Redes de ordenadores

Introducción

Históricamente la aparición de una nueva tecnología ha dado lugar a una nueva generación de ordenadores, con el consiguiente impacto en la sociedad. En la década de 1990 se entró en la "computación interpersonal" con la difusión masiva de redes que conectaban ordenadores.

El desarrollo de sistemas informáticos de tiempo compartido en la década de 1960 supuso que varios usuarios pudieran conectarse a un ordenador (por ejemplo tipo mainframe) a través de terminales. A partir de la comercialización del microordenador PC de IBM muchas terminales fueron reemplazadas por PC y aunque en principio se pensaba que en el escritorio se tendría la potencia de computación necesaria, enseguida surgieron las redes de área local, denominadas LAN. Sus objetivos eran tres: compartir recursos, incrementar la potencia de cálculo, y la comunicación entre usuarios. Posteriormente se percibió que sería muy útil ampliar las redes, no sólo dentro de un edificio, sino en zonas geográficas amplias, así con los recursos de las telecomunicaciones se llegó a las redes de área amplia (WAN).

En 1969 un grupo de investigadores en EE.UU., financiados por el gobierno, diseñaron una red que pretendía ser el nexo entre centros de investigación y universidades, así nació ARPANET, precursor de internet.

La comunicación es un intercambio de información. Seguidamente se indican algunos conceptos de interés:

• Red: Conjunto de dispositivos autónomos (no necesariamente han de ser ordenadores), llamados nodos, con capacidad de interconexión.
• Comunicación de datos: Traslado de información codificada entre puntos, principalmente por medio de sistemas de transmisión eléctrica, óptica o radio.
• Canal de comunicación: Medio usado por los dispositivos para comunicarse.
• Red de ordenadores: Sistema de interconexión entre equipos informáticos.
• Protocolo: Conjunto de normas y procedimientos hard/soft que hacen posible la comunicación entre sistemas, controlando que la información se transmita sin error, y organizada.
• Telemática: Conjunto de técnicas y métodos necesarios para la transmisión de datos dentro de un sistema informático o entre puntos situados en lugares remotos, a través de las redes.

Medios de transmisión

Para poder trasmitir información entre dos lugares se necesita, un emisor y un receptor, también un medio a través del cual circule la información. Los medios de transmisión son de diversos tipos, se clasifican en guiados y no guiados, en los primeros la información circula a través de una guía (confinada en un medio), como puede ser un cable ya sea de par trenzado (como los de los teléfonos) o coaxial (como los de las antenas de televisión) y los más modernos a través de una guía de fibra óptica. Técnicamente también es posible transportar la información por cables de electricidad, alternativa muy poco usada, y por conducciones de gas. Respecto a los no guiados significan que la información se transmite a través de la atmósfera, bajo forma de ondas a frecuencias dadas (por ejemplo la televisión mediante satélite). Sistemas más novedosos emplean luces LED e incluso a través de reacciones químicas

¿Qué es una dirección MAC?

Los ordenadores de una red comparten el mismo medio, por lo que debe de existir un identificador único para cada equipo, o mejor dicho para cada tarjeta de red. Esto no sucede en una conexión telefónica mediante modem, ya que se supone que cualquier dato que se envía está destinado al equipo que se encuentra al otro lado de la línea. Pero cuando se envían datos en una red local, hay que especificar a quien van dirigidos. Esto se consigue mediante la dirección MAC, un número compuesto por 12 dígitos hexadecimales que identifica de forma única a cada dispositivo ethernet. La dirección MAC se compone de 48 bits. Los 24 primeros bits identifican al fabricante del hardware, y los 24 bits restantes corresponden al número de serie asignado por el fabricante, lo que garantiza que dos tarjetas no puedan tener la misma dirección MAC, pues causarían problemas en la red.

La configuración de la tarjeta de un equipo se obtiene con el comando ifconfig -a. El resultado de este comando será:

eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:C0:4F:68:BA:50
inet addr:192.168.0.1 Bcast:192.168.0.255 Mask:255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:31658 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:20940 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:100
Interrupt:19 Base address:0xdc00

donde la dirección MAC es 00:C0:4F:68:BA:50.

Dispositivos de transmisión y recepción

Una vez que se dispone de un medio de transmisión, se necesitan dispositivos que trasmitan las señales a su través. Los habituales son: adaptadores de red, repetidores, concentradores, transmisores diversos y receptores. A continuación se explican:

• Adaptadores de red
  Hay de diversos tipos, al principio de la comercialización de las redes, consistían en una placa electrónica que se instalaba en un zócalo de expansión del ordenador, actualmente vienen mediante un chip en la placa base. Otros estaban diseñados para ordenadores portátiles, consistían en un dispositivo pequeño, conectable a la interface USB o a una ranura PCMCIA, actualmente todos los portátiles lo incorporan en su interior, siendo lo más habitual conectarse mediante medios no guiados como las conexiones inalámbricas wifi.


