REDES LOCALES Unidad I Topologías de Redes 2010 [Msc. Ing. Lisleiden Luzardo] Unidad I Topologías de Redes 2 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. INTRODUCCIÓN Las redes locales, hoy constituyen la base de toda empresa, organización u organismo estatal, gubernamental que requiera realizar sus operaciones y mantenerse comunicado con el mundo externo e interno, es decir, con las diferentes unidades o departamentos que la conforman, así como las sucursales que pudiesen tener en diferentes regiones, bancos, entre otros. A su vez, para la navegación en la web o red no solo un computador, modem bastan, sino también de la estructura física o topologia en la cual están conectados los equipos de computación, impresora, u otros dispositivos físicos relevantes para la conexión, así como de programas. OBJETIVO Comprender los tipos de redes, topologías de conexión de redes y campo de aplicación de las redes locales. Unidad I Topologías de Redes 3 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. Introducción ………………………………………………………………………………… 2 Objetivo …………………………………………………………………………………….... 2 Tema 1: Introducción a las Redes ………………………………………………………. 4 1.1. Definición…………………………………………………………….……….. 4 1.2. Reseña Histórica………………………………………………………………4 1.3. Características y Ventajas…………………………………………………….7 1.4. Elementos o Componentes de una Red ……………………………………7 1.5. Clasificación de Redes……………………………………………………….10 Tema 2: Topologías de Redes …………………………………………………………….11 2.1. Definición de Topología…………………………………………………………11 2.2. Planificación………………………………………………………………………12 2.3. Objetivos…………………………………………………………………………...13 2.4. Tipos………………………………………………………………………………..14 Vínculos Recomendados...............................................................................................19 CONTENIDO PROGRAMÁTICO Unidad I Topologías de Redes 4 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. Tema 1: Introducción a las Redes 1.1. Definición Conjunto de dos o más equipos terminales de datos conectados a través de vínculos de telecomunicaciones, tales como cables de cobre, coaxial, fibra óptica, otros dispositivos como microondas, satélite, red inalámbrica, entre otros. En otras palabras, es una estructura formada por determinados medios físicos y lógicos de transmisión desarrollada para satisfacer en una zona geográfica las necesidades de comunicación. 1.2. Reseña Histórica Las primeras redes permitieron la comunicación entre una computadora central y un grupo de terminales remotas. Para ello, se emplearon las líneas telefónicas, porque permitían un traslado rápido y económico de los datos. Se aplicaron los procedimientos y protocolos existentes para establecer la comunicación y se incorporaron moduladores para que, una vez establecido el canal físico, fuera posible transformar las señales digitales en analógicas, adecuadas para la transmisión por medio de un módem. Posteriormente, se introdujeron equipos de respuesta automática que hicieron posible el uso de redes telefónicas públicas conmutadas para realizar las conexiones entre las terminales y la computadora. Unidad I Topologías de Redes 5 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. Durante los años 60, las necesidades de teleprocesos originaron el enfoque de redes privadas, compuestas de líneas arrendadas y concentradores locales o remotos que empleaban una topología de estrella. El concepto de redes de datos públicas emergió simultáneamente; algunas razones para favorecer su desarrollo fueron que las redes privadas resultaban muchas veces insuficientes para satisfacer las necesidades de comunicación de un usuario determinado. La falta de interconectividad entre las redes privadas, así como la demanda potencial de información entre ellas, en un futuro cercano, favorecerá el desarrollo de las redes públicas. A principio de los años 70, surgieron las primeras redes de transmisión de datos destinadas exclusivamente a este propósito, como respuesta al aumento de la demanda en el acceso a las redes mediante terminales que satisficieran las necesidades de funcionalidad, flexibilidad y economía. Se comenzó, entonces, a considerar las ventajas de posibilitar la comunicación por medio de computadoras y grupos de terminales, debido a que el grado de similitud influye en la facilidad de compartir recursos en mayor o menor grado. Las redes, en general, permiten compartir recursos; uno de sus objetivos es precisamente que los programas, datos y equipos estén disponibles a cualquier usuario de la red que así lo solicite, con independencia de la localización física del recurso y del usuario. En otras