Redes informáticas: componentes y funcionamiento

Las redes informáticas han facilitado mucho el trabajo en las oficinas y los hogares. Muchas personas se limitan a contratar su conexión a Internet + Router, la instalan y empiezan a navegar por la red con total libertad. Sin embargo, muchas veces desconocemos los conceptos básicos y el funcionamiento de las redes informáticas.

Al cabo de un tiempo, alguno se da cuenta de que ha calculado mal y no tiene suficiente bando de ancha para el número de dispositivos con el que quiere trabajar. O está navegando con una red inalámbrica a una baja velocidad, cuando con cable estructurado podría navegar por Internet de forma mucha más rápida.

Para entender algunos de los problemas de conexión que a veces nos podemos encontrar, es necesario entender algunas cosas más sobre las redes informáticas. ¿Qué es lo que se produce al instalar una red informática? ¿Cuáles son los componentes de las redes informáticas y cómo funcionan? Te lo explicamos de forma sencilla.

Componentes de una red informática: cómo funcionan

Una red es un conjunto de ordenadores, computadoras o dispositivos interconectados que permite intercambiar información y recursos de uno a otro, tales como impresoras, discos duros, etc. Las redes Wifi que todos conocemos son redes informáticas, pero sin cables. Pueden ser por cable de par trenzado, UTP, fibra óptima, comunicación inalámbrica u otros medios.

En cualquier caso, los componentes que encontramos para que se pueda crear una red informática son los siguientes:

Emisor: crea una señal o petición desde el ordenador.

Codificador: codifica la señal para que se transmita a través del cable. Puede ser una tarjeta de red, que viene incorporada en los ordenadores, y se ocupa de convertir la petición enviada en un formato (bits) que se pueda transmitir. Para esto, se utiliza un protocolo, como el TCP/IP. Además, las tarjetas de red tienen una dirección MAC(Media Access Control), que les permite identificarse claramente, para que la información llegue al receptor adecuado.

Línea: en las redes alámbricas los medios de transmisión serán los cables de red, mientras que en las inalámbricas las ondas de radiofrecuencia o los infrarrojos. Conducen la información recibida a la dirección del dispositivo que se ha indicado a través de la interfaz.

Decodificador: el dispositivo con el que se va a compartir la información o los recursos también dispone de su propio sistema para convertir las señales eléctricas en datos que pueda procesar el ordenador. Son los adaptadores de red, o PCI. Estos vienen integrados en la placa madre y pueden funcionar a distintas velocidades.

Receptor: es el dispositivo que recibe la señal que ha transmitido el emisor convertida en datos procesables por el ordenador.

Aunque estos son los elementos básicos, muchas redes no conectan directamente los equipos informáticos entre sí, sino que se conectan a un router, un switch o un puente de red, que son los que reciben y envían las señales a sus respectivos receptores. (Julià, s.f.)

Red de área local (Local Area Network, o LAN)

Una red de área local (Local Area Network, o LAN) es un grupo de equipos de cómputo y dispositivos asociados que comparten una línea de comunicación común o un enlace inalámbrico con un servidor. Normalmente, una LAN abarca computadoras y periféricos conectados a un servidor dentro de un área geográfica distinta, como una oficina o un establecimiento comercial. Las computadoras y otros dispositivos móviles utilizan una conexión LAN para compartir recursos como una impresora o un almacenamiento en red

Una red de área local puede servir a sólo dos o tres usuarios (por ejemplo, en una red de oficina pequeña) o a varios cientos de usuarios en una oficina más grande. Las redes LAN incluyen cables, conmutadores, enrutadores y otros componentes que permiten a los usuarios conectarse a servidores internos, sitios web y otras redes LAN a través de redes de área extensa (WAN).

Ethernet y Wi-Fi son las dos principales formas de habilitar las conexiones LAN. Ethernet es una especificación que permite a las computadoras comunicarse entre sí. Wi-Fi utiliza ondas de radio para conectar computadoras a la LAN. Otras tecnologías LAN, incluyendo Token Ring, Fiber Distributed Data Interface y ARCNET, han perdido votos a medida que las velocidades Ethernet y Wi-Fi han aumentado. El aumento de la virtualización ha impulsado el desarrollo de LAN virtuales, lo que permite a los administradores de redes agrupar de manera lógica los nodos de red y particionar sus redes sin necesidad de grandes cambios de infraestructura.

