Curso de Redes (I)

Sistemas de Comunicación

Cuando hablamos de ordenadores, nos referimos a máquinas especializadas capaces de procesar gran cantidad de información según las instrucciones del software instalado. A menudo, esta información creada en un ordenador necesita ser utilizada o almacenada en otro. En ese caso, es necesario transferir los datos de un ordenador a otro, estableciendo una comunicación entre ambos.

Elementos de un Sistema de Comunicación

Los elementos principales de cualquier sistema de comunicación son los siguientes:

• Emisor: Proporciona la información. Ejemplo: un servidor de unos grandes almacenes.
• Receptor: Recibe la información enviada por el emisor. Ejemplo: el terminal de un cliente que desea comprar una nevera.
• Canal: Medio que transporta la señal comunicada por el emisor. Ejemplo: el cable de fibra óptica.
• Mensaje: La información que se comunica. Ejemplo: las características técnicas de la nevera, sus colores disponibles, dimensiones, etc.
• Protocolo: Reglas que controlan la representación, señalización, autenticación y transmisión de los datos a través del canal. Ejemplo: el protocolo TCP/IP de Internet.

Concepto

La comunicación entre sistemas informáticos, o telecomunicación, es la técnica que estudia la comunicación remota entre equipos mediante el envío de señales. Esto incluye tanto la conexión física entre los equipos como las especificaciones lógicas necesarias para establecer dicha comunicación.

Sistemas de Numeración

En informática y redes, los sistemas de numeración son fundamentales. Por ejemplo, en una red, cada equipo tiene un identificador único, llamado dirección IP, que se representa numéricamente en formato decimal y binario.

Características Principales de los Sistemas de Numeración Posicionales

• Utilizan un número finito de símbolos, dígitos o cifras, que determinan la base del sistema.
• Cada número se expresa mediante una secuencia de símbolos del sistema.
• La cantidad total se obtiene sumando el valor de cada símbolo.
• El valor de cada símbolo depende de su posición dentro de la secuencia de símbolos.

Un sistema de numeración utiliza un conjunto de símbolos y reglas para representar cantidades numéricas, con una representación única para cada número en cada sistema.

Concepto

Los sistemas de numeración más utilizados son posicionales, lo que significa que un mismo símbolo puede tener diferentes significados según su posición en la secuencia.

Información Adicional

El mayor número que se puede representar en un sistema con base “b” y “m” dígitos es 𝑏𝑚−1bm−1.

Sistema Binario

El sistema binario emplea solo dos dígitos: el cero (0) y el uno (1). En una cifra binaria, cada dígito tiene un valor diferente según su posición. El valor de cada posición es una potencia de base 2 elevada a un exponente igual a la posición del dígito menos uno.

Sistema Decimal

El sistema decimal utiliza los dígitos del 0 al 9 para representar todos los números. Con una base de 10, cada dígito tiene un valor dependiendo de su posición: unidades, decenas, centenas, millares, etc. Este valor está asociado a una potencia de base 10 con un exponente igual a la posición del dígito menos uno, contando desde la derecha.

Sistema Hexadecimal

El sistema hexadecimal utiliza dieciséis símbolos para representar números: 0-9 y A-F, donde las letras representan las cantidades decimales 10-15. Como en los otros sistemas, el valor de cada símbolo depende de su posición, calculada mediante potencias de base 16. Este sistema es ampliamente utilizado en informática, aunque algunas aplicaciones y utilidades están adoptando el sistema decimal.

Conceptos Básicos sobre las Redes

Para lograr la comunicación en una red, se necesitan tanto condiciones físicas (hardware) como condiciones lógicas (software). Los elementos de hardware incluyen cables, adaptadores o tarjetas de red, conmutadores, rúteres y otros dispositivos. En cuanto al software, se consideran los protocolos de comunicaciones, aplicaciones cliente (como navegadores de Internet, clientes FTP, etc.), y el firmware de los equipos de red.

Clasificación de las Redes

Las redes de ordenadores se pueden clasificar según diversos criterios, que reflejan sus características más básicas.

Redes según su Tamaño

Esta clasificación se basa en la extensión geográfica de la red, lo que influye en el tipo y número de equipos conectados. De menor a mayor alcance, podemos distinguir los siguientes tipos de redes:

Concepto: Una red de ordenadores es un conjunto de equipos informáticos conectados entre sí que pueden compartir recursos y ofrecer diversos servicios.

Redes Personales (PAN)

Las redes personales (Personal Area Networks, o PAN) se organizan alrededor de un solo dispositivo, como un ordenador o equipo móvil (tableta o smartphone) conectado a otros dispositivos móviles, impresoras o periféricos, mediante conexiones por cable o inalámbricas (infrarrojos, Bluetooth, piconets). La extensión aproximada de una PAN es de 10 metros.

