Dominios de Colisión y Difusión en Redes

• Dominio de Colisión: Es la parte de una red donde los equipos comparten el mismo medio de transmisión y pueden producirse colisiones si varios dispositivos envían datos simultáneamente. Para reducir las colisiones, la red se segmenta mediante puentes o conmutadores, creando varios dominios de colisión independientes.
• Dominio de Difusión (Broadcast): Es el conjunto de dispositivos que reciben un mensaje de tipo broadcast. Los hubs, bridges y switches reenvían estos mensajes, por lo que pertenecen al mismo dominio de difusión. Los routers, en cambio, no reenvían los broadcasts y permiten dividir la red en distintos dominios de difusión.
• Conmutación y Rendimiento: La conmutación permite mejorar el rendimiento de la red, ya que los puentes y switches filtran las tramas y solo las envían por el puerto correspondiente según la dirección MAC de destino, evitando tráfico innecesario.

Modos de Conexión Inalámbrica (IEEE 802.11)

Las redes inalámbricas IEEE 802.11 pueden funcionar en dos modos de conexión principales, que son incompatibles entre sí:

• Modo Punto a Punto o Ad Hoc (IBSS): Permite la comunicación directa entre dispositivos inalámbricos sin necesidad de un punto de acceso, funcionando de forma similar a un cable cruzado.
• Modo Infraestructura (BSS): Utiliza un punto de acceso (AP), que gestiona las comunicaciones y actúa como intermediario entre los clientes inalámbricos y la red cableada. En este modo, los clientes no se comunican directamente entre sí.

Además, varios BSS pueden unirse formando un ESS (Extended Service Set), lo que permite ampliar la cobertura y la movilidad de los usuarios entre puntos de acceso.

Redes Malladas (Mesh)

También existen las redes malladas (mesh), donde los nodos pueden comunicarse entre sí y actuar como repetidores, combinando características de los modos anteriores. Esta tecnología fue planificada inicialmente para países en vías de desarrollo.

Clasificación Geográfica de Redes Inalámbricas

La tecnología inalámbrica se clasifica según el área geográfica que cubre la red. En función de este criterio, existen cuatro tipos principales:

• Redes de Área Ancha Inalámbricas (WWAN): Cubren grandes distancias, incluso a nivel nacional o internacional. Utilizan bandas de frecuencia altas asignadas bajo licencia por los gobiernos a los operadores de telecomunicaciones, lo que limita su uso a grandes empresas. Incluyen redes móviles (GSM, UMTS, LTE) y comunicaciones vía satélite.
• Redes de Área Metropolitana Inalámbricas (WMAN): Abarcan ciudades o grandes zonas urbanas. Se emplean principalmente para proporcionar acceso a Internet a través de infraestructuras gestionadas por ayuntamientos u operadores. La tecnología más representativa es WiMAX.
• Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN): Destinadas a cubrir espacios reducidos (viviendas, centros educativos o empresas). Funcionan en bandas de frecuencia ISM sin licencia, lo que ha favorecido su rápida expansión. No sustituyen a las redes cableadas, sino que las complementan, permitiendo movilidad. El estándar más utilizado es Wi-Fi (IEEE 802.11).
• Redes de Área Personal Inalámbricas (WPAN): Tienen un alcance muy limitado (generalmente de pocos metros) y se utilizan para la comunicación directa entre dispositivos personales. Se caracterizan por su bajo consumo y coste reducido. Tecnologías destacadas: Bluetooth, ZigBee, infrarrojos y RFID.

Antenas: Fundamentos y Tipos de Cobertura

Las antenas son un elemento fundamental en las redes inalámbricas, encargadas de emitir y recibir las ondas electromagnéticas que transportan la información. La forma en que una antena emite la señal determina su cobertura, alcance y rendimiento.

Las ondas electromagnéticas se caracterizan por su frecuencia y amplitud. A mayor frecuencia, se obtiene mayor velocidad, pero menor alcance; y a mayor potencia, se incrementa la cobertura, aunque aumenta el consumo energético.

Clasificación de Antenas según su Cobertura

Según el tipo de cobertura que proporcionan, las antenas se clasifican en tres tipos principales:

• Antenas Omnidireccionales: Emiten la señal en todas las direcciones, formando una cobertura en forma de toro. Son habituales en entornos interiores (viviendas u oficinas), ya que permiten conectar varios dispositivos alrededor del punto de acceso.
• Antenas Direccionales o Bidireccionales: Concentran la señal en una dirección concreta, logrando mayor alcance y mejor calidad de señal. Se utilizan principalmente para enlaces punto a punto entre edificios o sedes distantes.
• Antenas Sectoriales: Ofrecen una solución intermedia, ya que cubren un sector concreto con mayor alcance que una omnidireccional, pero menor que una direccional. Son comunes en entornos exteriores y redes profesionales.

Parámetros Clave de las Antenas

La potencia o ganancia de una antena se expresa normalmente en dBi, y es un factor clave para determinar su alcance.

Otros aspectos importantes a considerar al elegir una antena son la polarización, la frecuencia de trabajo, el ángulo de cobertura, las dimensiones y el rango de temperaturas de funcionamiento.

Dispositivos de Interconexión de Redes

Los dispositivos de interconexión son elementos fundamentales en el diseño y funcionamiento de una red de datos, ya que permiten conectar equipos, segmentos y redes completas, superando las limitaciones físicas y lógicas de las redes locales. Gracias a estos dispositivos se mejora el rendimiento, la escalabilidad, la seguridad y la fiabilidad de la red.