• Repetidores
  Se emplean para incrementar las distancias a las que se puede propagar una señal, ya que al viajar a través de un medio encuentra resistencia y gradualmente se hace más débil y distorsionada, proceso denominado atenuación.


• Puentes (bridges)
  Permiten conectar redes con diferentes protocolos en los niveles físico y de enlace, pero siempre que en los niveles superiores usen protocolos semejantes.


• Pasarelas (Gateways)
  Se usan para conectar redes que utilizan protocolos distintos, por ejemplo para conexión entre diferentes redes locales, o entre locales y de área amplia (WAN).



• Concentradores y hubs
  Se usan para proporcionar un punto común de conexión entre dispositivos. Todos los concentradores tienen repetidores. Un ejemplo son los que suministran las operadoras de internet para las conexiones domésticas, que incorporan una antena para conexiones inalámbricas wifi.




• Ondas electromagnéticas
  Distintos fenómenos, tales como la radiación solar, un terremoto que se propaga por el interior de la corteza terrestre o el ruido que produce una explosión, pueden explicarse con el concepto de onda. Las ondas también están presentes en la tecnología, por ejemplo son la base del funcionamiento del control remoto, el teléfono móvil celular, la radio, la televisión por satélite y ecógrafos. Los parámetros que caracterizan una onda son los siguientes: longitud de onda. período, frecuencia, velocidad y amplitud. Para medir la longitud de la onda se determina la distancia entre dos puntos, habitualmente se mide la distancia entre dos crestas consecutivas, se expresa en metros (m). El procedimiento para determinar el período de una onda sería midiendo el tiempo transcurrido al pasar una cresta hasta que aparezca la siguiente, es el tiempo que tarda la onda en recorrer una distancia igual a la longitud de la onda, medido en segundos (s). La frecuencia es el número de oscilaciones por unidad de tiempo. Para medir la frecuencia se puede contar el tiempo que tarda en producirse, por ejemplo 10 oscilaciones. La velocidad es la rapidez con que se desplaza la onda dependiendo del medio en el que se propague la onda. La velocidad se puede calcular a partir de los datos de longitud de onda y periodo o frecuencia. La amplitud es el valor máximo que adquiere la perturbación. El procedimiento de la amplitud es medir la altura de la cresta y expresar el resultado en las unidades correspondientes. La siguiente imagen muestra esquemáticamente una onda,
  
  
  
  
  
  Las siguientes imágenes muestran como se genera a partir de cargas eleéctricas en movimiento y propaga una onda electromagnética (según las ecuaciones de Maxwell) y una onda gravitacional (ondulaciones del propio espaciotiempo):
  
  
  
  
  
  
  
  En Educaplus.org se pueden visualizar simulaciones sobre ondas.
  
  Tutorial a nivel muy divulgativo sobre ondas se encuentra (dividido en capítulos) en el Cuaderno de Cultura Cientíifca de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU):
  
  Las ondas están por todas partes
  
  Tipos de ondas
  
  Propagación de una onda
  
  
  El siguiente vídeo muestra información sobre las ondas:
  
  
  
  A continuación se muestra un esquema del espectro electromagnético completo:
  
  

  
  
  

Transmisores de microondas
Los transmisores y receptores de microondas, especialmente satélites, se usan para transmitir señales a grandes distancias a través de la atmósfera. En EE.UU. las principales bandas de microondas autorizadas para telecomunicaciones fijas están en el rango de frecuencias de dos a 40 GHz. Las licencias están concedidas para subrangos inferiores, por ejemplo el Gobierno Federal tiene una en el rango de 7.125 a 8.40 GHz, mientras que el rango de 10.550 a 10.680 está adjudicado a empresas privadas. Mediante LED también es posible transmitir información, tal como se muestra en el siguiente vídeo,

Transmisores infrarrojos y láser
Son análogos a los de microondas. También usan la atmósfera como medio de propagación, aunque solo son válidos para pequeñas distancias, ya que la humedad, niebla, obstáculos y otros fenómenos ambientales pueden causar problemas de transmisión.

