MEDIO FISICO:
Los elementos de una red Ethernet son: los nodos de red y el medio de interconexión. Los nodos de red pueden clasificarse en dos grandes grupos: Equipo Terminal de Datos (DTE) y Equipo de Comunicación de Datos (DCE).
Los DTE son dispositivos de red que generan o que son el destino de los datos: como las PCs, las estaciones de trabajo, los servidores de archivos, los servidores de impresión; todos son parte del grupo de las estaciones finales.
Los DCE son los dispositivos de red intermediarios que reciben y retransmiten las tramas dentro de la red; pueden ser: ruteadores, conmutadores (switch), concentradores (hub), repetidores o interfaces de comunicación, ej.: un módem o una tarjetade interface.
Dentro de los DCE podemos dividirlos en activo y pasivos. Los primeros generan y/o modifican señales, los segundos simplemente la transmiten. Son los siguientes:
Pasivos:
Activos:
Cable coaxial
Está compuesto de un hilo conductor central de cobre rodeado por una malla de hilos de cobre. El espacio entre el hilo y la malla lo ocupa un conducto de plástico que separa los dos conductores y mantiene las propiedades eléctricas. Todo el cable está cubierto por un aislamiento de protección para reducir las emisiones eléctricas.
Su mayor defecto es su grosor, el cual limita su utilización en pequeños conductos eléctricos y en ángulos muy agudos.
El cable coaxial consiste de un núcleo sólido de cobre rodeado por un aislante, una combinación de blindaje y alambre de tierra y alguna otra cubierta protectora.
Este tipo de medio fue el primero en utilizarse para Ethernet y puede ser de dos tipos:
· Thinnet: Grosor de 1/4" o menor, comúnmente utilizado en diseños
10Base2 para ambientes ARCnet. Distancia Máxima de 185 m, el cableado utilizado para Thinnet es por lo general tipo RG-58.
· Thicknet: Comúnmente conocido como “cable amarillo” utilizado para "backbones" su tamaño es de 3/8" (.375 pulgadas),utilizado en backbones de televisión y en diseños 10Base5, su distancia máxima entre centrales es de 500 mt.
El cable coaxial a diferencia del cableado Ethernet que comúnmente es utilizado hoy en día, utiliza conectores llamados "BNC" (British Naval Conectors), que es una "T" con orificios muy similares a los que son utilizados por un TV con cable.
Cable Empalmado "Twisted Pair"
El cable twisted pair son un par de cables trenzado que cuentan con un método de cableado en el que dos cables conductores se trenzan uno con el otro con el objetivo de cancelar campos de interferencia electromagnéticas y ruido proveniente de fuentes externas o de otros cables cercanos.
El cable de par entorchado tiene uno o más pares “abrazados” uno a otro (esto ayuda a cancelar polaridades e intensidades opuestas).
· Los hilos son referenciados con respecto a su grosor utilizando los números de American Wire Gauge
· Los alambres delgados tienen más resistencia que los gruesos.
Puede ser de dos tipos:
· UTP: Significa que el cable no tiene capa protectora, UTP puede extenderse a una distancia máxima de 100 metros, es utilizado primordialmente para Ethernet
· STP: Utiliza un capa protectora para cada cable para limitar interferencia, permite una mayor distancia que UTP (aunque limitadas), comúnmente utilizado en ARCnet o Redes IBM.
Este tipo de cableado es el que se encuentra en mayor uso y puede ser de categorias:
• Categoría 1: (UTP) Apto únicamente para voz, utilizado para transmisiones comunes de telefonía. Alambre sólido 22 ó 24 AWG: no se puede utilizar para transmisión de datos: 56 Kbps
• Categoría 2: (UTP) No es muy utilizado, su velocidad máxima de transmisión es 4 Mbps. Alambre sólido 22 ó 24 AWG para teléfonos y sistemas de alarmas: 1 MHz
• Categoría 3: (UTP o STP) Óptimo para transmisiones 10BaseT, velocidad máxima hasta 10 Mbps. Alambre sólido 24 AWG, 100 Ohmios, 16 MHz.
• Categoría 4: (UTP o STP) Velocidad máxima 16 Mbps, comúnmente utilizado en un ambiente Token Ring de IBM. Alambre sólido 24 AWG, 100 Ohmios, 20MHz.
• Categoría 5: (UTP o STP) Alcanza velocidades de 100 Mbps, utilizado para Fast Ethernet. Par trenzado de 22 ó 24 AWG, impedancia de 100 Ohmios, ancho de banda de 100 MHz (usa conector RJ45 -8P8C-). Atenuación inferior a 24 dB y Next superior 27.1 dB para 100 MHz.
