Transcription
De todas las organizaciones mencionadas aquí, TIA/EIA es la que ha causado el mayor impactosobre los estándares de los medios para networking. Específicamente, TIA/EIA-568-A y TIA/EIA569-A, han sido y continúan siendo los estándares más ampliamente utilizados para determinar elrendimiento de los medios para networking.Las normas TIA/EIA especifican los requisitos mínimos para los entornos compuestos por variosproductos diferentes, producidos por diversos fabricantes. Estas normas tienen en cuenta laplanificación e instalación de sistemas de LAN sin imponer el uso de equipo específico, y, de esemodo, ofrecen a los diseñadores de las LAN la libertad de crear opciones con fines deperfeccionamiento y expansión.Los repetidores regeneran y retemporizan las señales, lo que permite entonces que los cables seextiendan a mayor distancia. Solamente se encargan de los paquetes a nivel de los bits, por lotanto, son dispositivos de Capa 1.1
Los repetidores son dispositivos de internetworking que existen en la capa física (la Capa 1) delmodelo OSI. Pueden aumentar la cantidad de nodos que se pueden conectar a una red y, comoconsecuencia, la distancia a la cual se puede extender una red. Los repetidores modifican la forma,regeneran y retemporizan las señales antes de enviarlas por la red.La desventaja del uso de repetidores es que no pueden filtrar el tráfico de red. Los datos (bits) quellegan a uno de los puertos del repetidor se envían a todos los demás puertos. Los datos setransfieren a todos los demás segmentos de la LAN sin considerar si deben dirigirse hacia allí o no.Los repetidores multipuerto combinan las propiedades de amplificación y de retemporización de losrepetidores con la conectividad. Es normal que existan 4, 8, 12 y hasta 24 puertos en losrepetidores multipuerto. Esto permite que varios dispositivos se interconecten de forma económicay sencilla. Los repetidores multipuerto a menudo se llaman hubs, en lugar de repetidores, cuandose hace referencia a los dispositivos que sirven como centro de una red de topología en estrella.Los hubs son dispositivos de internetworking muy comunes. Dado que el hub típico "noadministrado" simplemente requiere alimentación y jacks RJ-45 conectados, son excelentes paraconfigurar una red con rapidez. Al igual que los repetidores en los que se basan, sólo manejan bitsy son dispositivos de Capa 1.Todos estos dispositivos (pasivos y activos) crean o actúan sobre bits. No reconocen patrones deinformación en los bits, ni direcciones, ni datos. Su función es simplemente transportar los bits. LaCapa 1 es fundamental en el diagnóstico de fallas de las redes y su importancia no debe2
subestimarse. Muchos de los problemas de la red pueden deberse a malas inserciones oterminaciones RJ-45, o a jacks, repetidores, hubs o transceivers dañados o que funcionan mal.Algunas redes se encuentran directamente conectadas; todos los hosts comparten la Capa 1. Losejemplos son:entorno de medios compartidos: los entornos de medios compartidos se producen cuandomúltiples hosts tienen acceso al mismo medio. Por ejemplo, si varios PC se encuentranconectados al mismo cable físico, a la misma fibra óptica, o si comparten el mismo espacioaéreo, entonces se dice que comparten el mismo entorno de medios. A veces puede serque escuche a alguien decir que "todos los computadores están en el mismo alambre".Estosignifica que todos comparten los mismos medios, aunque el "alambre" puede ser UTPCAT 5, que tiene cuatro pares de hilos.entorno extendido de medios compartidos: es un tipo especial de entorno de medioscompartidos, en el que los dispositivos de networking pueden extender el entorno para quese pueda implementar múltiple acceso o más usuarios. Sin embargo, esto tiene tantoaspectos negativos como positivos.entorno de red punto a punto: se emplea típicamente para las conexiones de accesotelefónico a redes, y es el que resulta más familiar para la mayoría de los estudiantes. Setrata de un entorno de networking compartido en el que cada dispositivo se conecta a otrodispositivo único a través de un enlace, de la misma forma en que usted se conecta a suproveedor de servicios Internet a través de una línea telefónica.3
