Se puede pensar por un momento en el servicio de correos. Cuando alguien desea mandar una carta a otra persona, la escribe, la mete en un sobre con el formato impuesto por correos, le pone un sello y la introduce en un buzón; la carta es recogida por el cartero, clasificada por el personal de correos, según su destino y enviada a través de medios de transporte hacia la ciudad destino; una vez allí otro cartero irá a llevarla a la dirección indicada en el sobre; si la dirección no existe, al cabo del tiempo la carta devolverá al origen por los mismos cauces que llegó al supuesto destino.
Más o menos, esta es la forma en que funciona una red : la carta escrita es la información que se quiere transmitir; el sobre y sello es el paquete con el formato impuesto por el protocolo que se utiliza en la transmisión; la dirección del destinatario es la dirección del nodo destino y la dirección del remitente, será la dirección del nodo origen, los medios de transporte que llevan la carta cerca del destino es el medio de transmisión (cable coaxial, fibra óptica …); las normas del servicio de correos, carteros y demás personal son los protocolos de comunicaciones establecidos.
Si se supone que se está utilizando el modelo OSI de la ISO. Este modelo tiene 7 niveles, es como decir que la carta escrita pasa por 7 filtros diferentes (trabajadores con diferentes cargos) desde que la ponemos en el buzón hasta que llega al destino. Cada nivel de esta torre se encarga de realizar funciones diferentes en la información a transmitir. Cada nivel por el que pasa la información a transmitir que se ha insertado en un paquete, añade información de control, que el mismo nivel en el nodo destino irá eliminando. Además se encarga de cosas muy distintas: desde el control de errores, hasta la reorganización de la información transmitida cuando esta se ha fragmentado en tramas.
Si la información va dirigida a una red diferente (otra ciudad en el caso de la carta), la trama debe llegar a un dispositivo de interconexión de redes (router, gateway, bridges), que decidirá, dependiendo de su capacidad, el camino que debe seguir la trama. Por eso es imprescindible que el paquete lleve la dirección destino y que esta contenga, además de la dirección que identifica al nodo, la dirección que identifica la red a la que pertenece el nodo.
La topología de una red define únicamente la distribución del cable que interconecta los diferentes ordenadores, es decir, es el mapa de distribución del cable que forma la intranet. Define cómo se organiza el cable de las estaciones de trabajo. A la hora de instalar una red, es importante seleccionar la topología más adecuada a las necesidades existentes. Hay una serie de factores a tener en cuenta a la hora de decidirse por una topología de red concreta y son :
- La distribución de los equipos a interconectar.
- El tipo de aplicaciones que se van a ejecutar.
- La inversión que se quiere hacer.
- El coste que se quiere dedicar al mantenimiento y actualización de la red local.
- El tráfico que va a soportar la red local.
- La capacidad de expansión. Se debe diseñar una intranet teniendo en cuenta la escalabilidad.
No se debe confundir el término topología con el de arquitectura. La arquitectura de una red engloba :
- La topología.
- El método de acceso al cable.
- Protocolos de comunicaciones.
Actualmente la topología está directamente relacionada con el método de acceso al cable, puesto que éste depende casi directamente de la tarjeta de red y ésta depende de la topología elegida.
Es lo que hasta ahora se ha venido definiendo; la forma en la que el cableado se realiza en una red. Existen tres topología físicas puras :
- Topología en anillo.
- Topología en bus.
- Topología en estrella.
Existen mezclas de topologías físicas, dando lugar a redes que están compuestas por mas de una topología física.
Es la forma de conseguir el funcionamiento de una topología física cableando la red de una forma más eficiente. Existen topologías lógicas definidas :
- Topología anillo-estrella : implementa un anillo a través de una estrella física.
- Topología bus-estrella : implementa una topología en bus a través de una estrella física.
Consta de un único cable que se extiende de un ordenador al siguiente de un modo serie. Los extremos del cable se terminan con una resistencia denominada terminador, que además de indicar que no existen más ordenadores en el extremo, permiten cerrar el bus.
Sus principales ventajas son :
- Fácil de instalar y mantener.
- No existen elementos centrales del que dependa toda la red, cuyo fallo dejaría inoperativas a todas las estaciones.
