m	Estrella. Full Duplex (switch)