palabras, el hecho de que un usuario se encuentre a 1000 kilómetros de distancia de los datos, no debe impedir que este los pueda utilizar como si estuvieran ubicados localmente. Otra posibilidad que ofrecen es la realización de copias múltiples de Unidad I Topologías de Redes 6 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. la información disponible de manera que si una de ellas falla pueden utilizarse alguna de las restantes. Además, la presencia de múltiples computadoras implica que si una de ellas deja de funcionar, las otras pueden realizar su trabajo, aunque claro, el rendimiento global será algo menor. Otro objetivo es el ahorro económico: las computadoras pequeñas tienen una mejor relación costo-rendimiento, comparada con la ofrecida por las máquinas grandes. Las primeras redes permitieron la comunicación entre una computadora central y un grupo de terminales remotas. Para ello, se emplearon las líneas telefónicas, porque permitían un traslado rápido y económico de los datos. Se aplicaron los procedimientos y protocolos existentes para establecer la comunicación y se incorporaron moduladores para que, una vez establecido el canal físico, fuera posible transformar las señales digitales en analógicas, adecuadas para la transmisión por medio de un módem. Posteriormente, se introdujeron equipos de respuesta automática que hicieron posible el uso de redes telefónicas públicas conmutadas para realizar las conexiones entre las terminales y la computadora. 1.3. Características y Ventajas Ver Cuadro 1.3 Unidad I Topologías de Redes 7 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. Cuadro 1.3 Características y Ventajas CARACTERÍSTICAS Velocidad de transmisión de los datos, según el tipo de medio de comunicación que se utilice. Tasa de error de transmisión de bits máxima de 10. La gestión de una LAN, una vez instalada, y la de los recursos informáticos conectados, corresponde hacerla a su propietario o contratarla a un tercero. En todas las redes de área local se encuentra siempre un modo de transmisión/modulación (banda base o banda ancha), un protocolo de acceso (TDMA, CSMA/CD, Token Passing, FDI), un soporte físico (cables de pares trenzados con pantalla o sin ella, coaxiales o fibra óptica), y una topología (bus, anillo, estrella y malla), además de las terminales o máquinas que utilizan los usuarios o sirven para controlar la red. VENTAJAS Permiten mantener bases de datos actualizadas instantáneamente y accesibles desde distintos puntos. Facilitan la transferencia de archivos entre servidores y sus miembros de un grupo de trabajo- Comparten periféricos caros (impresoras láser, plotters, discos ópticos, etc.). Facilitan la copia de respaldo de los datos. Permiten contactar con usuarios remotos vía módem. Si las terminales o estaciones de trabajo que forman la red, carecen de unidad lectora de disquetes, se puede además evitar el uso ilegal de software y de información, así como la entrada de virus, además facilita el acceso al sistema para usuarios inexpertos, al entrar directamente a ejecutar sus aplicaciones. Mayor facilidad en la comunicación entre usuarios. Reducción en el presupuesto para software y hardware. Posibilidad de organizar grupos de trabajo. Mejoras en la administración de los equipos y programas. Mejoras en la integridad de los datos. Mayor seguridad para acceder a la información. Unidad I Topologías de Redes 8 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. 1.3. Elementos o Componentes de una Red Cuadro 1.3 Características y Ventajas Elementos Definición Características Servidor Es un ordenador o equipos que ofrecen recursos compartidos a los usuarios de la red. Presentan mayor capacidad de trabajo que una máquina que opera además como estación. Ofrecen más seguridad contra accesos no autorizados, al tener la información centralizada en lugar de distribuida. Las redes que ofrecen mayor seguridad contra pérdidas accidentales de información, trabajan con servidores dedicados. Simplifican el trabajo del supervisor o administrador del sistema. Hacen, con los archivos centralizados, actualizaciones de programas y copias de respaldo. Poseen mayor capacidad de memoria libre (cuando una estación de una red ofrece recursos para compartir, le queda mucho menos memoria libre que cuando sólo usa los de otras estaciones; la diferencia puede ser tal que no se pueda cargar el programa de aplicación que debería ejecutarse en la estación). Presentan menor riesgo de que una estación se cuelgue o cuelgue al sistema. Las redes en las que existen terminales con sistemas operativos diferentes, disponen de