Sus principales inconvenientes son :
- Si se rompe el cable en algún punto, la red queda inoperativa por completo.
Cuando se decide instalar una red de este tipo en un edificio con varias plantas, lo que se hace es instalar una red por planta y después unirlas todas a través de un bus troncal.
TOPOLOGÍA EN ANILLO
Sus principales características son :
- El cable forma un bucle cerrado formando un anillo.
- Todos los ordenadores que forman parte de la red se conectan a ese anillo.
- Habitualmente las redes en anillo utilizan como método de acceso al medio el modelo "paso de testigo".
Los principales inconvenientes serían :
- Si se rompe el cable que forma el anillo se paraliza toda la red.
- Es difícil de instalar.
- Requiere mantenimiento.
Sus principales características son :
- Todas las estaciones de trabajo están conectadas a un punto central (concentrador), formando una estrella física.
- Habitualmente sobre este tipo de topología se utiliza como método de acceso al medio poolling, siendo el nodo central el que se encarga de implementarlo.
- Cada vez que se quiere establecer comunicación entre dos ordenadores, la información transferida de uno hacia el otro debe pasar por el punto central.
- existen algunas redes con esta topología que utilizan como punto central una estación de trabajo que gobierna la red.
- La velocidad suele ser alta para comunicaciones entre el nodo central y los nodos extremos, pero es baja cuando se establece entre nodos extremos.
- Este tipo de topología se utiliza cuando el trasiego de información se va a realizar preferentemente entre el nodo central y el resto de los nodos, y no cuando la comunicación se hace entre nodos extremos.
- Si se rompe un cable sólo se pierde la conexión del nodo que interconectaba.
- es fácil de detectar y de localizar un problema en la red.
Se trata de una estrella en la que el punto central al que van conectados todos los nodos es un concentrador (hub) pasivo, es decir, se trata únicamente de un dispositivo con muchos puertos de entrada.
Se trata de una topología en estrella que utiliza como punto central un hub activo o bien un ordenador que hace las veces de servidor de red. En este caso, el hub activo se encarga de repetir y regenerar la señal transferida e incluso puede estar preparado para realizar estadísticas del rendimiento de la red. Cuando se utiliza un ordenador como nodo central, es éste el encargado de gestionar la red, y en este caso suele ser además del servidor de red, el servidor de ficheros.
Uno de los inconvenientes de la topología en anillo era que si el cable se rompía toda la red quedaba inoperativa; con la topología mixta anillo-estrella, éste y otros problemas quedan resueltos. Las principales características son :
- Cuando se instala una configuración en anillo, el anillo se establece de forma lógica únicamente, ya que de forma física se utiliza una configuración en estrella.
- Se utiliza un concentrador, o incluso un servidor de red (uno de los nodos de la red, aunque esto es el menor número de ocasiones) como dispositivo central, de esta forma, si se rompe algún cable sólo queda inoperativo el nodo que conectaba, y los demás pueden seguir funcionando.
- El concentrador utilizado cuando se está utilizando esta topología se denomina MAU (Unidad de Acceso Multiestación), que consiste en un dispositivo que proporciona el punto de conexión para múltiples nodos. Contiene un anillo interno que se extiende a un anillo externo.
- A simple vista, la red parece una estrella, aunque internamente funciona como un anillo.
- Cuando la MAU detecta que un nodo se ha desconectado (por haberse roto el cable, por ejemplo), puentea su entrada y su salida para así cerrar el anillo.
Este tipo de topología es en realidad una estrella que funciona como si fuese en bus. Como punto central tiene un concentrador pasivo (hub) que implementa internamente el bus, y al que están conectados todos los ordenadores. La única diferencia que existe entre esta topología mixta y la topología en estrella con hub pasivo es el método de acceso al medio utilizado.
Hace algunos años era impredecible la evolución que las comunicaciones, en el mundo de la informática, iban a tener: no podía prever que fuese necesaria la interconexión ya no sólo de varios ordenadores sino de cientos de ellos. No basta con tener los ordenadores en una sala conectados, es necesario conectarlos a su vez con los ordenadores del resto de las salas de una empresa, y con el resto de las sucursales de una empresa situadas en distintos puntos geográficos.