• Categoría 5e (enhanced) puede transportar, de forma fiable, hasta 125 Mbps de tráfico, obtener 1000 Mbps de ancho de banda fue un desafío de diseño, el mismo ISO Clase D: Par trenzado 22 ó 24 AWG, ancho de banda 100 MHz. Atenuación 24 dB. Next 30.1 dB se utiliza en redes de ordenadores Gigabit Ethernet.
Fibra óptica
Transmite energía en forma de luz. Permite tener anchos de banda muy altos (billones de bits por segundo).
En los sistemas de cableado, la fibra óptica puede utilizarse tanto en el subsistema vertical como en el horizontal.
La luz no se escapa del núcleo porque la cubierta y el núcleo están hechos de diferentes tipos de vidrio (y por tanto tienen diferentes índices de refracción). Esta diferencia en los índices obliga a que la luz sea reflejada cuando toca la frontera entre el núcleo y la cubierta.
Existen dos tipos de fibra óptica:
MULTIMODO:
Usada generalmente para comunicación de datos. Tiene un núcleo grande (más fácil de acoplar). En este tipo de fibra muchos rayos de luz (ó modos) se pueden propagar simultáneamente. Cada modo sigue su propio camino. La máxima longitud recomendada del cable es de 2 Km.
Los fabricantes de fibra multimodo especifican cuánto afecta la dispersión modal a la señal estableciendo un producto ancho de banda-longitud (o ancho de banda).
› Una fibra de 200MHz-km puede llevar una señal a 200 MHz hasta un Km de distancia ó 100 MHz en 2 km.
La dispersión modal varía de acuerdo con la frecuencia de la luz utilizada. Se deben revisar las especificaciones del fabricante
› Un rango de ancho de banda muy utilizado en fibra multimodo para datos es 62.5/125 con 160 MHz-km en una longitud de onda de 850 nm.
MONOMODO:
Tiene un núcleo más pequeño que la fibra multimodo. En este tipo de fibra sólo un rayo de luz (ó modo) puede propagarse a la vez. Es utilizada especialmente para telefonía y televisión por cable. Permite transmitir a altas velocidades y a grandes distancias (40 km).
La fibra monomodo no tiene dispersión modal, por eso no se especifica el producto ancho de banda-longitud.
La perdida de potencia óptica, o atenuación, se expresa en dB/km (aunque la parte de “km” se asume y es dada sólo en dB)
› Cuantos más conectores se tengan, o más largo sea el cable de fibra, mayor perdida de potencia habrá.
› Si los conectores están mal empatados, o si están sucios, habrá más pérdida de potencia. (por eso se deben usar protectores en las puntas de fibra no utilizadas).
› Un certificador con una fuente de luz incoherente (un LED) muestra un valor de atenuación mayor que uno con luz de LASER (¡Gigabit utiliza LASER! Por eso la F.O. para gigabit debe certificarse con ese tipo de fuente de luz, no con el otro).
LOS NODOS: generalmente son computadores de propósito general (aunque los routers y switches utilizan hardware especial, los diferencia lo que hace el software).
Conmutador o Switch
Es un dispositivo digital lógico de interconexión de redes de computadoras que opera en la capa de enlace de datos del modelo OSI. Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes de red, pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino de las tramas en la red.
Los conmutadores se utilizan cuando se desea conectar múltiples redes, fusionándolas en una sola. Al igual que los puentes, dado que funcionan como un filtro en la red, mejoran el rendimiento y la seguridad de las redes de área local.
Los conmutadores poseen la capacidad de aprender y almacenar las direcciones de red de la capa 2 (direcciones MAC) de los dispositivos alcanzables a través de cada uno de sus puertos. Por ejemplo, un equipo conectado directamente a un puerto de un conmutador provoca que el conmutador almacene su dirección MAC. Esto permite que, a diferencia de los concentradores, la información dirigida a un dispositivo vaya desde el puerto origen al puerto de destino.
En el caso de conectar dos conmutadores o un conmutador y un concentrador, cada conmutador aprenderá las direcciones MAC de los dispositivos accesibles por sus puertos, por lo tanto en el puerto de interconexión se almacenan las MAC de los dispositivos del otro conmutador.
Como anteriormente se comentaba, uno de los puntos críticos de estos equipos son los bucles, que consisten en habilitar dos caminos diferentes para llegar de un equipo a otro a través de un conjunto de conmutadores. Los bucles se producen porque los conmutadores que detectan que un dispositivo es accesible a través de dos puertos emiten la trama por ambos. Al llegar esta trama al conmutador siguiente, este vuelve a enviar la trama por los puertos que permiten alcanzar el equipo. Este proceso provoca que cada trama se multiplique de forma exponencial, llegando a producir las denominadas inundaciones de la red, provocando en consecuencia el fallo o caída de las comunicaciones.
