Arquitectura de redes de ordenadores y/o de telecomunicación
CLASIFICACIÓN DE LAS REDES DE ORDENADORES
Dado que la finalidad de las redes de ordenadores es compartir información, podemos encontrar básicamente dos tipos de redes de comunicación, desde el punto de vista de los servicios que prestan:
- Comunicación punto a punto (lead line). Se basa en establecer la comunicación entre dos puntos remotos, de tal manera que esta conexión es permanente e inaccesible para otros dispositivos. Se puede establecer por ejemplo entre dos modems conectados de manera permanente entre una oficina bancaria y una sucursal. A veces se las nombra como líneas dedicadas.
- Comunicación punto-multipunto (point to multipoint):Se establece una comunicación desde un punto origen de la comunicación con varios puntos remotos de forma simultánea o casi. Se transmite a todos los usuarios la misma información, pero cada usuario remoto solo "escucha" la información que le corresponde, pudiendo responder cuando le toque su turno. Un ejemplo podría ser un sistema de telefonía rural como el antiguo Alcatel 9800, en el que desde la central se sincroniza una trama radio TDM-TDMA hacia todos los equipos remotos.
Aplicándolo a las redes de ordenadores, podemos decir que tenemos dos tipos de redes de servicios:
- Redes entre iguales (peer to peer), donde todos los equipos pueden ser clientes y servidores y utilizan un enlace que se establece ex-proceso para ello.
- Redes cliente-servidor. Aquellas redes en las que un ordenador SERVIDOR, sirve procesos, aplicaciones, ficheros, etc., a todos los equipos que se lo demanden. Por sus prestaciones, los equipos servidores tienen mucha más potencia que los equipos clientes: varias CPU en la placa base (no confundir con los núcleos que tiene cada CPU), mucha más memoria RAM que el ordenador cliente y dispositivos de almacenamiento de alta disponibilidad en configuración redundante tipo RAID.
TIPOS DE REDES DE DATOS SEGÚN EL ÁREA DE DISTRIBUCIÓN
Dependiendo de la proximidad o lejanía de los equipos informáticos, podemos encontrarnos al menos tres tipos de redes, aunque podemos encontrarnos otras mini-redes a las que también se les ha dado otro nombre.
- Redes de área local o LAN (local area network). Es una red de ordenadores que se encuentran próximos entre sí, ubicados en una planta de un edificio (puede ocupar un área muy grande).
- Redes de área metropolitana o MAN (metropolitan area network): Es una red de ordenadores que se encuentran distribuidos en varios edificios, en un municipio o en varios municipios próximos. Está formado por redes LAN que se comunican entre sí por VPN, líneas punto a punto, radioenlaces, SDH, etc.
- Redes de área amplia o WAN (wide area network): Es una red de ordenadores que se encuentran distribuidos en puntos muy alejados, desde estar en distintas provincias o países. Al igual que las redes MAN, pueden estar conectados a través de redes Frame Relay, X25, ATM, SDH, etc.
ARQUITECTURAS DE UNA RED DE DATOS/INFORMÁTICA
La arquitectura de una red nos define/caracteriza la manera de conectar los distintos elementos de la red, ya sea una red de datos/telefónica/informática. Vamos a centrarnos en topologías de red, que nos muestra de qué manera física están interconectados los diferentes equipos de datos.
Puesto que trabajaremos básicamente con ordenadores, se ha representado junto a cada uno de éllos un conmutador, puesto que de un ordenador no pueden salir más de 2 cables ethernet (los equipos informáticos normales no admiten más de dos tarjetas o puertos ethernet).
Topología en bus
En una red informática con topología en bus, todos los equipos están conectados a un mismo y único medio de transmisión: normalmente un cable coaxial de 75 ohmios; la interconexión entre los equipos y el cable es una simple T de conectores BNC. Esta topología se muestra en esta imagen:
Esta red requiere una perfecta sincronización en la transmisión de tramas, para evitar colisiones y ecos producidos a lo largo de la red, que se suele producir si hay desadaptación de impedancias. Si se corta un cable en la red, se interrumpe el bus, quedando dos subredes aisladas. Este es el principal inconveniente que presenta esta topología.
Topología en estrella
Esta topología con forma de estrella, tiene un elemento central que gestiona todo el flujo de información. Cada equipo de datos/ordenador tiene una conexión punto a punto con el elemento central, que se encargará de retransmitir la información de ese equipo hacia su destino. Su topología es similar a la de esta imagen, con un conmutador como elemento central:
Si un equipo de esta estrella se estropea, el conmutador central de esta red concreta puede seguir trabajando; simplemente se pierde la comunicación entre el equipo averiado y los demás. Basta con localizar qué provoca la avería de ese módulo para repararlo, no se bloquea el funcionamiento de la red. Esta es una de las configuraciones más utilizadas en redes informáticas por su sencillez y fiabilidad.