La interconexión de redes permite, si se puede decir así, ampliar el tamaño de una intranet. Sin embargo el término interconexión se utiliza para unir redes independientes, no para ampliar el tamaño de una.
El número de ordenadores que componen una intranet es limitado, depende de la topología elegida, (recuérdese que en la topología se define el cable a utilizar) aunque si lo único que se quisiera fuera sobrepasar el número de ordenadores conectados, podría pensarse en simplemente segmentar la intranet. Sin embargo existen otros factores a tener en cuenta.
Cuando se elige la topología que va a tener una intranet se tienen en cuenta factores, como son la densidad de tráfico que ésta debe soportar de manera habitual, el tipo de aplicaciones que van a instalarse sobre ella, la forma de trabajo que debe gestionar, etc.; esto debe hacer pensar en que, uno de los motivos por el que se crean diferentes topologías es por tanto el uso que se le va a dar a la intranet. De aquí se puede deducir que en una misma empresa puede hacerse necesaria no la instalación de una única intranet, aunque sea segmentada, sino la implantación de redes independientes, con topologías diferentes e incluso arquitecturas diferentes y que estén interconectadas.
Habitualmente la selección del tipo y los elementos físicos de una intranet, se ajusta a las necesidades que se tiene; por este motivo pueden encontrarse dentro de un mismo edificio, varias intranets con diferentes topologías, y con el tiempo pueden surgir la necesidad de interconectarlas.
Se puede ver que por diferentes razones se hace necesaria tanto la segmentación como la interconexión de intranets, y que ambos conceptos a pesar de llevar a un punto en común, parte de necesidades distintas.
La tabla siguiente refleja de forma escueta diferentes casos en los que se plantea la necesidad de segmentar y/o interconectar intranets, dando la opción más idónea para cada uno de los casos planteados.
NECESIDAD
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SOLUCIÓN
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| Debido a la necesidad de manejo de aplicaciones que producen un trasiego importante de información aumenta el tráfico en la red; esto lleva a que baje el rendimiento de la misma. | Dividir la red actual en varios segmentos: segmentar la red. |
| Se tiene que ampliar el número de puestos que forman la intranet, pero se necesita mantener el rendimiento de la red | Crear un nuevo segmento de red en el que se pondrán los nuevos puestos e incluso al que se pueden mover puestos, que por disposición física pueda ser conveniente que pertenezcan al nuevo segmento creado en la misma. |
| Se tiene la necesidad de unir dos intranets exactamente iguales en la empresa | Se puede optar por definir una de ellas como un segmento de la otra y unirlas de esta forma; o bien, interconectar las dos intranets con un dispositivo de nivel bajo. |
| Se tiene la necesidad de unir dos o más redes con diferentes topologías pero trabajando con los mismos protocolos de comunicaciones. | Es necesario la interconexión de ambas redes a través de dispositivos interconectantes de nivel medio |
| Se tiene la necesidad de unir dos o más redes totalmente diferentes, es decir, de arquitecturas diferentes. | Es necesario la interconexión de ambas redes a través de dispositivos interconectantes de nivel alto. |
Un segmento es un bus lineal al que están conectadas varias estaciones y que termina en los extremos. Las características son:
- Cuando se tiene una red grande se divide en trozos, llamados segmentos a cada uno de ellos.
- Para interconectar varios segmentos se utilizan bridges o routers
- El rendimiento de una red aumenta al dividirla en segmentos
- A cada segmento junto a las estaciones a él conectadas se las llama subred
Segmentar una intranet consiste en dividirla en subredes para así poder aumentar el número de ordenadores conectados a ella y/o el rendimiento de la misma.
Cuando se segmenta una intranet, lo que se esta haciendo es crear subredes pequeñas que, por decirlo de alguna manera, se autogestionan, de forma que la comunicación entre segmentos se realiza cuando es necesario, es decir, cuando un nodo de un segmento quiere comunicarse con un nodo del otro segmento; mientras tanto cada segmento de la intranet está trabajando de forma independiente por lo que en una misma intranet se están produciendo varias comunicaciones de forma simultánea; evidentemente esto mejora el rendimiento de la intranet.