Beneficios Clave
Ideales para las aplicaciones siguientes:
La diferencia principal entre los hubs y los switches se basa en la forma en que ellos distribuyen los paquetes a través de la red, lo cual afecta directamente los costos y la disponibilidad del ancho de banda. Esta diferencia se refleja en la siguiente figura:
Cuando utilizar un switch:
Tipos de Switch:
Store-and-Forward
Los conmutadores Store-and-Forward guardan cada trama en un búfer antes del intercambio de información hacia el puerto de salida. Mientras la trama está en el búfer, el switch calcula el CRC y mide el tamaño de la misma. Si el CRC falla, o el tamaño es muy pequeño o muy grande (un cuadro Ethernet tiene entre 64 bytes y 1518 bytes) la trama es descartada. Si todo se encuentra en orden es encaminada hacia el puerto de salida.
Este método asegura operaciones sin error y aumenta la confianza de la red. Pero el tiempo utilizado para guardar y chequear cada trama añade un tiempo de demora importante al procesamiento de las mismas. La demora o delay total es proporcional al tamaño de las tramas: cuanto mayor es la trama, más tiempo toma este proceso.
Cut-Through
Los conmutadores cut-through fueron diseñados para reducir esta latencia. Esos switches minimizan el delay leyendo sólo los 6 primeros bytes de datos de la trama, que contiene la dirección de destino MAC, e inmediatamente la encaminan.
El problema de este tipo de switch es que no detecta tramas corruptas causadas por colisiones (conocidos como runts), ni errores de CRC. Cuanto mayor sea el número de colisiones en la red, mayor será el ancho de banda que consume al encaminar tramas corruptas.
Existe un segundo tipo de switch cut-through, los denominados fragment free, fue proyectado para eliminar este problema. El switch siempre lee los primeros 64 bytes de cada trama, asegurando que tenga por lo menos el tamaño mínimo, y evitando el encaminamiento de runts por la red.
Adaptative Cut-Through
Son los conmutadores que procesan tramas en el modo adaptativo y son compatibles tanto con store-and-forward como con cut-through. Cualquiera de los modos puede ser activado por el administrador de la red, o el switch puede ser lo bastante inteligente como para escoger entre los dos métodos, basado en el número de tramas con error que pasan por los puertos.
Cuando el número de tramas corruptas alcanza un cierto nivel, el conmutador puede cambiar del modo cut-through a store-and-forward, volviendo al modo anterior cuando la red se normalice.
Los conmutadores cut-through son más utilizados en pequeños grupos de trabajo y pequeños departamentos. En esas aplicaciones es necesario un buen volumen de trabajo o throughput, ya que los errores potenciales de red quedan en el nivel del segmento, sin impactar la red corporativa.
Los conmutadores store-and-forward son utilizados en redes corporativas, donde es necesario un control de errores.
Atendiendo a la forma de segmentación de las subredes
Conmutadores de la capa 2
Son los conmutadores tradicionales, que funcionan como puentes multi-puertos. Su principal finalidad es dividir una LAN en múltiples dominios de colisión, o en los casos de las redes en anillo, segmentar la LAN en diversos anillos. Basan su decisión de envío en la dirección MAC destino que contiene cada trama.
Los conmutadores de la capa 2 posibilitan múltiples transmisiones simultáneas sin interferir en otras sub-redes. Los switches de capa 2 no consiguen, sin embargo, filtrar difusiones o broadcasts, multicasts (en el caso en que más de una sub-red contenga las estaciones pertenecientes al grupo multicast de destino), ni tramas cuyo destino aún no haya sido incluido en la tabla de direccionamiento.
Conmutadores de la capa 3
Son los conmutadores que, además de las funciones tradicionales de la capa 2, incorporan algunas funciones de enrutamiento o routing, como por ejemplo la determinación del camino basado en informaciones de capa de red (capa 3 del modelo OSI), validación de la integridad del cableado de la capa 3 por checksum y soporte a los protocolos de routing tradicionales (RIP, OSPF, etc)
Los conmutadores de capa 3 soportan también la definición de redes virtuales (VLAN), y según modelos posibilitan la comunicación entre las diversas VLAN sin la necesidad de utilizar un router externo.
Por permitir la unión de segmentos de diferentes dominios de difusión o broadcast, los switches de capa 3 son particularmente recomendados para la segmentación de redes LAN muy grandes, donde la simple utilización de switches de capa 2 provocaría una pérdida de rendimiento y eficiencia de la LAN, debido a la cantidad excesiva de broadcasts.
Se puede afirmar que la implementación típica de un switch de capa 3 es más escalable que un enrutador, pues éste último utiliza las técnicas de enrutamiento a nivel 3 y enrutamiento a nivel 2 como complementos, mientras que los switches sobreponen la función de enrutamiento encima del encaminamiento, aplicando el primero donde sea necesario.
