Medios de Transmisión en Redes de Datos

El medio de transmisión es el soporte físico que facilita el transporte de información y supone una parte fundamental en la comunicación de datos. La calidad de la transmisión dependerá de sus características físicas, mecánicas, eléctricas, etc.

Los Cables de Pares Trenzados

Constituidos por filamentos metálicos, son el medio más simple y económico de todos los medios de transmisión.

Presentan algunos inconvenientes: cuando se sobrepasan ciertas longitudes, es necesario utilizar repetidores para restablecer el nivel eléctrico de la señal. Además, son susceptibles a interferencias externas por la acción de otros conductores eléctricos. Para mitigar esto, se utiliza una malla metálica que, a su vez, impide que el propio cable produzca interferencias en su entorno.

• UTP (Unshielded Twisted Pair): Cable de pares trenzados no apantallados.
• STP (Shielded Twisted Pair): Cable de pares trenzados apantallados.

Sistemas de Fibra Óptica

Permiten la transmisión de señales luminosas. La fibra suele ser de vidrio u otro material plástico, lo que la hace insensible a interferencias electromagnéticas externas. La señal portadora de la información es una señal luminosa procedente de un láser o de diodos LED. El rayo luminoso rebota dentro del núcleo sin poder escapar, impidiendo tanto la pérdida de energía hacia el exterior como la aparición de señales externas no deseadas.

Conectores comunes:

• Conector ST
• Conector SC

Baluns y Transceptores

Son dispositivos capaces de adaptar la señal, permitiendo pasar de un cable coaxial o dual coaxial a un cable UTP o, en general, a cables de pares, sean o no trenzados. La utilización de este tipo de elementos produce pérdidas de señal, ya que deben adaptar la impedancia de un tipo de cable a otro.

Certificación y Montaje del CPD

En el caso de los cables de cobre, las normativas comúnmente utilizadas para la certificación son la ANSI/TIA/EIA-TSB-67 de 1995, la norma EIA/TIA 568 y su equivalente, la norma ISO IS11801.

Conceptos Clave de Comunicación en Red

CSMA/CD (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones)

En este método, las estaciones escuchan permanentemente el canal y, cuando lo encuentran libre, realizan sus transmisiones inmediatamente. Esto puede llevar a una colisión, lo que hará que las estaciones involucradas suspendan sus transmisiones, esperen un tiempo aleatorio y después vuelvan a intentarlo.

Colisión de Red

Una colisión de red se produce cuando las señales procedentes de dos o más equipos se vuelcan simultáneamente sobre el mismo canal en la misma banda de frecuencia.

Cálculo del Tiempo de Espera

Consideremos el caso de dos estaciones (A y D) en un bus, tan separadas como sea posible. La estación A comienza a transmitir. Antes de que la señal llegue a la estación más alejada (D), esta también está lista para transmitir. Como D no es consciente de que A está utilizando el canal, empezará a transmitir. Casi inmediatamente, la estación D detectará la colisión. Sin embargo, la señal de la colisión debe propagarse de vuelta hasta A para que esta también sea consciente del suceso. De este razonamiento se concluye que el tiempo máximo para detectar una colisión no puede ser mayor que dos veces el retardo de la propagación de extremo a extremo de la red.

Componentes de un Sistema Operativo en Red

Controlador o Driver del Adaptador de Red

Es un programa de muy bajo nivel, específico para cada adaptador, que permite que el sistema operativo se comunique con el hardware de la tarjeta de red. Aunque el sistema operativo suele disponer de muchos controladores, lo habitual es que el fabricante del adaptador de red lo suministre en un CD. Es muy importante que el controlador del dispositivo sea el adecuado.

Sobre este controlador pueden establecerse programas de más alto nivel con funciones específicas para los protocolos de red, conocidos como packet-drivers.