Algunas redes tienen conexiones indirectas, lo que significa que existen algunos dispositivos denetworking de capa superior y/o distancia geográfica entre dos hosts que se comunican. Existendos tipos:conmutada por circuitos: red indirectamente conectada en la que se mantienen circuitoseléctricos reales durante la comunicación. El sistema telefónico actual es todavía, en parte,conmutado por circuitos, aunque los sistemas telefónicos de varios países ahora seconcentran menos en las tecnologías con conmutación de circuitos.conmutada por paquetes: en lugar de dedicar un enlace como conexión de circuitoexclusiva entre dos hosts que se comunican, el origen manda mensajes en paquetes.Cada paquete contiene suficiente información para que se enrute al host destino correcto.La ventaja es que muchos hosts pueden compartir el mismo enlace; la desventaja es quese pueden producir conflictos.Uno de los problemas que se puede producir, cuando dos bits se propagan al mismo tiempo en lamisma red, es una colisión. En una red pequeña y de baja velocidad es posible implementar unsistema que permita que sólo dos computadores envíen mensajes, cada uno por turnos. Estosignifica que ambas pueden mandar mensajes, pero sólo podría haber un bit en el sistema. Elproblema es que en las grandes redes hay muchos computadores conectados, cada uno de loscuales desea comunicar miles de millones de bits por segundo. También es importante recordarque los "bits" en realidad son paquetes que contienen muchos bits.4
Se pueden producir problemas graves como resultado del exceso de tráfico en la red. Si todos losdispositivos de la red están interconectados por medio de un solo cable, aumenta la probabilidadde que se produzcan conflictos cuando varios usuarios intenten enviar datos al mismo tiempo. Lomismo sucede si los segmentos de una red están conectados únicamente con dispositivos nofiltrantes tales como repetidores. Ethernet permite que sólo un paquete de datos por vez puedaacceder al cable. Si más de un nodo intenta transmitir simultáneamente, se produce una colisión yse dañan los datos de cada uno de los dispositivos.El área dentro de la red donde los paquetes se originan y colisionan, se denomina dominio decolisión, e incluye todos los entornos de medios compartidos. Por ejemplo, un alambre puede estarconectado con otro a través de cables de conexión, transceivers, paneles de conexión, repetidorese incluso hubs. Todas estas interconexiones de Capa 1 forman parte del dominio de colisión.Cuando se produce una colisión, los paquetes de datos involucrados se destruyen, bit por bit. Paraevitar este problema, la red debe disponer de un sistema que pueda manejar la competencia por elmedio (contención). Por ejemplo, un sistema digital sólo puede reconocer dos estados de voltaje,luz u ondas electromagnéticas. Por lo tanto en una colisión, las señales interfieren, o colisionan,entre sí. Al igual que lo que ocurre con dos automóviles, que no pueden ocupar el mismo espacio,o la misma carretera, al mismo tiempo, tampoco es posible que dos señales ocupen el mismomedio simultáneamente.5
En general, se cree que las colisiones son malas ya que degradan el rendimiento de la red. Sinembargo, una cierta cantidad de colisiones constituye una función natural de un entorno de medioscompartidos (es decir, un dominio de colisión). Esto ocurre cuando una gran cantidad decomputadores tratan de comunicarse entre sí al mismo tiempo utilizando el mismo cable.La historia de la forma en que Ethernet administra las colisiones y los dominios de colisión seremonta a las investigaciones que se llevaron a cabo en la Universidad de Hawai. En su intento pordesarrollar un sistema de comunicaciones inalámbricas para las Islas de Hawai, los investigadoresuniversitarios desarrollaron un protocolo denominado Aloha. Este protocolo fue fundamental para eldesarrollo de Ethernet.Como profesional de networking, una habilidad importante es la capacidad de reconocer losdominios de colisión. Si conecta varios computadores a un solo medio que no tiene otrosdispositivos de networking conectados, esta constituye una situación básica de acceso compartido,6