Dentro de los conmutador de la capa 3 tenemos:
Básicamente, un conmutador paquete por paquete (packet by packet en inglés) es un caso especial de un conmutador Store-and-Forward pues, al igual que este, almacena y examina el paquete, calculando el CRC y decodificando la cabecera de la capa de red para definir su ruta a través del protocolo de enrutamiento adoptado.
Un conmutador de la capa 3 Cut-Through (no confundir con un conmutador Cut-Through), examina los primeros campos, determina la dirección de destino (a través de la información de los headers o cabeceras de capa 2 y 3) y, a partir de ese instante, establece una conexión punto a punto (a nivel 2) para conseguir una alta tasa de transferencia de paquetes.
Cada fabricante tiene su diseño propio para posibilitar la identificación correcta de los flujos de datos. Como ejemplo, tenemos el "IP Switching" de Ipsilon, el "SecureFast Virtual Networking de Cabletron", el "Fast IP" de 3Com.
El único proyecto adoptado como un estándar de hecho, implementado por diversos fabricantes, es el MPOA (Multi Protocol Over ATM). El MPOA, en desmedro de su comprobada eficiencia, es complejo y bastante caro de implementar, y limitado en cuanto a backbones ATM.
Además, un switch Layer 3 Cut-Through, a partir del momento en que la conexión punto a punto es establecida, podrá funcionar en el modo "Store-and-Forward" o "Cut-Through"
Conmutadores de la capa 4
Están en el mercado hace poco tiempo y hay una controversia en relación con la clasificación adecuada de estos equipos. Muchas veces son llamados de Layer 3+ (Layer 3 Plus).
Básicamente, incorporan a las funcionalidades de un conmutador de la capa 3; la habilidad de implementar la políticas y filtros a partir de informaciones de la capa 4 o superiores, como puertos TCP/UDP, SNMP, FTP, etc.
Hub
Son los más básicos bloques de construcción para la conexión de ordenadores, servidores, y dispositivos periféricos en una red. Se utilizan como repetidores o concentradores. En este caso son asignados a dispositivos en la red para que se comuniquen unos con otros, compartiendo información y recursos.
Son utilizados para conectar dos o más segmentos Ethernet de cualquier tipo de medio. A medida que los segmentos exceden su longitud máxima, la calidad de la señal comienza a deteriorarse. Los hubs proveen la amplificación de señal requerida para permitirle a un segmento extenderse a una distancia mayor. Toma cualquier señal entrante y la repite a todos los restantes puertos de salida.
Los hubs Ethernet trabajan necesariamente en topologías estrella tales como 10BASE-T y 100BASE-T. Hay parejas separadas para transmitir y recibir, pero que se utilizan en modo half duplex el cual se comporta todavía como un medio de enlaces compartidos. Un hub multi-puerto de par trenzado, permite que varias conexiones de segmentos “punto-a-punto” se reúnan en una red. Un extremo del vínculo “punto-a-punto” es conectado al hub y el otro es conectado al ordenador. Si el hub es conectado al backbone, entonces todos los ordenadores en los extremos de los segmentos de par trenzado pueden comunicarse con todos los “hosts” del backbone.
El número y tipo de hubs en cualquier dominio de colisión está limitado por las reglas de Ethernet. Un hecho muy importante a tener en cuenta acerca de los hubs es que ellos solamente permiten a los usuarios compartir Ethernet.
Los concentradores no logran dirigir el tráfico que llega a través de ellos, y cualquier paquete de entrada es transmitido a otro puerto (que no sea el puerto de entrada). Dado que cada paquete está siendo enviado a través de cualquier otro puerto, aparecen las colisiones de paquetes como resultado, que impiden en gran medida la fluidez del tráfico. Cuando dos dispositivos intentan comunicar simultáneamente, ocurrirá una colisión entre los paquetes transmitidos, que los dispositivos transmisores detectan. Al detectar esta colisión, los dispositivos dejan de transmitir y hacen una pausa antes de volver a enviar los paquetes.
La necesidad de host para poder detectar las colisiones limita el número de centros y el tamaño total de la red. Para 10 Mbit/s en redes, de hasta 5 segmentos (4 concentradores) se permite entre dos estaciones finales. Para 100 Mbit/s en redes, el límite se reduce a 3 segmentos (2 concentradores) entre dos estaciones finales, e incluso sólo en el caso de que los concentradores fueran de la variedad de baja demora. Algunos concentradores tienen puertos especiales (y, en general, específicos del fabricante) les permiten ser combinados de un modo que consiente encadenar a través de los cables Ethernet los concentradores más sencillos, pero aun así una gran red Fast Ethernet es probable que requiera conmutadores para evitar el encadenamiento de concentradores.