Normalmente, se puede mantener un conjunto de programas de aplicación en el servidor LAN. Los usuarios que necesitan una aplicación frecuentemente pueden descargarla una vez y luego ejecutarla desde su dispositivo local. Los usuarios pueden solicitar impresión y otros servicios según sea necesario a través de las aplicaciones que se ejecuten en el servidor LAN. Un usuario puede compartir archivos con otros almacenados en el servidor LAN; el acceso de lectura y escritura es mantenido por un administrador de red. Un servidor LAN también puede utilizarse como servidor web si se toman precauciones para proteger las aplicaciones internas y los datos del acceso externo. (Rouse, 2016)

Red de área metropolitana (MAN)

Una Red de área metropolitana (MAN) conecta diversas LAN cercanas geográficamente (en un área de alrededor de cincuenta kilómetros) entre sí a alta velocidad. Por lo tanto, una MAN permite que dos nodos remotos se comuniquen como si fueran parte de la misma Red de Área Local.

Una MAN está compuesta por conmutadores o router conectados entre sí con conexiones de alta velocidad (generalmente cables de fibra óptica).

Aplicaciones

Las redes de área metropolitana tienen muchas y variadas aplicaciones, las principales son:

·         Despliegue de servicios de VoIP, en el ámbito metropolitano, permitiendo eliminar las "obsoletas" líneas tradicionales de telefonía analógica o RDSI, eliminando el gasto corriente de estas líneas.

·         Interconexión de redes de área local (LAN)

·         Despliegue de Zonas Wifi sin Backhaul inalámbrico (Femtocell) liberando la totalidad de canales Wifi para acceso), esto en la práctica supone más del 60% de mejora en la conexión de usuarios Wifi.

·         Interconexión de ordenador a ordenador

·         Sistemas de Videovigilancia Municipal.

·         Transmisión CAD/CAM

·         Pasarelas para red de área extensa (WAN)

MAN pública y privada

Una red de área metropolitana puede ser pública o privada.

Un ejemplo de MAN privada sería un gran departamento o administración con edificios distribuidos por la ciudad, transportando todo el tráfico de voz y datos entre edificios por medio de su propia MAN y encaminando la información externa por medio de los operadores públicos.

Los datos podrían ser transportados entre los diferentes edificios, bien en forma de paquetes o sobre canales de ancho de banda fijos. Aplicaciones de vídeo pueden enlazar los edificios para reuniones, simulaciones o colaboración de proyectos.

Un ejemplo de MAN pública es la infraestructura que un operador de telecomunicaciones instala en una ciudad con el fin de ofrecer servicios de banda ancha a sus clientes localizados en esta área geográfica.

Funcionalidades básicas

Componentes de una red de área metropolitana

Los componentes de una red de área metropolitana son:

Puestos de trabajo

Son los sistemas desde los cuales el usuario demanda las aplicaciones y servicios proporcionados por la red.

Dentro de los puestos de trabajo se incluyen:

·         Estaciones de trabajo.

·         Ordenadores centrales.

·         PCs o compatibles.

Nodos de red

Son dispositivos encargados de proporcionar servicio a los puestos de trabajo que forman parte de la red. Sus principales funciones son:

·         Almacenamiento temporal de información a transmitir hasta que el canal de transmisión se libere.

·         Filtrado de la información circulante por la red, aceptando sólo la propia.

·         Conversión de la información de la red, en serie, a información del puesto de trabajo, octetos.

·         Obtención de los derechos de acceso al medio de transmisión.

Sistema de cableado

Está constituido por el cable utilizado para conectar entre sí los nodos de red y los puestos de trabajo.

Protocolos de comunicación

Son las reglas y procedimientos utilizados en una red para establecer la comunicación entre nodos. En los protocolos se definen distintos niveles de comunicación. Así, las redes de área metropolitana soportan el nivel 1 y parte del nivel 2, dando servicio a los protocolos de nivel superior que siguen la jerarquía OSI para sistemas abiertos.

Servicios de una red de área metropolitana

A continuación, se presenta una clasificación de los posibles servicios que ofrecen las redes de área metropolitana:

·         Servicios "No orientados a Conexión": Permite el transporte de datos sin establecer conexión previa.

·         Servicios "Orientados a Conexión": Es necesario establecer una conexión previa al transporte de los datos del usuario.

·         Servicios Isócronos: Se utilizan cuando se tienen unos requisitos estrictos de ancho de banda como son los casos de transmisión de determinados servicios de audio y vídeo. Determinadas aplicaciones requieren la transferencia constante de información a intervalos definidos (isócronos). En este caso no todas las tecnologías soportan dichas aplicaciones, tal es el caso de FDDI, si bien existe una nueva norma FDDI-II que soporta el tráfico isócrono.