La tabla siguiente refleja las longitudes máximas de los segmentos dependiendo de las diferentes topologías de red.
TOPOLOGÍAS
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LONGITUD
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Ethernet gruesa
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500 metros
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Ethernet fina
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185 metros
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Ethernet de par trenzado
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100 metros
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Ethernet de fibra óptica
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2.000 metros
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Token-Ring de par trenzado
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100 metros
|
El dispositivo que se utiliza para segmentar una red debe ser inteligente ya que debe ser capaz de decidir hacia qué segmento debe enviar la información llegado a él: si hacia el mismo segmento desde el que la recibió o hacia otro segmento diferente.
Abstrayéndose de algunos detalles, es fácil pensar que segmentar una intranet, ya que se habla de subredes, es como interconectar intranets diferentes. Sin embargo, cuando se habla de segmentar se hace referencia a una única intranet; esto lleva asociado lo siguiente: una única topología, un único tipo de protocolo de comunicaciones, un único entorno de trabajo; cuando se habla de interconectar intranets, en la mayoría de los casos, las intranets tienen como mínimo topologías diferentes. No obstante, sí debe destacarse que los dispositivos que se utilizan para segmentar redes coinciden con algunos de los dispositivos que son utilizados para interconectar redes diferentes.
Dependiendo del tipo de protocolos que se utilicen en la intranet segmentada, así como de dispositivos que se utilicen para realizar esta segmentación puede hacerse necesario o no el atribuir a cada segmento una dirección de red diferente. Cuando se trabaja con protocolos TCP/IP esto no es necesario, basta con que cada estación tenga su propia dirección IP, y que no aparezcan dos estaciones con la misma dirección, independientemente de si están o no en el mismo segmento de la intranet.
Existen diferentes motivos por los que se puede hacer necesario la segmentación de una intranet, como pueden ser:
- Necesidad de sobrepasar el número de nodos que la topología permite. La limitación del numero de nodos en una intranet vienen impuesta por varios factores, como son el método de acceso al medio que se utiliza, el tipo de cable, el ancho de banda, etc.
- Mejorar el rendimiento de una intranet en la que ha aumentado el tráfico. En ocasiones, una intranet que inicialmente funciona bien, con un tiempo de repuesta aceptable, empieza a perder prestaciones; el motivo es claro: de forma paulatina se ha ido incrementando el número de comunicaciones que la intranet debe gestionar, por diferentes motivos como que los usuarios comienzan a conocer la red y la aprovechan más, o que se han ido instalando más aplicaciones.
Existen diferentes formas de paliar este problema: Una de ellas, la más drástica es cambiar algún elemento físico de la intranet: por ejemplo sustituir el cable que implementa la intranet por uno que pueda soportar velocidades mayores, cambiar las tarjetas de red por otras más rápidas, e incluso cambiar la topología empleada. Una solución menos concluyente consiste en segmentar la intranet. Dividirla estratégicamente en dos subredes, reduciendo de esta forma el tráfico en cada una de ellas. Por ejemplo, sobre una intranet inicial repartida por varias aulas de un centro, se pueden crear subredes por aula, de forma que en cada aula se mejorará el rendimiento de la red.
La interconexión de intranets se puede establecer a varios niveles: desde el nivel físico, a través de un dispositivo llamado hub (concentrador) hasta niveles más altos (niveles del modelo OSI) a través de dispositivos como un puente (Bridge) o un router (encaminador). La tabla siguiente muestra el nivel en el que trabajan los diferentes dispositivos.
DISPOSITIVO
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NIVEL
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repetidor
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físico
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concentrador
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fisico
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puente
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enlace
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encaminador
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red
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pasarela
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aplicación
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Para la segmentación de intranets, y teniendo en cuenta que uno de los motivos por el que se realiza esta operación es mejorar el rendimiento de la red, es necesario emplear dispositivos inteligentes, como pueden ser un encaminador o un puente.
Las redes locales tienen una serie de limitaciones inherentes a su naturaleza:
- Limitaciones en el número de host.
- Limitaciones en la distancia que puede cubrir.