La mayoría de los concentradores detectan problemas típicos, como el exceso de colisiones en cada puerto. Así, un concentrador basado en Ethernet, generalmente es más robusto que el cable coaxial basado en Ethernet. Incluso si la partición no se realiza de forma automática, un concentrador de solución de problemas la hace más fácil ya que las luces puede indicar el posible problema de la fuente. Asimismo, elimina la necesidad de solucionar problemas de un cable muy grande con múltiples tomas.
Una red de hubs se la denomina como “shared Ethernet”, significando que todos los miembros de la red están habilitados para transmisión de datos sobre una red única (o dominio de colisión). Esto quiere decir que los miembros individuales de una red compartida obtendrán solo un porcentaje del ancho de banda total disponible. También se debe mencionar que los repetidores permiten a las redes extenderse más allá de las limitaciones normales de distancia, pero se encuentran aún limitados en el número de nodos que pueden ser soportados.
Usos
Históricamente, la razón principal para la compra de concentradores en lugar de los conmutadores era el precio. Esto ha sido eliminado en gran parte por las reducciones en el precio de los conmutadores, pero los concentradores aún pueden ser de utilidad en circunstancias especiales:
Cuando utilizar un hub:
Puente o Bridge
La función de un bridge (“puente”) es conectar redes separadas uniéndolas. Los bridges pueden conectar diferentes tipos de redes o redes del mismo tipo. Los bridges “mapean” las direcciones Ethernet de los nodos que residen en cada segmento de red y luego permiten pasar a través del “puente” solamente el tráfico necesario.
Cuando un paquete es recibido por el bridge, este determina los segmentos de origen y destino. Si estos segmentos coinciden, el paquete es descartado (“dropped” o “filtered”); si los segmentos son distintos, entonces el paquete es transferido al segmento correcto.
Adicionalmente, los bridges evitan que paquetes malos o dañados se distribuyan innecesariamente simplemente no re-transmitiéndolos. Los bridges son llamados dispositivos “store-and-forward” (almacena y envía) porque ellos examinan el contenido del paquete Ethernet completo antes de realizar las decisiones de filtrado o envío. El filtrado de paquetes y la regeneración de paquetes enviados permite a la tecnología de bridging partir una red en dominios de colisión separados. Esto permite mayores distancias y que más repetidores sean utilizados en el diseño total de la red.
La mayoría de los bridges son “self learning task bridges”, lo que quiere decir que ellos determinan la dirección Ethernet del usuario en el segmento construyendo una tabla a medida que los paquetes son pasados a través de la red. Esta capacidad de auto-aprender eleva dramáticamente la posibilidad de crear “loops” o caminos circulares en redes que poseen un gran número de bridges.
Dado que cada dispositivo aprende la configuración de la red, un camino en círculo o “loop” presenta información conflictiva sobre en cual segmento está localizada una dirección específica y fuerza entonces al dispositivo a enviar todo el tráfico. El algoritmo de “Spanning Tree” es un estándar de software (puede encontrárselo dentro de la especificación IEEE 802.1d) que describe como switches y bridges pueden comunicarse para evitar caminos circulares o “loops” en las redes.
Para clasificar los bridges, atenderemos a dos aspectos: los tipos de interfaz y la localización geográfica de las LAN que se van a interconectar.
Según el interfaz
Según la localización geográfica
Ventajas
Desventajas
Repetidores
Los repetidores se emplean para conectar dos o más segmentos Ethernet de cualquier tipo de medio físico. Según los segmentos exceden el máximo número de nodos o la longitud máxima, la calidad de las señales empieza a deteriorarse. Los repetidores proporcionan la amplificación y resincronización de las señales necesarias para conectar los segmentos. Al partir un segmento en dos o más subsegmentos, permitimos a la red continuar creciendo. Una conexión de repetidor cuenta en el límite del número total de nodos de cada segmento. Por ejemplo, un segmento de cable coaxial fino puede tener 185 metros de longitud y hasta 29 nodos o estaciones y un repetidor, ya que el número total de nodos es de 30 por segmento. Un segmento de cable coaxial grueso puede tener 500 metros, 98 nodos y 2 repetidores (para un total de 100 nodos por segmento).
Los repetidores Ethernet son necesarios en las topologías de estrella. Como hemos indicado, una red con sólo dos nodos está limitada. Un repetidor de par trenzado permite a diversos segmentos "punto a punto" unirse en una sola red. Un extremo del enlace punto a punto se conecta al repetidor y el otro al ordenador con un transceptor. Si el repetidor está conectado al troncal, entonces todos los ordenadores conectados en los extremos de los segmentos de par trenzado pueden comunicar con todos los servidores del troncal.
Los repetidores también monitorizan todos los segmentos conectados para verificar que la red funciona correctamente. Cuando algo falla en un determinado segmento, por ejemplo se produce una rotura, todos los segmentos Ethernet puede quedar inoperantes. Los repetidores limitan el efecto de estos problemas, a la sección de cable rota, "segmentando" la red, desconectando el segmento problemático y permitiendo al resto seguir funcionando correctamente. La avería de un segmento en una red punto a punto, habitualmente, sólo desactivará un ordenador, lo que en una topología de bus ocasionaría la desactivación de todos los nodos del segmento.