Cada dispositivo actúa en uno o varios niveles del modelo de referencia OSI, lo que determina el tipo de información que es capaz de procesar (señal, tramas, paquetes o datos de aplicación) y su función dentro de la red.

Concentradores (Hubs)

Los concentradores o hubs son dispositivos que centralizan las conexiones de los nodos de una red. Funcionan en el Nivel Físico (Nivel 1) del modelo OSI y su comportamiento es el de un repetidor multipuerto.

Cuando un hub recibe una señal por uno de sus puertos, la regenera y la envía por todos los demás puertos, sin ningún tipo de filtrado ni análisis de direcciones. Esto implica que todos los equipos conectados comparten el mismo medio de transmisión.

Consecuencias del Uso de Hubs

• Existe un único dominio de colisión.
• Existe un único dominio de difusión.
• El rendimiento de la red disminuye al aumentar el número de equipos.

Repetidores

Los repetidores son dispositivos cuya función principal es regenerar la señal eléctrica para permitir que esta alcance mayores distancias sin degradarse. También trabajan en el Nivel Físico (Nivel 1) del modelo OSI.

Funcionamiento de los Repetidores

Los repetidores:

• Reciben una señal degradada.
• La regeneran (reconstrucción eléctrica).
• La retransmiten al siguiente segmento.

Características Operacionales

• No interpretan direcciones ni tramas.
• No filtran el tráfico.
• Reenvían todos los paquetes a todos los nodos.
• No distinguen tramas válidas de erróneas.
• Amplían el mismo dominio de colisión.
• Incrementan la carga de la red.

Su uso incrementa la distancia de la red, pero también aumenta el riesgo de colisiones y congestión, ya que amplían el dominio de colisión existente. Por este motivo, su utilización está limitada por normas técnicas, especialmente en redes Ethernet. Actualmente, su función suele estar integrada en otros dispositivos más avanzados.

Puentes (Bridges)

Un bridge (puente) es un dispositivo de interconexión que conecta dos o más segmentos de una red local, permitiendo la comunicación entre ellos y filtrando el tráfico para evitar que todas las tramas circulen por toda la red.

Los bridges son dispositivos inteligentes que trabajan en el Nivel de Enlace de Datos (Nivel 2) del modelo OSI, concretamente en el subnivel MAC, por lo que toman sus decisiones basándose en las direcciones MAC de origen y destino de las tramas.

Funcionamiento de un Bridge

El bridge analiza las tramas que recibe y decide si deben o no reenviarse a otro segmento de red. Para ello, mantiene una tabla interna de direcciones MAC, en la que asocia cada dirección MAC con el segmento por el que se encuentra el nodo.

El funcionamiento de un bridge se basa en tres tareas fundamentales:

1. Aprendizaje: El bridge aprende automáticamente qué direcciones MAC pertenecen a cada segmento observando la dirección MAC de origen de las tramas que recibe.
2. Filtrado: Si la trama va dirigida a un nodo que se encuentra en el mismo segmento del que procede, el bridge no la reenvía, evitando tráfico innecesario.
3. Reenvío: Si la trama va destinada a un nodo situado en otro segmento, el bridge la envía únicamente al segmento correspondiente.

Este proceso se realiza de forma transparente, de modo que los equipos de la red no necesitan conocer la existencia del bridge.

Tipos de Bridges

Según su uso y ubicación, los bridges pueden clasificarse en:

• Bridges Locales: Conectan redes físicamente cercanas.
• Bridges Remotos o de Área Extensa: Trabajan en parejas y permiten unir redes locales separadas por grandes distancias, formando redes de área extensa (WAN).

Según el método de encaminamiento, destacan:

• Source Routing Bridge (SRB): El emisor indica explícitamente el camino que debe seguir la trama. Se utiliza principalmente en redes Token Ring.
• Source Routing Transparent Bridge (SRTP): Combina la transparencia con el encaminamiento por el emisor y puede utilizarse en distintos tipos de redes.

Conmutadores (Switches)

Un switch (conmutador) es un dispositivo de interconexión de redes que conecta varios equipos o segmentos dentro de una red local y permite la comunicación entre ellos asignando el ancho de banda de forma dedicada a cada enlace.

El switch es una evolución del bridge, ya que realiza las mismas funciones de filtrado y reenvío de tramas, pero de forma más eficiente y a mayor velocidad, actuando como un bridge multipuerto.

Nivel OSI en el que trabaja el Switch

• Opera principalmente en el Nivel 2 (Enlace de datos) del modelo OSI.
• Utiliza direcciones MAC para decidir por qué puerto debe reenviar cada trama.
• Algunos switches avanzados pueden trabajar también en Nivel 3 (switches multicapa).

Funcionamiento Básico del Switch

El switch recibe tramas de datos y, gracias a una tabla de conmutación, decide a qué puerto debe enviarlas. Esta tabla se construye automáticamente mediante un proceso de autoaprendizaje, en el que el switch asocia cada dirección MAC al puerto por el que se ha recibido.

El funcionamiento básico es el siguiente:

• Si la dirección MAC destino es conocida, la trama se envía únicamente al puerto correspondiente.
• Si la dirección MAC destino no es conocida, el switch actúa como un hub y envía la trama por todos los puertos, excepto el de entrada.
• A medida que aprende direcciones MAC, el tráfico innecesario disminuye.