y un dominio de colisión. Según la tecnología específica utilizada, esa situación limita la cantidadde computadores que pueden usar esa parte del medio, también denominado segmento.Los repetidores regeneran y retemporizan los bits, pero no pueden filtrar el flujo de tráfico que pasapor ellos. Los datos (bits) que llegan a uno de los puertos del repetidor se envían a todos losdemás puertos. El uso de repetidor extiende el dominio de colisión, por lo tanto, la red a amboslados del repetidor es un dominio de colisión de mayor tamaño.7
Ya hemos aprendido que el otro nombre del hub es repetidor multipuerto. Cualquier señal queentre a un puerto del hub se regenera, retemporiza y se envía desde todos los demás puertos. Porlo tanto, los hubs, que son útiles para conectar grandes cantidades de computadores, extienden losdominios de colisión. El resultado final es el deterioro del rendimiento de la red si todos loscomputadores en esa red exigen anchos de banda elevados, simultáneamente.Tanto los repetidores como los hubs son dispositivos de Capa 1 y, por lo tanto, no realizan ningúnfiltrado del tráfico de la red. El uso de un repetidor para extender un tendido de cable, así como eluso de un hub para terminar el tendido, produce un dominio de colisión más grande.8
La regla de los cuatro repetidores en Ethernet establece que no puede haber más de cuatrorepetidores o hubs repetidores entre dos computadores en la red. Para garantizar que una red10BASE-T con repetidores funcione adecuadamente, se debe cumplir con la siguiente condición:(retardos del repetidor retardos del cable retardos de la NIC) x 2 máximo retardo de recorridode ida y vuelta. Los retardos del repetidor para 10BASE-T normalmente son inferiores a 2microsegundos por repetidor. Los retardos de cable son de aproximadamente 0,55 microsegundospor recorrido de 100 m. Los retardos de la NIC son de alrededor de 1 microsegundo por NIC, y elmáximo retardo de recorrido de ida y vuelta (el tiempo de bit de 10BASE-T de 0,1 microsegundostemporiza el tamaño mínimo de trama de 512 bits) es de 51,2 microsegundos. Para una longitud deUTP de 500 m conectado por 4 repetidores (hubs) y 2 retardos de la NIC, el retardo total seencontraría muy por debajo del retardo máximo de recorrido de ida y vuelta. La latencia delrepetidor, el retardo de propagación y la latencia de la NIC contribuyen a la regla de 4 repetidores.Si se supera la regla de los cuatro repetidores, esto puede llevar a la violación del límite de retardomáximo.Cuando se supera este límite de retardo, la cantidad de colisiones tardías aumenta notablemente.Una colisión tardía ocurre cuando una colisión se produce después de que se transmiten losprimeros 64 bytes de la trama. No se requiere que los conjuntos de chips en las NIC retransmitanautomáticamente cuando se produce una colisión tardía. Estas tramas de colisión tardía agreganun retardo denominado retardo de consumo. Con el aumento del retardo de consumo y la latencia,se deteriora el rendimiento de la red. Esta regla de Ethernet también se conoce como la regla 5-43-2-1. Cinco secciones de la red, cuatro repetidores o hubs, tres secciones de la red que "mezclan"segmentos (con hosts), dos secciones son segmentos de enlace (para fines de enlace), y un grandominio de colisión.Si bien los repetidores y los hubs son dispositivos de networking útiles y económicos, tienen ladesventaja de que extienden los dominios de colisión. Si se extiende demasiado el dominio decolisión, pueden producirse demasiadas colisiones y puede verse afectado el rendimiento de lared.Se puede reducir el tamaño de los dominios de colisión utilizando dispositivos inteligentes9
de networking que pueden dividir los dominios. Los puentes, switches y routers son ejemplos deeste tipo de dispositivo de networking. Este proceso se denomina segmentación.Un puente puede eliminar el tráfico innecesario en una red con mucha actividad dividiendo la reden segmentos y filtrando el tráfico basándose en la dirección de la estación. El tráfico entre losdispositivos del mismo segmento no cruza el puente ni afecta a otros segmentos. Esto funcionabien, siempre y cuando el tráfico entre segmentos no sea demasiado pesado. En caso contrario, elpuente se puede transformar en un cuello de botella, y de hecho puede reducir la velocidad de lacomunicación.10