Al igual que los diferentes medios de Ethernet tienen diferentes limitaciones, los grandes segmentos creados con repetidores y múltiples segmentos, también tienen restricciones. Estas restricciones, generalmente tienen que ver con los requisitos de sincronización. A pesar de que las señales eléctricas que circulan por los medios Ethernet, viajan a cerca de la velocidad de la luz, aún requieren un tiempo finito para viajar de un extremo de una gran red a otro. Las normas Ethernet asumen que no va a llevar más de un determinado tiempo para que una señal sea propagada entre los extremos más alejados de la red. Si la red es excesivamente grande, esta presunción no se cumple, y la red no funcionará correctamente. Los problemas de sincronización no pueden ser tomados a la ligera. Cuando las normas Ethernet son violadas, se pierden los paquetes, las prestaciones de la red se ven afectadas, y las aplicaciones se enlentecen y pueden fallar.
Las especificaciones IEEE 802.3 describen las reglas para el número máximo de repetidores que pueden ser usados en una configuración. El número máximo de repetidores que pueden encontrarse en el camino de transmisión entre dos nodos es de cuatro; el máximo número de segmentos de red entre dos nodos es cinco, con la restricción adicional de que no más de tres de esos cinco segmentos pueden tener otras estaciones de red conectadas a ellos (los otros segmentos deben de ser enlaces entre repetidores, que simplemente conectan repetidores). Estas reglas son determinadas por cálculos de las máximas longitudes de cables y retardos de repetidores. Las redes que las incumplen puede que aún funcionen, pero están sujetas a fallos esporádicos o problemas frecuentes de naturaleza indeterminada. Además, usando repetidores, simplemente extendemos la red a un tamaño mayor. Cuando esto ocurre, el ancho de banda de la red puede resultar un problema; en este caso, los puentes, conmutadores y encaminadores pueden usarse para particionar una gran red en segmentos más pequeños que operan más eficazmente.
Router
Un router o para algunos que utilizan el término enrutador, según el gusto del usuario, viene a ser un dispositivo de hardware que permite la interconexión de red entre ordenadores que opera en la capa tres.
Dicho de otra forma más sencilla, un router o enrutador es un dispositivo que asegura el enrutamiento de paquetes entre redes, o bien determinar la ruta exacta que debería tomar el paquete de datos que intercambiamos.
Por este motivo, los denominados como protocolos de enrutamiento son aquellos que utilizan los routers para comunicarse entre sí, y de esta forma, para permitir el compartimiento de la información, tomando por ende la decisión de cual es la ruta más adecuada en cada momento para enviar un paquete y así disfrutemos de la velocidad de internet con total confianza.
Además, algo que todos deberíamos de saber para conocer mejor su funcionamiento, los router trabajan en dos tipos de planos bien distintos: el plano de control, y el plano de reenvío o también llamado plano de datos.
Tipos de router
Aunque son muchos usuarios los que lo desconocen, en la actualidad existen distintos tipos de router que pueden utilizarse para muy diversas cuestiones. Hay routers que se encargan de proporcionar conectividad dentro de las empresas, entre Internet y las propias empresas en sí, o bien en el interior los ISP en nuestra casa.
Los encaminadores se utilizan con frecuencia en los hogares para conectar a un servicio de banda ancha, tales como IP sobre cable o ADSL. Un encaminador usado en una casa puede permitir la conectividad a una empresa a través de una red privada virtual segura.
Si bien son funcionalmente similares a los encaminadores, los encaminadores residenciales usan traducción de dirección de red en lugar de direccionamiento.
En lugar de conectar ordenadores locales a la red directamente, un encaminador residencial debe hacer que los ordenadores locales parezcan ser un solo equipo.
En las empresas se pueden encontrar encaminadores de todos los tamaños. Si bien los más poderosos tienden a ser encontrados en ISPs, instalaciones académicas y de investigación, pero también en grandes empresas.
El modelo de tres capas es de uso común, no todos de ellos necesitan estar presentes en otras redes más pequeñas.
Una captura de pantalla de la interfaz web de LuCI OpenWrt.
Los encaminadores de acceso, incluyendo SOHO, se encuentran en sitios de clientes como sucursales que no necesitan de enrutamiento jerárquico de los propios. Normalmente, son optimizados para un bajo costo.
Los encaminadores de distribución agregan tráfico desde encaminadores de acceso múltiple, ya sea en el mismo lugar, o de la obtención de los flujos de datos procedentes de múltiples sitios a la ubicación de una importante empresa. Los encaminadores de distribución son a menudo responsables de la aplicación de la calidad del servicio a través de una WAN, por lo que deben tener una memoria considerable, múltiples interfaces WAN, y transformación sustancial de inteligencia.