System Crash (Fallo Crítico del Sistema)

Los fallos de software en un controlador suelen causar situaciones de SYSTEM CRASH, que ocasionalmente son irrecuperables. Esto es especialmente problemático si el controlador es indispensable para el arranque del sistema. Un system crash es un fallo irrecuperable del sistema operativo provocado por un problema grave en el hardware o por un mal funcionamiento del software. En Windows, se puede detectar cuando aparece inesperadamente una «pantalla azul» llena de mensajes indescifrables que proporcionan información sobre la causa del error a los ingenieros de sistemas. Un system crash solo se puede recuperar reiniciando el equipo.

Servicios de Red

Un servicio de red es aquel que admite peticiones a través de la red de área local. Ejemplos de servicios de red en sistemas operativos podrían ser los componentes de software que permiten a un sistema servir ficheros o impresoras, o que hacen que unos clientes se sirvan del acceso a Internet que tiene otro nodo de la red. Otro ejemplo es el elemento encargado de traducir los nombres de dominio de Internet a direcciones IP (DNS).

La Familia de Protocolos TCP/IP

No se trata de una arquitectura de niveles formal como el modelo OSI. Consta solo de 4 niveles: el nivel de acceso a la red, el nivel de Internet (IP), el nivel de transporte (TCP) y el nivel de aplicación.

Arquitectura de Niveles TCP/IP

1. Nivel de Acceso a la Red: Corresponde a todo lo que hay por debajo del protocolo IP. En el entorno de Internet, este nivel está formado por una LAN o WAN homogénea (por ejemplo, de conexión punto a punto). Todos los equipos conectados a Internet implementan dicho nivel.
2. Nivel de Internet (IP): Este nivel confiere unidad a todos los miembros de la red, permitiendo que se puedan interconectar independientemente de si usan línea telefónica, RDSI o LAN Ethernet. Sus principales funciones son el direccionamiento y la asignación de rutas. Todos los equipos conectados a Internet implementan este nivel.
3. Nivel de Transporte (TCP): Este nivel confiere fiabilidad a la red. Aquí se produce el control del flujo y de errores. Los equipos de conmutación (routers) no necesitan implementar este nivel.
4. Nivel de Aplicación: Corresponde a las aplicaciones que utilizan Internet: clientes y servidores de WWW, correo electrónico, FTP, etc. Solo es implementado por los equipos finales (usuarios) de Internet; los equipos de conmutación no lo utilizan.

Protocolo IP (Internet Protocol)

• Es el protocolo fundamental utilizado en ARPANET, el precursor de Internet.
• Acepta bloques de datos de hasta 64 Kbytes de la capa de transporte (por ejemplo, del protocolo TCP). Cada bloque, denominado segmento, debe ser transferido a través de la red en forma de datagramas.
• Para realizar este transporte, la capa de red normalmente fracciona los segmentos en un conjunto de paquetes IP, que deben ser reensamblados en el destino para reconstruir el mensaje original.
• Al ser IP un protocolo sin conexión, cada paquete puede seguir una ruta distinta a través de Internet. El protocolo de la capa superior (TCP) será el encargado de la gestión de errores y del reordenamiento.

Direcciones IP

• Son únicas para cada interfaz de red de cada máquina conectada a una red IP.
• Tienen una longitud de 32 bits (4 bytes).
• Se representan escribiendo los 4 bytes en formato decimal, separados por puntos (ej: 192.168.1.1).
• Cada dirección está formada por dos partes: una que identifica la red donde está el equipo y otra que identifica al propio equipo dentro de esa red.
• Para que no exista ninguna dirección duplicada, Internet dispone de una asociación llamada InterNIC (Internet Network Information Center) que se dedica a su asignación y gestión.

Direcciones Especiales

• 0.0.0.0: Señala al mismo ordenador que la envía (utilizada en procesos de arranque).
• 127.0.0.1: Dirección de loopback. El software de red la utiliza para transmitir paquetes a la máquina local.
• 255.255.255.255: Dirección de broadcast. Solo es válida como dirección de destino y se utiliza para transmitir paquetes a todos los equipos localizados dentro de la misma LAN que la máquina de origen.