Razones para la instalación de una MAN

Las razones por las cuales se hace necesaria la instalación de una red de área metropolitana a nivel corporativo o el acceso a una red pública de las mismas características se resumen a continuación:

Ancho de banda

El elevado ancho de banda requerido por grandes ordenadores y aplicaciones compartidas en red es la principal razón para usar redes de área metropolitana en lugar de redes de área local.

Nodos de red

Las redes de área metropolitana permiten superar los 500 nodos de acceso a la red, por lo que se hace muy eficaz para entornos públicos y privados con un gran número de puestos de trabajo.

Extensión de red

Las redes de área metropolitana permiten alcanzar un diámetro entorno a los 50 kms, dependiendo el alcance entre nodos de red del tipo de cable utilizado, así como de la tecnología empleada. Este diámetro se considera suficiente para abarcar un área metropolitana.

Distancia entre nodos

Las redes de área metropolitana permiten distancias entre nodos de acceso de varios kilómetros, dependiendo del tipo de cable. Estas distancias se consideran suficientes para conectar diferentes edificios en un área metropolitana o campus privado.

Tráfico en tiempo real

Las redes de área metropolitana garantizan unos tiempos de acceso a la red mínimos, lo cual permite la inclusión de servicios síncronos necesarios para aplicaciones en tiempo real, donde es importante que ciertos mensajes atraviesen la red sin retraso incluso cuando la carga de red es elevada.

Integración voz/datos/vídeo

Adicionalmente a los tiempos mínimos de acceso, los servicios síncronos requieren una reserva de ancho de banda; tal es el caso del tráfico de voz y vídeo. Por este motivo las redes de área metropolitana son redes óptimas para entornos de tráfico multimedia, si bien no todas las redes metropolitanas soportan tráficos isócronos (transmisión de información a intervalos constantes).

Alta disponibilidad

Disponibilidad referida al porcentaje de tiempo en el cual la red trabaja sin fallos. Las redes de área metropolitana tienen mecanismos automáticos de recuperación frente a fallos, lo cual permite a la red recuperar la operación normal después de uno. Cualquier fallo en un nodo de acceso o cable es detectado rápidamente y aislado. Las redes MAN son apropiadas para entornos como control de tráfico aéreo, aprovisionamiento de almacenes, bancos y otras aplicaciones comerciales donde la indisponibilidad de la red tiene graves consecuencias.

Alta fiabilidad

Fiabilidad referida a la tasa de error de la red mientras se encuentra en operación. Se entiende por tasa de error el número de bits erróneos que se transmiten por la red. En general la tasa de error para fibra óptica es menor que la del cable de cobre a igualdad de longitud. La tasa de error no detectada por los mecanismos de detección de errores es del orden de 10-20. Esta característica permite a las redes de área metropolitana trabajar en entornos donde los errores pueden resultar desastrosos como es el caso del control de tráfico aéreo.

Alta seguridad

La fibra óptica ofrece un medio seguro porque no es posible leer o cambiar la señal óptica sin interrumpir físicamente el enlace. La rotura de un cable y la inserción de mecanismos ajenos a la red implican una caída del enlace de forma temporal.

Inmunidad al ruido

En lugares críticos donde la red sufre interferencias electromagnéticas considerables la fibra óptica ofrece un medio de comunicación libre de ruidos.

Red de Área Amplia o WAN

Red de Área Extensa, también llamada Red de Área Amplia o WAN (sigla inglesa Wide Area Network), son redes de comunicaciones que conectan equipos destinados a ejecutar programas de usuario (en el nivel de aplicación) en áreas geográficas de cientos o incluso miles de kilómetros cuadrados (regiones, países, continentes…).

Cada uno de los equipos terminales suele denominarse nodo o host, y se llama subred de comunicación (o, simplemente, subred) al conjunto de líneas de transmisión y encaminadores (o router) que permiten que los hosts se comuniquen entre sí. Distintas subredes pueden combinarse entre sí dando lugar a redes de área extensa más grandes, como en el caso de Internet.

Lo más habitual es que los hosts se conecten a las redes de área extensa a través de local o LAN, pero también puede haber terminales que se conecten directamente a un router, sin necesidad de estar integrados en ningún otro tipo de red. Cuando un host envía una secuencia de paquetes de datos, cada router los almacena y espera a que la línea de transmisión que considera óptima esté libre para reenviarlos hasta el siguiente router, y así hasta llegar al destino.