Topología en anillo
En esta configuración, los equipos están conectados dos a dos por medio de un enlace punto a punto, creando un círculo que une el primer equipo de datos/informático, con el último. Su arquitectura es similar a la de la imagen:
En esta topología en anillo, que tiene unidos todos los equipos por enlaces punto a punto, aunque se interrumpa UN camino de comunicación entre dos equipos, los equipos se comunicarán dando un rodeo en el anillo. Es una estructura que utilizaban las antiguas redes SDH de telefonía a través de F.O.
Topología en doble anillo
En esta topología se entrecruzan dos anillos en uno o varios puntos de la red; si se interrumpe uno de los enlaces punto a punto de este doble anillo, el tráfico de datos se reencamina por otra ruta alternativa de las que disponga. Esta topología es similar a la que tenía el Ayuntamiento de Madrid, para unir sus oficinas municipales mediante doble anillo de fibra óptica.
Su imagen, podría ser similar a ésta:
Topología en red mallada
En la topología de red mallada, todos los equipos están unidos por un circuito punto a punto, con todos los demás, garantizando así la conectividad entre todos ellos. Esta topología es realmente complicada cuando tenemos más de 6-8 equipos, ya que implica añadir una enorme cantidad de cable y conmutadores en cada nodo de conexión.
Sin embargo, en las redes terciarias de telefonía básica, las 5-6 centrales terciarias estaban unidas entre sí mediante una red mallada, para garantizar la fiabilidad de la red: si se cortaba un enlace con una central, había rutas alternativas para llegar a élla.
Topología en árbol
Esta topología es una variante de la topología en bus, puesto que hay un bus que une todos los nodos de conexión de los ordenadores; dependiendo de donde se rompe el "trozo" del bus, el resto quedaría operativo.
Topologías mixtas
Cuando se combinan varias topologías de red para obtener una más compleja o que nos proporcione más seguridad en la red, se van a mezclar varias de las topologías antes mencionadas. Así podemos tener una red en estrella en cada planta de un edificio de seis plantas y para unir todas las plantas implementamos una red en anillo; si falla el enlace entre la 2ª y 3ª planta, nos queda una ruta tal que: 2ª-1ª-6ª-5ª-4ª-3ª planta, lo que formaría el anillo.
COMPROBACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LAS REDES INFORMÁTICAS
Cuando estamos trabajando en una red de área local, a veces es necesario que los técnicos TIC realicen la comprobación del correcto funcionamiento de la red; forma parte de su trabajo. Aquí detallo algunos de los comandos más usuales que es necesario conocer para diagnosticar correctamente el funcionamiento de una red.
Redes de ordenadores con sistema operativo Windows
Los comandos básicos que utilizaremos, desde el símbolo de sistema (que está en vías de extinción al menos en windows 10), son un conjunto reducido de los que hay disponibles, pero son de los más útiles. Casi siempre llevan algún caracter adicional para su uso y van a ser los siguientes:
- ipconfig o ipconfig /all. Con este comando podemos comprobar si nuestro ordenador tiene asignada una dirección IP. Si aparece cualquier número que no sea 169.254 (esta dirección indica que el cable de red está cortado), nuestro equipo tiene conectividad en la red.
Su equivalente en linux/unix
amp@max90:~/$ ifconfig
enp1s0 Link encap:Ethernet direcciónHW 20:cf:30:c9:9f:b8
Direc. inet:192.168.1.37 Difus.:192.168.1.255 Másc:255.255.255.0
Dirección inet6: fe80::fdd7:d192:5ece:7599/64 Alcance:Enlace
lo Link encap:Bucle local
Direc. inet:127.0.0.1 Másc:255.0.0.0
Dirección inet6: ::1/128 Alcance:Anfitrión
- ping o ping -t "dirección IPv4": Escribiendo ping seguido de la dirección IP que queremos comprobar, por ejemplo la 192.168.1.1, nos aparecerán mensajes del tipo:
ping -t 192.168.1.1
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=1 ttl=128 time=0.313 ms
Este mensaje me está indicando que la conexión a la dirección IP solicitada se ha realizado y ha tardado 0.313 msegundos en producirse. En definitiva: hay conectividad.
- tracert Nos permite comprobar a través de qué equipos de la red LAN, va a pasar el paquete de prueba que se va a enviar. Sería equivalente a enviar un ping a todos los dispositivos de capa 3 gestionables y que todos nos respondan. Si en algún momento los mensajes no llegan, tenemos localizado el lugar problemático de la conexión. Por problemas de copyright, en linux tenemos mtr (my trace route).