servidores dedicados. Clientes Equipos que acceden a los recursos compartidos de la red ofrecidos por los servidores. Es quien inicia solicitudes o peticiones, tienen por tanto un papel activo en la comunicación Espera y recibe las respuestas del servidor. Por lo general, puede conectarse a varios servidores a la vez. Normalmente interactúa directamente con los usuarios finales mediante una interfaz gráfica de usuario. Unidad I Topologías de Redes 9 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. Cuadro 1.3 Características y Ventajas Elementos Definición Características Medio Los cables que mantienen las conexiones físicas. Datos compartidos Archivos suministrados a los clientes por parte de los servidores a través de la red. Recursos Cualquier servicio o dispositivo, como archivos, impresoras, teléfonos, entre otros. Unidad I Topologías de Redes 10 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. 1.4. Clasificación de Redes Cuadro 1.4 Clasificación de Redes Clasificación Tamaño Explicación LAN Las redes de área local (Local Área Network) son redes de ordenadores cuya extensión es del orden de entre 10 metros a 1 kilómetro. Son redes pequeñas, habituales en oficinas, colegios y empresas pequeñas, que generalmente usan la tecnología de broadcast, es decir, aquella en que a un sólo cable se conectan todas las máquinas. Como su tamaño es restringido, el peor tiempo de transmisión de datos es conocido, siendo velocidades de transmisión típicas de LAN las que van de 10 a 100 Mbps (Megabits por segundo). ETHERNET, INTRANET, entre otras. WAN Por otra parte, una red de área extensa (WAN, Wide Area Network), no tiene limitaciones geográficas. Puede conectar equipos y otros dispositivos situados en extremos opuestos del planeta. Una WAN consta de varias LAN interconectadas. Podemos ver Internet como la WAN suprema. MAN Las redes de área metropolitana (Metropolitan Area Network) son redes de ordenadores de tamaño superior a una LAN, soliendo abarcar el tamaño de una ciudad. Son típicas de empresas y organizaciones que poseen distintas oficinas repartidas en un mismo área metropolitana, por lo que, en su tamaño máximo, comprenden un área de unos 10 kilómetros. Unidad I Topologías de Redes 11 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. Cuadro 1.4 Clasificación de Redes Clasificación Tamaño Explicación INTERNET Una internet es una red de redes, vinculadas mediante ruteadores gateways. Un gateway o pasarela es un computador especial que puede traducir información entre sistemas con formato de datos diferentes. Su tamaño puede ser desde 10000 kilómetros en adelante, y su ejemplo más claro es Internet, la red de redes mundial. INALAMBRICAS Las redes inalámbricas son redes cuyos medios físicos no son cables de cobre de ningún tipo, lo que las diferencia de las redes anteriores. Están basadas en la transmisión de datos mediante ondas de radio, microondas, satélites o infrarrojos. Clasificación Transmisión Explicación Redes de Broadcast. Aquellas redes en las que la transmisión de datos se realiza por un sólo canal de comunicación, compartido entonces por todas las máquinas de la red. Cualquier paquete de datos enviado por cualquier máquina es recibido por todas las de la red. Redes Point-To-Point. Aquellas en las que existen muchas conexiones entre parejas individuales de máquinas. Para poder transmitir los paquetes desde una máquina a otra a veces es necesario que éstos pasen por máquinas intermedias, siendo obligado en tales casos un trazado de rutas mediante dispositivos routers. Redes de transmisión simple Son aquellas redes en las que los datos sólo pueden viajar en un sentido. Redes Half-Duplex Aquellas en las que los datos pueden viajar en ambos sentidos, pero sólo en uno de ellos en un momento dado. Es decir, sólo puede haber transferencia en un sentido a la vez. Redes Full-Duplex Aquellas en las que los datos pueden viajar en ambos sentidos a la vez. Unidad I Topologías de Redes 12 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. Tema 2: Topologías de Redes 2.1. Definición de Topología La topología se refiere a la forma en que están interconectados los distintos equipos (nodos) de una red. Un nodo es un dispositivo activo conectado a la red, como un ordenador o una impresora. Un nodo también puede ser dispositivo o equipo de la red como un concentrador, conmutador o un router. La topología, se crean con el objetivo de mejorar su confiabilidad, velocidad y control del flujo de información que se genera y mueve en la red, evitando a toda costa, la congestión y la pérdida de información, esto define a los diferentes tipos de redes. 