También pueden proporcionar conectividad a los grupos de servidores o redes externas.En la última solicitud, el sistema de funcionamiento del encaminador debe ser cuidadoso como parte de la seguridad de la arquitectura global. Separado del encaminador puede estar un cortafuegos o VPN concentrador, o el encaminador puede incluir estas y otras funciones de seguridad.Cuando una empresa se basa principalmente en un campus, podría no haber una clara distribución de nivel, que no sea tal vez el acceso fuera del campus.
En tales casos, los encaminadores de acceso, conectados a una red de área local (LAN), se interconectan a través del Core routers.
En las empresas, el core routers puede proporcionar una "columna vertebral" interconectando la distribución de los niveles de los encaminadores de múltiples edificios de un campus, o a las grandes empresas locales.Tienden a ser optimizados para ancho de banda alto.
Cuando una empresa está ampliamente distribuida sin ubicación central, la función del core router puede ser asumido por el servicio de WAN al que se suscribe la empresa, y la distribución de encaminadores se convierte en el nivel más alto.
Los encaminadores de borde enlazan sistemas autónomos con las redes troncales de Internet u otros sistemas autónomos, tienen que estar preparados para manejar el protocolo BGP y si quieren recibir las rutas BGP, deben poseer una gran cantidad de memoria.
A pesar de que tradicionalmente los encaminadores solían tratar con redes fijas (Ethernet, ADSL, RDSI...), en los últimos tiempos han comenzado a aparecer encaminadores que permiten realizar una interfaz entre redes fijas y móviles (WiFi, GPRS, Edge, UMTS, WiMAX...) Un encaminador inalámbrico comparte el mismo principio que un encaminador tradicional. La diferencia es que éste permite la conexión de dispositivos inalámbricos a las redes a las que el encaminador está conectado mediante conexiones por cable. La diferencia existente entre este tipo de encaminadores viene dada por la potencia que alcanzan, las frecuencias y los protocolos en los que trabajan.
En Wi-Fi estas distintas diferencias se dan en las denominaciones como clase a/b/g/ y n.
Tarjeta de red
Las tarjetas de red (también denominadas adaptadores de red, tarjetas de interfaz de red o NIC) actúan como la interfaz entre un ordenador y el cable de red. La función de la tarjeta de red es la de preparar, enviar y controlar los datos en la red.
Por lo general, una tarjeta de red posee dos luces indicadoras (LED):
• La luz verde corresponde a la alimentación eléctrica;
• La luz naranja (10 Mb/s) o roja (100 Mb/s) indica actividad en la red (envío o recepción de datos). Para preparar los datos que se deben enviar, la tarjeta de red utiliza un transceptor, que transforma a su vez los datos paralelos en datos en serie. Cada tarjeta posee una dirección única denominada dirección MAC, asignada por el fabricante de la tarjeta, lo que la diferencia de las demás tarjetas de red del mundo.
Las tarjetas de red presentan configuraciones que pueden modificarse. Algunas de estas son: los interruptores de hardware (IRQ) la dirección de E/S y la dirección de memoria (DMA).
Para asegurar la compatibilidad entre el ordenador y la red, la tarjeta debe poder adaptarse a la arquitectura del bus de datos del ordenador y debe poseer un tipo de conexión adecuado al cable. Cada tarjeta está diseñada para funcionar con un tipo de cable específico. Algunas tarjetas incluyen conectores de interfaz múltiples (que se pueden configurar con caballetes, conmutadores DIP o software). Los conectores utilizados con más frecuencia son los RJ-45. Nota: Algunas topologías de red patentadas que utilizan cables de par trenzado suelen recurrir a conectores RJ-11. En algunos casos, estas topologías se denominan "pre-10BaseT".
Por último, para asegurar la compatibilidad entre el ordenador y la red, la tarjeta debe ser compatible con la estructura interna del ordenador (arquitectura de bus de datos) y debe tener el tipo de conector adecuado para el cable que se está utilizando.
¿Cuál es el rol de una tarjeta de red?
Una tarjeta de red es la interfaz física entre el ordenador y el cable. Convierte los datos enviados por el ordenador a un formato que puede ser utilizado por el cable de red, transfiere los datos a otro ordenador y controla a su vez el flujo de datos entre el ordenador y el cable. También traduce los datos que ingresan por el cable a bytes para que el CPU del ordenador pueda leerlos. De esta manera, la tarjeta de red es una tarjeta de expansión que se inserta a su vez en la ranura de expansión.
Preparación de datos
Las rutas que toman los datos en un ordenador se denominan "buses". Muchas rutas simultáneas hacen que los datos se desplacen en paralelo y no en forma serial (uno después del otro).