El término topología puede definirse como el "estudio de la ubicación". La topología es objeto deestudio en las matemáticas, donde los "mapas" de nodos (puntos) y los enlaces (líneas) a menudoforman patrones. En este capítulo, en primer lugar se examinarán las diversas topologías que seusan en networking desde un punto de vista matemático. Luego, usted aprenderá de qué modo latopología física describe el esquema para el cableado de los dispositivos físicos. Por último, usaráuna topología lógica para aprender cómo circula la información a través de una red para determinarel lugar donde se pueden producir colisiones.Una red puede tener un tipo de topología físicay un tipo de topología lógica completamentedistinto. 10BASE-T de Ethernet usa una topología física en estrella extendida, pero actúa como siutilizara una topología de bus lógica. Token Ring usa una topología física en estrella y un anillológico. FDDI usa un anillo físico y lógico.11
Punto de vista matemáticoLa topología de bus tiene todos sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene ningunaotra conexión entre nodosPunto de vista físicoCada host está conectado a un cable común. En esta topología, los dispositivos clave son aquellosque permiten que el host se "una" o se "conecte" al único medio compartido. Una de las ventajasde esta topología es que todos los hosts están conectados entre sí y, de ese modo, se puedencomunicar directamente. Una desventaja de esta topología es que la ruptura del cable hace que loshosts queden desconectadosPunto de vista lógicoUna topología de bus hace posible que todos los dispositivos de la red vean todas las señales detodos los demás dispositivos. Esto representa una ventaja si desea que toda la información sedirija a todos los dispositivos. Sin embargo, puede representar una desventaja ya que es comúnque se produzcan problemas de tráfico y colisiones.Punto de vista matemáticoUna topología de anillo se compone de un solo anillo cerrado formado por nodos y enlaces, en elque cada nodo está conectado con sólo dos nodos adyacentes.12
Punto de vista físicoLa topología muestra todos los dispositivos interconectados directamente en una configuraciónconocida como cadena margarita. Esto se parece a la manera en que el mouse de un computadorApple se conecta al teclado y luego al computador.Punto de vista lógicoPara que la información pueda circular, cada estación debe transferir la información a la estaciónadyacente.Punto de vista matemáticoUna topología en anillo doble consta de dos anillos concéntricos, cada uno de los cuales seconecta solamente con el anillo vecino adyacente. Los dos anillos no están conectados.Punto de vista físicoLa topología de anillo doble es igual a la topología de anillo, con la diferencia de que hay unsegundo anillo redundante que conecta los mismos dispositivos. En otras palabras, paraincrementar la confiabilidad y flexibilidad de la red, cada dispositivo de networking forma parte dedos topologías de anillo independiente.Punto de vista lógicoLa topología de anillo doble actúa como si fueran dos anillos independientes, de los cuales se usasolamente uno por vez.13
Punto de vista matemáticoLa topología en estrella tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces hacia losdemás nodos y no permite otros enlaces.Punto de vista físicoLa topología en estrella tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces. La ventajaprincipal es que permite que todos los demás nodos se comuniquen entre sí de maneraconveniente. La desventaja principal es que si el nodo central falla, toda la red se desconecta.Según el tipo de dispositivo para networking que se use en el centro de la red en estrella, lascolisiones pueden representar un problema.Punto de vista lógicoEl flujo de toda la información pasaría entonces a través de un solo dispositivo. Esto podría seraceptable por razones de seguridad o de acceso restringido, pero toda la red estaría expuesta atener problemas si falla el nodo central de la estrella.Punto de vista matemáticoLa topología en estrella extendida es igual a la topología en estrella, con la diferencia de que cadanodo que se conecta con el nodo central también es el centro de otra estrella.Punto de vista físicoLa topología en estrella extendida tiene una topología en estrella central, en la que cada uno de losnodos finales actúa como el centro de su propia topología en estrella. La ventaja de esto es que elcableado es más corto y limita la cantidad de dispositivos que se deben interconectar con cualquiernodo central.Punto de vista lógicoLa topología en estrella extendida es sumamente jerárquica, y "busca" que la información semantenga local. Esta es la forma de conexión utilizada actualmente por el sistema telefónico.14