- Limitaciones en el número y tipo de nodos que se pueden conectar.
- Limitaciones en el acceso a los nodos.
- Limitaciones en la comunicación con los usuarios.
Para resolver estos problemas se utilizan soluciones de dos naturalezas: software y hardware:
- Elementos de interconexión.
- Software de servicios.
De forma genérica existen varias maneras de ampliar las intranets:
- Hubs: Para unir hosts dentro de una red.
- Repetidores: conexión a nivel físico, en el mismo segmento.
- Bridges: Conexión a nivel de enlace entre dos segmentos (iguales o distintos).
- Routers: Conexión a nivel de red.
- Gateways: Conexión a nivel de presentación, entre dos redes distintas.
Dispositivo que interconecta host dentro de una red. Es el dispositivo de interconexión más simple que existe. Sus principales características son:
- Se trata de un armario de conexiones donde se centralizan todas las conexiones de una red, es decir un dispositivo con muchos puertos de entrada y salida.
- No tiene ninguna función aparte de centralizar conexiones.
- Se suelen utilizar para implementar topologías en estrella física, pero funcionando como un anillo o como un bus lógico.
Hubs activos: permiten conectar nodos a distancias de hasta 609 metros, suelen tener entre 8 y 12 puertos y realizan funciones de amplificación y repetición de la señal. Los más complejos además realizan estadísticas.
Hubs pasivos: son simples armarios de conexiones. Permiten conectar nodos a distancias de hasta 30 metros. Generalmente suelen tener entre 8 y 12 puertos.
Sus principales características son:
- Conectan a nivel físico dos intranets, o dos segmentos de intranet. Hay que tener en cuenta que cuando la distancia entre dos host es grande , la señal que viaja por la línea se atenúa y hay que regenerarla.
- Permiten resolver problemas de limitación de distancias en un segmento de intranet.
- Se trata de un dispositivo que únicamente repite la señal transmitida evitando su atenuación; de esta forma se puede ampliar la longitud del cable que soporta la red.
- Al trabajar al nivel más bajo de la pila de protocolos obliga a que:
- Los dos segmentos que interconecta tenga el mismo acceso al medio y trabajen con los mismos protocolos.
- Los dos segmentos tengan la misma dirección de red.
Sus principales características son:
- Son dispositivos que ayudan a resolver el problema de limitación de distancias, junto con el problema de limitación del número de nodos de una red.
- Trabajan al nivel de enlace del modelo OSI, por lo que pueden interconectar redes que cumplan las normas del modelo 802 (3, 4 y 5). Si los protocolos por encima de estos niveles son diferentes en ambas redes, el puente no es consciente, y por tanto no puede resolver los problemas que puedan presentársele.
- Se utilizan para:
- Ampliar la extensión de la red, o el número de nodos que la constituyen.
- Reducir la carga en una red con mucho tráfico, uniendo segmentos diferentes de una misma red.
- Unir redes con la misma topología y método de acceso al medio, o diferentes.
- Cuando un puente une redes exactamente iguales, su función se reduce exclusivamente a direccionar el paquete hacia la subred destino.
- Cuando un puente une redes diferentes, debe realizar funciones de traducción entre las tramas de una topología a otra.
- Cada segmento de red, o red interconectada con un puente, tiene una dirección de red diferente.
- Los puentes no entienden de direcciones IP, ya que trabajan en otro nivel.
- Los puentes realizan las siguientes funciones:
- Reenvio de tramas: constituye una forma de filtrado. Un puente solo reenvía a un segmento a aquellos paquetes cuya dirección de red lo requiera, no traspasando el puente los paquetes que vayan dirigidos a nodos locales a un segmento. Por tanto, cuando un paquete llega a un puente, éste examina la dirección física destino contenida en él, determinado así si el paquete debe atravesar el puente o no.
- Técnicas de aprendizaje: los puentes construyen tablas de dirección que describen las rutas, bien sea mediante el examen del flujo de los paquetes (puenteado transparente) o bien con la obtención de la información de los "paquetes exploradores" (encaminamiento fuente) que han aprendido durante sus viajes la topología de la red.