Constitución de una red de área extensa

La red consiste en ECD (Computadores de conmutación) interconectados por canales alquilados de alta velocidad (por ejemplo, líneas de 56 kbit / s). Cada ECD utiliza un protocolo responsable de encaminar correctamente los datos y de proporcionar soporte a los computadores y terminales de los usuarios finales conectados a los mismos. La función de soporte ETD (Terminales/computadores de usuario). La función soporte del ETD se denomina a veces PAD(Packet Assembly Disasembly – ensamblador / desensamblador de paquetes). Para los ETD, el ECD es un dispositivo que los aísla de la red. El centro de control de red (CCR) es el responsable de la eficiencia y fiabilidad de las operaciones de la red.

Clasificaciones líneas de conmutación

Líneas Conmutadas: Líneas que requieren de marcar un código para establecer comunicación con el otro extremo de la conexión.

Líneas Dedicadas: Líneas de comunicación que mantienen una permanente conexión entre dos o más puntos. Estas pueden ser de dos o cuatro hilos.

Líneas Punto a Punto: Enlazan dos DTE Líneas Multipunto: Enlazan tres o más DTE

Líneas Digitales: En este tipo de línea, los bits son transmitidos en forma de señales digitales. Cada bit se representa por una variación de voltaje y esta se realiza mediante codificación digital.

Tipos de redes WAN

Conmutadas por Circuitos: Redes en las cuales, para establecer comunicación se debe efectuar una llamada y cuando se establece la conexión, los usuarios disponen de un enlace directo a través de los distintos segmentos de la red.

Conmutadas por Mensaje: En este tipo de redes el conmutador suele ser un computador que se encarga de aceptar tráfico de los computadores y terminales conectados a él. El computador examina la dirección que aparece en la cabecera del mensaje hacia el DTE que debe recibirlo. Esta tecnología permite grabar la información para atenderla después. El usuario puede borrar, almacenar, redirigir o contestar el mensaje de forma automática.

Conmutadas por Paquetes: En este tipo de red los datos de los usuarios se descomponen en trozos más pequeños. Estos fragmentos o paquetes, estás insertados dentro de informaciones del protocolo y recorren la red como entidades independientes.

Redes Orientadas a Conexión: En estas redes existe el concepto de multiplexión de canales y puertos conocido como circuito o canal virtual, debido a que el usuario aparenta disponer de un recurso dedicado, cuando en realidad lo comparte con otros pues lo que ocurre es que atienden a ráfagas de tráfico de distintos usuarios.

Redes no orientadas a conexión: Llamadas Datagramas, pasan directamente del estado libre al modo de transferencia de datos. Estas redes no ofrecen confirmaciones, control de flujo ni recuperación de errores aplicables a toda la red, aunque estas funciones si existen para cada enlace particular. Un ejemplo de este tipo de red es Internet.

Red Pública de Conmutación Telefónica (PSTN): Esta red fue diseñada originalmente para el uso de la voz y sistemas análogos. La conmutación consiste en el establecimiento de la conexión previo acuerdo de haber marcado un número que corresponde con la identificación numérica del punto de destino.

Topologías de redes de área extensa

Sin entrar en cuestiones lógicas como la caracterización de los dispositivos conectados a una WAN o el direccionamiento empleado, las redes de área extensa pueden presentar diversas tipologías físicas, según la forma en que están dispuestos los Router y las líneas de transmisión de la subred:

Red punto a punto: Cada nodo se conecta con los demás a través de circuitos dedicados, que siempre están disponibles para la comunicación entre dos puntos.

Red en anillo: Los nodos quedan comunicados entre sí por líneas que forman un anillo, de manera que un paquete puede llegar a su destino por, al menos, dos caminos (uno en cada sentido que recorre el anillo).

Red en Intersección de anillos: Dos topologías de anillo quedan unidas por uno o más nodos.

Red en árbol: Existe una jerarquía de nodos en forma de árbol, de manera que para pasar de una rama a otra contigua es necesario que los paquetes pasen por un nodo de nivel superior.

Red Completa: Todos los nodos están conectados el resto directamente.

Red en estrella: un nodo central sirve de nexo para comunicar todos los demás nodos de la subred entre sí.

Red Irregular: En la mayoría de los casos, la topología de las WAN es irregular, sin un patrón estricto que domine, en ocasiones fruto de la unión de subredes con distintas topologías originales.