Punto de vista matemáticoLa topología en árbol es similar a la topología en estrella extendida; la diferencia principal es queno tiene un nodo central. En cambio, tiene un nodo de enlace troncal desde el que se ramifican losdemás nodos. Hay dos tipos de topologías en árbol: El árbol binario (cada nodo se divide en dosenlaces); y el árbol backbone (un tronco backbone tiene nodos ramificados con enlaces que salende ellos).Punto de vista físicoEl enlace troncal es un cable con varias capas de ramificaciones.Punto de vista lógicoEl flujo de información es jerárquico.Punto de vista matemáticoEn la topología de red irregular no existe un patrón obvio de enlaces y nodos.Punto de vista físicoEl cableado no sigue un patrón; de los nodos salen cantidades variables de cables. Las redes quese encuentran en las primeras etapas de construcción, o se encuentran mal planificadas, amenudo se conectan de esta manera.Punto de vista lógicoLos enlaces y nodos no forman ningún patrón evidente.15
Punto de vista matemáticoEn una topología de malla completa, cada nodo se enlaza directamente con los demás nodos.Punto de vista físicoEste tipo de cableado tiene ventajas y desventajas muy específicas. Una de las ventajas es quecada nodo está físicamente conectado a todos los demás nodos (lo cual crea una conexiónredundante). Si fallara cualquier enlace, la información podrá fluir a través de una gran cantidad deenlaces alternativos para llegar a su destino. Además, esta topología permite que la informacióncircule por varias rutas al regresar por la red. La desventaja física principal es que es que sólofunciona con una pequeña cantidad de nodos, ya que de lo contrario la cantidad de mediosnecesarios para los enlaces y la cantidad de conexiones con los enlaces se torna abrumadora.Punto de vista lógicoEl comportamiento de una topología de malla completa depende enormemente de los dispositivosutilizados.Punto de vista matemáticoLa topología celular está compuesta por áreas circulares o hexagonales, cada una de las cualestiene un nodo individual en el centro.Punto de vista físicoLa topología celular es un área geográfica dividida en regiones (celdas) para los fines de latecnología inalámbrica – una tecnología que se torna más importante cada día. En la topologíacelular, no hay enlaces físicos, sólo ondas electromagnéticas. A veces los nodos receptores sedesplazan (por ej., teléfono celular de un automóvil) y a veces se desplazan los nodos emisores(por ej., enlaces de comunicaciones satelitales).La ventaja obvia de una topología celular (inalámbrica) es que no existe ningún medio tangibleaparte de la atmósfera terrestre o el del vacío del espacio exterior (y los satélites). Las desventajasson que las señales se encuentran presentes en cualquier lugar de la celda y, de ese modo,pueden sufrir disturbios (provocados por el hombre o por el medio ambiente) y violaciones deseguridad (monitoreo electrónico y robo de servicio).Punto de vista lógicoLas tecnologías celulares se pueden comunicar entre sí directamente (aunque los límites dedistancia y la interferencia a veces hacen que esto sea sumamente difícil), o se pueden comunicarsolamente con las celdas adyacentes (lo que es sumamente ineficiente). Como norma, lastopologías basadas en celdas se integran con otras topologías, ya sea que usen la atmósfera o lossatélites16
segmentos (con hosts), dos secciones son segmentos de enlace (para fines de enlace), y un gran dominio de colisión. Si bien los repetidores y los hubs son dispositivos de networking útiles y económicos, tienen la desventaja de que extienden los dominios de colisión. Si se extiende demasiado el dominio de