- arp -an Permite conocer a qué equipos hemos estado conectados recientemente. Es útil para saber si nuestro equipo ha tenido anteriormente conectividad o ha fallado desde su instalación. Está disponible también en linux/unix.
- netstat Permite comprobar las conexiones y puertos que tenemos disponibles en nuestro ordenador en esos momentos. En IoT es importante para conocer si tenemos algún puerto bloqueado en el router o en el switch y poder listarlo. Está disponible también en linux.
Se ha añadido como archivo adjunto, un pequeño documento borrador en el que se detalla un poco mejor, el direccionamiento IP V4 y V6, así como el conjunto de comandos a utilizar para poder comprobar el estado de la red de área local, desde un simple ordenador con el símbolo de sistema en el caso de windows o el terminal en el caso de linux.
ELEMENTOS QUE FORMAN UNA RED DE ORDENADORES
Cuando estamos hablado de equipos de datos o de ordenadores, tenemos un circuito de datos que está constituido por una serie de elementos, con unas definiciones claras:
- Equipo transmisor de datos o DTE: Este equipo puede ser un ordenador o Host, o cualquier elemento que se genera o recibe datos digitales. A este equipo se denomina Equipo Terminal de Datos, ETD o en inglés DTE (Data Terminal Equipment).
- Equipo de Comunicación de Datos o DCE: es el dispositivo encargado de convertir la información digital generada por el equipo de datos en una señal que se pueda enviar/recibir a través de un medio de transmisión de información (cable coaxial, pares trenzados, fibra óptica, etc.).
- Línea o medio de transmisión: Es el medio a través del cual se envía la señal. Como se indicó antes, puede tratarse de un medio cableado (cable coaxial, fibra óptica) o inalámbrico (radioenlaces, wifi, etc.).
Así, el conjunto de los elementos que constituyen un circuito de datos punto a punto, sería similar a:
DTE + DCE + Medio de transmisión + DCE + DTE
Supongamos por ejemplo, un ordenador (DTE) conectado a un sistema FTTH (DCE) y el medio de transmisión la red telefónica. En el otro extremo el equipo servidor al que nos conectamos para descargarnos una página web, tendría un DCE que convertiría la señal recibida en datos que entregará al ordenador servidor, el DTE remoto.
Los DTE que nos podemos encontrar, entre otros en telecomunicaciones pueden ser:
- Terminales sencillos tipo VT-100, VT-220 de Digital o una emulación de ellos, para mostrar la información.
- Terminales autónomos: Pueden procesar la información, como nuestro PC por ejemplo, un servidor, etc.
Los DCE o equipo de comunicación de datos, son los equipos que nos van a convertir señales de equipos de telecomunicación o informática, en señales que se puedan transmitir a través de cualquier medio de transmisión. Podemos estar hablando de equipos informáticos o de telefonía como éstos:
- Modem convencionales de hasta 56 Kbit/s.
- Modem ADSL de 10 Mbit/s. o más.
- Modem FTTH de 500 Mbit/s o más.
- Múltiplex plesiosíncronos PDH de 2/8/34/140 Mbit/s (velocidades reales).
- Múltiplex síncronos SDH STM-1 (155 Mbit/s) o STM-4 (655 Mbit/s) reales.
TIPOS DE TRANSMISIÓN
Cuando tenemos que realizar la transmisión o recepción de datos, audio o fonía, ya sea entre ordenadores o entre equipos de telecomunicacion, nos podemos encontrar estos tipos de transmisiones:
- Transmisión Simplex. La transmisión se realiza solamente en un sentido, sin posibilidad de respuesta. Estaríamos hablando por ejemplo, de la señal de sincronismo de una estación de telefonía móvil que envía la hora a todos nuestros teléfonos móviles o una emisora de radio que escuchamos en nuestro móvil, en casa o en el coche.
- Transmisión semidúplex (half-duplex): La transmisión tiene lugar alternativamente en un sentido y a continuación en el otro sentido, exigiendo un cierto tiempo para cada proceso. Sería el caso de una conversación telefónica o una red de ordenadores configurada en half-duplex. En el caso de una emisora de coche que habla con su central, cuando quiere escuchar, interrumpe la transmisión.
- Transmisión dúplex (full-duplex). Se basa en la transmisión simultánea e independiente de la información en ambos sentidos, utilizando para ello de forma simultánea, una línea para transmitir y otra independiente para recibir. Por ejemplo, una red LAN ethernet o un repetidor de radio con una frecuencia de emisión y otra de recepción independiente.
Es importante resaltar que estos tres tipos de transmisiones se utilizan tanto para señales analógicas (señales de fonía o audio), como digitales (redes de ordenadores, Frame Relay, ATM, X25, SDH, PDH, IP, etc.).