• Los primeros buses transportaban 8 bits por vez.
• El ordenador IBM PC/AT introdujo el primer bus de 16 bits.
• Actualmente, la mayoría de los buses son de 32 bits. Sin embargo, los datos viajan en cables en series (sólo un canal) y se mueven en un solo sentido. El ordenador puede enviar O recibir datos, pero no puede efectuar ambas operaciones en forma simultánea. De esta manera, la tarjeta de red reestructura un grupo de datos que llega en paralelo y los convierte en una secuencia de datos en serie (1 bit).
Es por esta razón que se transforman las señales digitales en señales eléctricas u ópticas capaces de viajar por los cables de red. El dispositivo encargado de esta transformación se denomina transceptor.
El rol del identificador
• La tarjeta convierte datos e indica su dirección al resto de la red para que pueda distinguirse de las otras tarjetas de red.
• Direcciones MAC: definidas por el IEEE (Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica), que asigna intervalos de direcciones para cada fabricante de tarjetas de redes.
• Están inscriptas en los chips de las tarjetas; cada tarjeta posee una dirección MAC que le es propia y, por lo tanto, única en la red.
Otras funciones de las tarjetas de red
El ordenador y la tarjeta deben comunicarse entre sí para que puedan proceder al intercambio de información. De esta manera, el ordenador asigna parte de su memoria a las tarjetas que tienen DMA (Acceso directo a la memoria).
La interfaz de la tarjeta indica que otro ordenador está solicitando datos del ordenador. El bus del ordenador transfiere los datos de la memoria del ordenador a la tarjeta de red.
Si los datos se desplazan demasiado rápido como para que el adaptador proceda a su procesamiento, se colocan en la memoria del búfer de la tarjeta (RAM), donde se almacenan temporalmente mientras se siguen enviando y recibiendo los datos.
Envío y control de los datos
Antes de que la tarjeta de red que envía los datos los transmita, dialoga electrónicamente con la tarjeta de recepción con el objetivo de solucionar los siguientes temas:
• Tamaño máximo de los bloques que se enviarán
• Cantidad de datos a enviar antes de enviar la confirmación
• Intervalos entre transmisiones de datos parciales
• Período de espera antes de enviar la confirmación
• Cantidad de datos que cada tarjeta puede contener antes de verse desbordada
• Velocidad de la transmisión de datos Si una tarjeta más reciente y avanzada se comunica con una más lenta, se verán obligadas a compartir la misma velocidad de transmisión. Algunas tarjetas poseen circuitos que le permiten ajustarse a las velocidades de transmisión de cartas más lentas.
Existe entonces una aceptación y un ajuste de las configuraciones propias a cada una, antes de que se puedan enviar y recibir los datos.
Parámetros de configuración de la tarjeta
Las tarjetas de red presentan opciones de configuración: Entre ellas:
• Interrupción (IRQ): en la mayoría de los casos, las tarjetas de red utilizan las IRQ 3 y 5. Se recomienda utilizar la IRQ 5 (si está disponible); la mayoría de las tarjetas la utilizan de manera predeterminada.
• Dirección base de entrada/salida (E/S): cada dispositivo debe tener una dirección diferente para el puerto correspondiente.
• Dirección de memoria: designa la ubicación de la memoria RAM en el ordenador. La tarjeta de red utiliza esta ranura como búfer la información que entra y sale. Esta configuración puede denominarse Dirección de inicio de RAM. Por lo general, la dirección de la memoria de la tarjeta es D8000. En algunas tarjetas se suele omitir el último 0. Se debe tener cuidado de no elegir de no elegir una dirección que ya esté siendo utilizada por otro dispositivo. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que, en ocasiones, algunas tarjetas de red no poseen una dirección de memoria configurable porque no usan las direcciones de la memoria RAM del equipo.
• El transceptor
Transceptores
Para conectar nodos a los diversos medios físicos Ethernet se usan transceptores. La mayoría de los ordenadores y tarjetas de interfaz de red incorporan, en su electrónica, un transceptor 10BASE-T o 10BASE2, permitiéndoles ser conectados directamente a Ethernet sin requerir un transceptor externo. Otros dispositivos compatibles Ethernet, más viejos, incorporan un conector AUI para permitir al usuario conectarlo a cualquier medio físico, a través de un transceptor externo. El conector AUI consiste en un conector de tipo DB de 15 pines, hembra en el lado del ordenador, macho en el lado del transceptor. Los cables coaxiales gruesos (10BASE5) también usan transceptores para permitir las conexiones.
Para las redes Fast Ethernet, se desarrolló una interfaz llamada MII (Media Independent Interface o interfaz independiente de medios) para ofrecer un modo flexible de soportar medios de 100 Mbps. MII es un modo popular de conectar enlaces 100BASE-FX a los dispositivos Fast Ethernet basados en cobre.
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