Redes Locales (LAN)

Las redes locales (Local Area Network, o LAN) son redes privadas con una extensión menor a un kilómetro. Se implementan en oficinas, centros educativos, espacios comerciales y pequeñas empresas. En redes LAN más pequeñas (domésticas o de pequeñas oficinas), los ordenadores suelen estar al mismo nivel jerárquico, sin un servidor que gestione las comunicaciones. Estas redes permiten funciones como compartir archivos y conectarse a Internet, utilizando tecnologías Ethernet (cableadas) y wifi (inalámbricas) con velocidades teóricas entre 100 y 1000 Mbps, dependiendo de varios factores como la calidad y distancia del cableado y el ruido eléctrico.

Redes de Área de Campus (CAN)

Cuando una red privada excede el ámbito local (por ejemplo, en un campus universitario con varios edificios conectados), se puede calificar como red de área de campus (Campus Area Network, o CAN). Estas redes suelen estar formadas por varias LAN enlazadas.

Redes Metropolitanas (MAN)

Las redes metropolitanas (Metropolitan Area Network, o MAN) pueden extenderse hasta 100 km, siendo adecuadas para cubrir zonas residenciales o municipales. Se encuentran en empresas privadas y organismos públicos con oficinas distribuidas en una misma área geográfica. Las MAN están formadas por varias LAN interconectadas, usualmente mediante cables de fibra óptica.

Redes Amplias (WAN)

Las redes amplias (Wide Area Network, o WAN) cubren grandes territorios, desde nacionales hasta mundiales (como Internet). Están formadas por redes LAN y MAN conectadas mediante el protocolo de Internet (TCP/IP), y utilizan numerosos equipos de red como conmutadores, rúteres, cortafuegos y módems. Las LAN y MAN utilizan rúteres como puertas de enlace hacia otras LAN o directamente hacia la WAN. Estas redes suelen montarse sobre una estructura de red pública debido a su elevado coste.

Redes según la Transmisión de los Datos

Según la forma de conexión y transmisión de información entre los equipos de la red, podemos distinguir entre:

• Redes de Difusión: Los datos se transmiten por un único canal compartido por todos los equipos. Cualquier paquete de datos enviado puede ser recibido por los demás nodos. La mayoría de las redes LAN actuales utilizan este sistema, también conocido como redes multipunto o broadcast.
• Redes Conmutadas: Los equipos se comunican entre pares y la red habilita la conexión entre ellos. Se conocen como redes punto a punto y utilizan tres métodos para establecer la conexión y transmitir datos: conmutación de circuitos, conmutación de paquetes y conmutación de mensajes.

Elementos de una Red

Todos los elementos de una red deben seguir normas previamente establecidas, es decir, debe existir una arquitectura de red. Esta arquitectura se basa en estándares y protocolos que son reglas que los fabricantes de elementos de transmisión deben seguir. Los elementos básicos comunes a cualquier red de ordenadores son:

• Terminales: Cualquier ordenador que forma parte de la red y está conectado con otros ordenadores y dispositivos se llama terminal. En una red, estos se conocen como dispositivos finales.
• Dispositivos de red: Son elementos físicos que permiten la comunicación entre un ordenador emisor de datos y un receptor. Incluyen servidores, concentradores, conmutadores, etc., y se conocen como dispositivos intermedios.
• Canal de comunicación: Los medios físicos que permiten la transmisión de señales de información desde el terminal emisor hasta el receptor. Determinan las características de la red.
• Elementos de interconexión: Interconectan los terminales de la red y seleccionan la ruta más adecuada para transmitir la información. En redes más extensas y complejas, como las WAN, se requieren más elementos de interconexión.
• Adaptadores de red: Convierten el formato de información de los terminales en el formato utilizado por la red, como convertir señales eléctricas en ondas de radio.
• Programas de red: Controlan la red para asegurar que sea fiable y segura.

Topologías de Red

En una arquitectura de red, la topología se define a dos niveles:

• Topología Física: Hace referencia a la disposición física de los terminales, dispositivos de red y tipo de cable. Define la ubicación física de componentes como terminales, concentradores (hubs), y conmutadores (switches), así como la distancia entre ellos.
• Topología Lógica: Especifica cómo los dispositivos de la red se envían datos entre sí, independientemente de su disposición física. La topología lógica es crucial para la velocidad de transmisión y la posibilidad de colisiones entre dispositivos. Los tipos más habituales son:
  • Tecnología Broadcast: Utilizada en redes Ethernet, donde cada nodo envía datos a todos los nodos de la red sin seguir un orden específico.
  • Tecnología de Transmisión de Testigos (Token-Passing): Controla el acceso a la red, asegurando que solo un paquete de datos viaje a la vez, evitando colisiones.

Para elegir la topología adecuada, se deben considerar factores como la distribución de nodos, el tráfico de la red, el tipo de acceso al medio físico, la facilidad de configuración y mantenimiento, la capacidad de expansión futura y el coste económico de implementación.