2.2. Planificación Para diseñar y desarrollar una red, debes tomar en cuenta los siguientes pasos: • ¿Dónde vas a situar el hub para no exceder la longitud máxima del cable (200 metros entre ordenador y ordenador, incluida la línea al hub)? Éste necesita enchufarse a la red eléctrica, pero no es un aparato ruidoso, así que podría ubicarse perfectamente en la oficina. Lo mejor es que adquieras un armario especialmente diseñado para instalar el hub. • ¿Dónde vas a situar el servidor? Como los servidores sí son ruidosos y además éstos suelen estar encendidos día y noche, conviene instalarlo en una habitación en la que no haya nadie trabajando de forma permanente. Este espacio tampoco deberá ser especialmente caluroso, porque podría dar lugar a problemas eléctricos en la red. Unidad I Topologías de Redes 13 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. •En caso de que pienses dotar a la red de un acceso a Internet, tendrás que pensar por dónde irá la línea de teléfono. •Igualmente importante es el recorrido de los cables de red hasta los ordenadores de trabajo. Lo mejor es que hagas un esquema antes de ponerte a instalar los cables. • ¿Vas a llevar los cables directamente hasta los ordenadores o a través de enchufes y cajas especiales? Si es posible, deberías contar con la instalación de enchufes específicos, los cables irán en su mayor parte por la pared hasta la caja de enchufes. Para los últimos metros hasta el ordenador. • ¿Quieres tender los cables tú mismo? En redes pequeñas puedes hacerlo tranquilamente, pero en instalaciones más complejas es mejor que pidas presupuesto a empresas especializadas. 2.3. Objetivos Cuando diseñamos una red y decidimos que topología utilizar, lo primero que debe de analizarse son los objetivos que se persiguen, y que pueden incluir aspectos como: La fiabilidad de la red. Es decir, utilizar una topología que haga que la red sea lo más fiable posible, que responda a lo que el usuario le pide. Con frecuencia otro objetivo será el poder tener caminos alternativos para el caso de que algunos caminos de la red queden indisponibles. Igualmente deberá de considerar la posibilidad de que los fragmentos de los mensajes que se transmitan (en el caso de que se puedan fragmentar Unidad I Topologías de Redes 14 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. por eficiencia de la red) puedan llegar desordenados y se precisen mecanismos de reordenamiento. Como en toda red, un objetivo básico deberá ser la detección y, en su caso, recuperación de los errores en la transmisión. La topología de las redes puede llegar a ser muy compleja y un objetivo, con frecuencia, podrá ser el encontrar el camino más económico en la red para llegar al destino. Finalmente en todo diseño, igualmente en el de la topología, intervendrán en gran medida factores de coste. De otro lado, los objetivos de la topología deberán estar relacionados con requisitos que se precisan en la red para la cual se está diseñando la topología. Estos requisitos con frecuencia cubrirán aspectos como: Buscar la longitud mínima real en el canal de comunicaciones. Al final la topología se plasmará en enlaces de comunicaciones que hay que establecer y se pretenderá con frecuencia la longitud mínima, ya que éste será un factor importante del coste. La red se va a establecer para una serie de actividades concretas y se pretenderá el canal de comunicaciones más económico para esas actividades. Como toda red trataremos de que nos de el mejor servicio y para ello trataremos de optimizar el tiempo de respuesta en función de los requerimientos del servicio. Uno de los aspectos que podría intervenir en el tiempo de respuesta es el tiempo físico de transmisión y recepción y por tanto pretenderemos acortar al máximo los retardos en transmisión y en recepción. 2.4. Tipos Las topologías más usadas son: Unidad I Topologías de Redes 15 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. Jerárquica Fué una de las primeras topologías diseñadas para redes locales (red inicial de PC's de IBM) y una de las más utilizadas en redes WAN. Consiste en la distribución jerárquica de las unidades en un bus donde la información tiene que llegar siempre a la cabecera de jerarquía. Algunas de las ventajas y desventajas más interesantes de este tipo de topologías, son: Entre las ventajas destacan la facilidad para cubrir áreas extensas (lo que la faculta para establecer entornos de redes WAN) y las facilidades que ofrece para establecer funciones de gestión de red al disponer de nodos jerárquicos que pueden conocer e informa: de lo subordinado. Entre las