- Los primeros puentes requerían que los gestores de la red introdujeran a mano las tablas de dirección.
- Los puentes trabajan con direcciones físicas
Sus principales características son:
- Es como un puente incorporando características avanzadas.
- Trabajan a nivel de red del modelo OSI, por tanto trabajan con direcciones IP.
- Un router es dependiente del protocolo.
- Permite conectar redes de área local y de área extensa.
- Habitualmente se utilizan para conectar una red de área local a una red de área extensa.
- Son capaces de elegir la ruta más eficiente que debe seguir un paquete en el momento de recibirlo.
- La forma que tienen de funcionar es la siguiente.
- Cuando llega un paquete al router, éste examina la dirección destino y lo envía hacia allí a través de una ruta predeterminada.
- Si la dirección destino pertenece a una de las redes que el router interconecta, entonces envía el paquete directamente a ella; en otro caso enviará el paquete a otro router más próximo a la dirección destino.
- Para saber el camino por el que el router debe enviar un paquete recibido, examina sus propias tablas de encaminamiento.
- Existen routers multiprotocolo que son capaces de interconectar redes que funcionan con distintos protocolos; para ello incorporan un software que pasa un paquete de un protocolo a otro, aunque no son soportados todos los protocolos.
- Cada segmento de red conectado a través de un router tiene una dirección de red diferente.
Sus características principales son:
- Se trata de un ordenador u otro dispositivo que interconecta redes radicalmente distintas.
- Trabaja al nivel de aplicación del modelo OSI.
- Cuando se habla de pasarelas a nivel de redes de área local, en realidad se está hablando de routers.
- Son capaces de traducir información de una aplicación a otra, como por ejemplo las pasarelas de correo electrónico.
Los principales elementos que necesitamos para instalar una red son :
- Tarjetas de interfaz de red.
- Cable.
- Protocolos de comunicaciones.
- Sistema operativo de red.
- Aplicaciones capaces de funcionar en red.
Las tarjetas de interfaz de red (NICs - Network Interface Cards) son adaptadores instalados en un dispositivo, conectándolo de esta forma en red. Es el pilar en el que sustenta toda red local, y el único elemento imprescindible para enlazar dos ordenadores a buena velocidad (excepción hecha del cable y el software). Existen tarjetas para distintos tipos de redes. Las principales características de una tarjeta de red son :
- Operan a nivel físico del modelo OSI : Las normas que rigen las tarjetas determinan sus características , y su circuitería gestiona muchas de las funciones de la comunicación en red como :
- Especificaciones mecánicas : Tipos de conectores para el cable, por ejemplo.
- Especificaciones eléctricas : definen los métodos de transmisión de la información y las señales de control para dicha transferencia.
- Método de acceso al medio : es el tipo de algoritmo que se utiliza para acceder al cable que sostiene la red. Estos métodos están definidos por las normas 802.x del IEEE.
- La circuitería de la tarjeta de red determina, antes del comienzo de la transmisión de los datos, elementos como velocidad de transmisión, tamaño del paquete, time-out, tamaño de los buffers. Una vez que estos elementos se han establecido, empieza la verdadera transmisión, realizándose una conversión de datos a transmitir a dos niveles :
- En primer lugar se pasa de paralelo a serie para transmitirlos como flujo de bits.
- Seguidamente se codifican y a veces se comprimen para un mejor rendimiento en la transmisión.
- la dirección física es un concepto asociado a la tarjeta de red : Cada nodo de una red tiene una dirección asignada que depende de los protocolos de comunicaciones que esté utilizando. La dirección física habitualmente viene definida de fábrica, por lo que no se puede modificar. Sobre esta dirección física se definen otras direcciones, como puede ser la dirección IP para redes que estén funcionando con TCP/IP.
Existen varios factores que determinan la velocidad de transmisión de una red, entre ellos podemos destacar :
- El cable utilizado para la conexión. Dentro del cable existen factores como :
- El ancho de banda permitido.
- La longitud.
Existen otros factores que determinan el rendimiento de la red, son :
- Las tarjetas de red.
- El tamaño del bus de datos de las máquinas.
- La cantidad de retransmisiones que se pueden hacer.
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