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Cómo pueden las ondas de radio atravesar las paredes

La respuesta está en la longitud de onda, para entenderlo mejor hay que comparar las longitudes de onda con las partículas que forman la materia, esto es los átomos. Como puedes ver en el espectro electromagnético, la longitud de los rayos X es comparable con el tamaño de los átomos, y sólo los rayos gamma son más pequeños.

El efecto de la radiación electromagnética en la materia depende así del tamaño de onda (también de la frecuencia, y por lo tanto de la energía de cada fotón; pues hay una relación inversa: a mayor longitud de onda, menor frecuencia y menor energía).

Los rayos gamma, son tan pequeños que pueden penetrar en los átomos, interaccionan con los núcleos; además tienen suficiente energía para ello, y están implicados en toda clase de procesos nucleares, lo que llamamos en términos generales, radiactividad.

Los rayos X tienen el tamaño de los átomos, por lo que sus ondas pueden intercalarse con ellos; así, no se ven detenidos por la materia, al menos por aquella poco densa.

La luz UV, visible e infrarroja se ve detenida por la materia compacta, pues sus longitudes de onda ya son demasiado grandes para interaccionar con los átomos. Pero sí con ciertas agrupaciones de átomos, como moléculas, si tienen el tamaño adecuado; por ejemplo, la luz tiene las ondas con el tamaño adecuado para interaccionar con las gotas microscópicas de las nubes, o los cristales de hielo de la nieve; éstos reflejan la luz en todas direcciones y por eso se ven blancos.

Y así podemos seguir. Las ondas de radio tienen tamaño desde centímetros hasta kilómetros. Son tan grandes que la materia simplemente no les molesta pues no llegan a interaccionar con ella (tampoco tienen energía suficiente); así, siempre que la materia no sea lo bastante densa, pueden atravesarla; pero de nuevo cuenta mucho el tamaño de onda: cuanto más grande sea, menos interacciona y por lo tanto llega más lejos. Una onda larga, de tamaño kilométrico, simplemente rodea las montañas y puede llegar a cualquier parte de la Tierra. Pero las ondas de UHF son detenidas por las montañas, y así sus antenas emisoras deben estar en línea con las receptoras para poder captar la señal.

Fuente: Actualidad Informática

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Topología de una red

Topología de una red es la forma en la que se conectan electrónicamente los puntos de dicha red. Las topologías existentes son tres: bus, árbol y estrella. Al seleccionar una topología se han de tener en cuenta los siguientes factores:

• Complejidad. Afecta a la instalación y mantenimiento del cableado.
• Respuesta. El tráfico que puede soportar el sistema.
• Vulnerabilidad. La susceptibilidad de la topología a fallos o averías.
• Aplicación. El tipo de instalación en el que es más apropiada la topología.
• Expansión. La facilidad de ampliar la red y añadir dispositivos para cubrir grandes distancias.

A) Topología en BUS

Todas las estaciones (nodos) comparten un mismo canal de transmisión mediante un cable (coaxial). Las estaciones usan este canal para comunicarse con el resto.



B) Topología en Anillo

Las estaciones se conectan formando un anillo. Ningún nodo controla totalmente el acceso a la red.



C) Topología en Estrella

Todas las estaciones están conectadas por separado a un nodo central, no estando conectadas directamente entre sí.

Tipos de redes

Al hablar de hardware de red es imprescindible considerar los desarrollos de ciertas normas creadas por el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Cada una engloba toda una serie de características entre las que destacan: topología, velocidad de transferencia y tipos de cable. Para no entrar en temas técnicos se describe la más habitual, Ethernet:

Ethernet fue inventada en Xerox PARC      a principios de los 70 del siglo pasado, y estandarizada por Xerox Corporation, Intel Corporation y Digital Equipment Corporation en 1978. IEEE sacó una versión compatible con la norma bajo el número 802.3. Otro tipo de red diseñada por IBM fue la IEEE 802.5, conocida como Token Ring, específica de la topología en anillo.

Utiliza habitualmente topología de bus. Como su velocidad de transferencia es alta (la versión original 10 Mbit/s y las versiones más modernas superan el Gbit/s) puede ser utilizada en redes medias e incluso grandes. Debido a su método de acceso, las prestaciones pueden caer si el tráfico es muy intenso. Por ello es recomendable estudiar el tipo de aplicaciones que se van a utilizar en la red. Fue el primer hardware de red presentado en el mercado, siendo ahora el más popular. La mayoría de fabricantes de ordenadores tienen implementaciones sobre Ethernet y gracias a ello, la conectividad con esta red es muy fácil. Utiliza cable coaxial de dos tipos y en su versión más moderna cable UTP. Recomendada para entornos en los que deba convivir con comunicaciones TCP/IP.