Conceptos Relacionados con el Transporte de Datos

• Datagrama: Es un paquete de datos (nivel 3) utilizado en servicios de comunicación sin conexión.
• Servicios Orientados a la Conexión: Son aquellos que requieren el establecimiento inicial de una conexión y la liberación final de la misma. Los bloques de datos se reciben en el destino en el mismo orden en que se emitieron. Todos los paquetes siguen la misma ruta, por lo que no necesitan especificar la dirección de destino en cada uno.
• Servicios no Orientados a la Conexión: Ofrecen capacidad de comunicación sin necesidad de establecer una conexión previa. El emisor envía paquetes de datos al receptor confiando en que la red tendrá la inteligencia suficiente para conducirlos por las rutas adecuadas. Cada paquete debe llevar la dirección completa del destinatario.

Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol)

• Es un protocolo de mensajes de control entre redes.
• Expresa en un único paquete IP algún evento que se produce en la red, por lo que se considera un protocolo de supervisión.
• Cualquier red TCP/IP debe utilizar el protocolo ICMP. Los mensajes ICMP viajan dentro de paquetes IP.

Protocolo TCP (Transmission Control Protocol)

• Fue especialmente diseñado para realizar conexiones fiables en redes inseguras. Es un protocolo de la capa de transporte orientado a la conexión, adecuado para proporcionar seguridad a IP.
• La fiabilidad del protocolo TCP lo hace idóneo para la transmisión de datos por sesiones, para aplicaciones cliente-servidor y para servicios críticos como el correo electrónico.
• Esta seguridad tiene una desventaja: genera grandes cabeceras de mensajes y requiere confirmaciones para asegurar la comunicación. Dichas confirmaciones generan un tráfico añadido a la red que la ralentiza a cambio de una mayor fiabilidad.

Los Sockets

Los sockets son los puntos de acceso al servicio (SAP). Detrás de cada socket activo se implanta un servicio de red. Cuando un cliente en la red requiere de ese servicio, manda mensajes al socket o puerto que lo identifica. Algunos servicios necesitan más de un socket para su funcionamiento. Por ejemplo, el puerto 80 es el que identifica las peticiones de red hacia un servidor web.

Protocolo UDP (User Datagram Protocol)

• Es un protocolo de transporte sin conexión, es decir, permite la transmisión de mensajes sin necesidad de establecer una conexión y, por tanto, sin garantía de entrega.
• Actúa simplemente como una interfaz entre las aplicaciones de los usuarios y el protocolo IP.
• Se utiliza en transmisiones rápidas que no necesitan una alta fiabilidad, como el streaming de vídeo o la telefonía IP.
• UDP no impone el uso de confirmaciones, lo que lo convierte en un protocolo de transporte de mucho mayor rendimiento que TCP, aunque también más inseguro.

Protocolo ARP (Address Resolution Protocol)

No es un protocolo relacionado directamente con el transporte de datos, sino que complementa la acción de TCP/IP. Cuando un host quiere transmitir un paquete IP, necesita averiguar la dirección MAC (dirección física de una interfaz de red, compuesta por doce cifras hexadecimales) del host destinatario. Para ello, genera un paquete de petición ARP que difunde por toda la red local. Solo el host que tiene la dirección IP solicitada responde con un paquete ARP que contiene su dirección MAC. De este modo, el host emisor relaciona la dirección IP con la dirección MAC y guarda estos datos en una tabla para su uso en transmisiones posteriores.

Protocolo RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

Es el protocolo inverso al ARP, es decir, localiza la dirección IP de un nodo a partir de su dirección física (MAC). Se utiliza fundamentalmente en estaciones de trabajo sin disco duro (clientes ligeros), que consiguen sus sistemas operativos a través de la red durante el arranque.