desventajas o inconvenientes destacan la posibilidad de cuellos de botella en un nodo jerárquico por el que pase un tráfico elevado o las dificultades para la descentralización de responsabilidades, que en última instancia nos llevarían a un alto grado de centralización en el nodo de jerarquía superior. Anillo La topología en anillo conecta equipos en un único círculo de cable. A diferencia de la topología en bus, no existen finales con terminadores. La señal viaja a través del bucle en Unidad I Topologías de Redes 16 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. una dirección, y pasa a través de cada equipo que puede actuar como repetidor para amplificar la señal y enviarla al siguiente equipo. El fallo de un equipo puede tener impacto sobre toda la red. Bus Una topología de bus consiste en que los nodos se unen en serie con cada nodo conectado a un cable largo o bus, formando un único segmento A diferencia del anillo, el bus es pasivo, no se produce regeneración de las señales en cada nodo. Una rotura en cualquier parte del cable causará, normalmente, que el segmento entero pase a ser inoperable hasta que la rotura sea reparada. Estrella En la topología en estrella, los segmentos de cable de cada equipo están conectados a un componente centralizado llamado hub. Las señales son transmitidas desde el equipo emisor a través del hub a todos los equipos de la red. Esta topología surgió en los albores de la informática, cuando se conectaban equipos a un gran equipo central o mainframe. Unidad I Topologías de Redes 17 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. La red en estrella ofrece la ventaja de centralizar los recursos y la gestión. Sin embargo, como cada equipo está conectado a un punto central, esta topología requiere una gran cantidad de cables en una gran instalación de red. Además, si el punto central falla, cae toda la red. En una red en estrella, si falla un equipo (o el cable que lo conecta al hub), el equipo afectado será el único que no podrá enviar o recibir datos de la red. El resto de la red continuará funcionando normalmente. A la interconexión de varias subredes en estrella se le conoce con el nombre de topología en árbol. Las topologías físicas más frecuentes en el mundo de las redes (no sólo las redes de área local). Éstas se pueden combinar obteniendo una variedad de topologías híbridas más complejas. Unidad I Topologías de Redes 18 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. Malla Una red con topología en malla ofrece una redundancia y fiabilidad superiores. En una topología en malla, cada equipo está conectado a todos los demás equipos mediante cables separados. Esta configuración ofrece caminos redundantes por toda la red, de modo que si falla un cable, otro se hará cargo del tráfico. Aunque la facilidad de solución de problemas y el aumento de la fiabilidad son ventajas muy interesantes, estas redes resultan caras de instalar, ya que utilizan mucho cableado. En muchas ocasiones, la topología en malla se utiliza junto con otras topologías para formar una topología híbrida. Variaciones sobre las topologías estándar Muchas topologías existentes son combinaciones híbridas de las topologías en bus, estrella, anillo y malla, tales como: Estrella-bus La topología estrella-bus es una combinación de las topologías en bus y estrella. En una topología en estrella-bus, varias redes con topología en estrella están conectadas entre sí con segmentos de bus lineales. Si un equipo cae, esto no afectará al resto de la red. Los restantes equipos pueden seguir comunicándose. Si un hub deja de funcionar, todos los equipos conectados a dicho hub no podrán comunicarse. Si un hub está conectado a otros hubs, estas conexiones también se interrumpirán. Estrella-anillo La estrella-anillo (en ocasiones llamada anillo cableado en estrella) parece ser similar a la topología estrella-bus. Tanto la estrella-anillo como la estrella-bus están centradas en Unidad I Topologías de Redes 19 Contenido pdf -Unidad I: Topologías de Redes -Pág. un hub que contiene el anillo o bus real. En una red en estrella-bus hay segmentos lineales que conectan los hubs, mientras que los hubs de una red estrella-anillo están conectados en forma de estrella al hub principal. Vínculos Recomendados http://www.scribd.com/doc/39031/TIPOS-DE-REDES http://www.oni.escuelas.edu.ar/2004/SAN_JUAN/730/pag03.HTM http://www.ing.ula.ve/~mfrand/http://redunefa2010b.wordpress.com/http://es.wikipedia.org/wiki/Cliente-servidor http://www.bloginformatico.com/topologia-de-red.php http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/MonogSO/REDES02.htm