Sistemas informáticos industriales

2014

Redes de datos IP

INTRODUCCION A LAS REDES DE DATOS

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SISTEMA QUE PERMITE EL INTERCAMBIO DE INFORMACION ENTRE DOS O MAS COMPUTADORAS.

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DICHO INTERCAMBIO SE PRODUCE MEDIANTE UN MEDIO DE DIFERENTES TIPOS: CABLES METALICOS, FIBRA OPTICA, TECNOLOGIA INALAMBRICA, ETC. Ej: Sistemas WI FI (Wireless Fidelity).

ELEMENTOS DE UNA RED 

EN FORMA GENERAL SE PUEDEN DISTINGUIR LOS SIGUIENTES TIPOS DE ELEMENTOS:  HOST: MAQUINAS QUE PROCESAN, ALMACENAN E INTERCAMBIAN INFORMACION. SON CON LAS QUE TIENE INTERRELACION CON USUARIOS NORMALES.  SUB RED: MECANISMOS QUE PERMITEN EL PASO DE UNA INFORMACION A OTRO.(Hardware y Software)

ELEMENTOS DE UNA RED 

EN LAS REDES DE CIERTA EXTENSION, ESTOS ELEMENTOS PUEDEN SER:  LINEAS DE TRANSMISION: ES EL MEDIO FISICO A TRAVES DEL CUAL SE REALIZA EL INTERCAMBIO DE INFORMACION.  PROCESADORES DE INTERFACE DE MENSAJES: SON COMPUTADORAS ESPECIFICAS PARA MANEJAR LA INFORMACION. CUANDO UN DATO LLEGA POR UNA LINEA, EL PIM SELECCIONARA QUE RUTA DEBERA SEGUIR PARA LLEGAR A DESTINO.

ELEMENTOS DE UNA RED 

EN LAS SUBREDES SE PUEDEN DISTINGUIR DOS TIPOS DE CONFIGURACION:  REDES

PUNTO A PUNTO.

 REDES

MULTIPUNTO.

ELEMENTOS DE UNA RED 

REDES PUNTO A PUNTO: Son las que vinculan dos computadoras mediante un medio no compartido y dedicado solo al trafico de información entre las mismas.

PROCESADOR DE INTERFASE DE MENSAJES1

ENLACE

PROCESADOR DE INTERFASE DE MENSAJES2

ELEMENTOS DE UNA RED 

REDES MULTIPUNTO : Son las que tienen un único medio de comunicación, estando todas las redes conectadas a dicho medio.



EN TODA RED, EL ENVIO DE DATOS PUEDE SER:  SIMPLE: Se

envían de una computadora a otra en un solo sentido. Ej.: Radio y televisión.

 SEMIDUPLEX: Lo

hacen en los dos sentidos, pero no simultáneamente. Ej.: radio aficionados.

 FULL

DUPLEX: Lo hacen en ambos sentidos simultáneamente. Ej.: telefono.

CLASIFICACION POR EL AREA DE COBERTURA •

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REDES LAN (Local Area Network): SON DE LIMITADAS DIMENSIONES Y SE INSTALAN EN EDIFICIOS, EMPRESAS, OFICINAS, INSTITUCIONES, ETC. REDES MAN (Metropolitan Area Network) : SE INSTALAN EN AREAS QUE CUBREN CIUDADES, MUNICIPIOS Y PEQUEÑOS POBLACIONES. REDES WAN (Wide Area Network): CUBREN GRANDES SUPERFICIES INTERCONECTANDO CIUDADES Y HASTA GRUPOS DE PAISES. SE ESTAN INSTALANDO ACTUALMENTE REDES CON ALCANCE INTERCONTINENTAL.

CLASIFICACION SEGÚN SU DISTRIBUCION LOGICA •

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SERVIDOR: MAQUINA QUE OFRECE INFORMACION O SERVICIOS AL RESTO DE LA RED. EL TIPO DE SERVICIOS DETERMINA LOS SERVIDORES DE IMPRESIÓN, ARCHIVOS, DE COMUNICACIONES, ETC. CLIENTE: MAQUINA QUE ACCEDE A LA INFORMACION O SERVICIOS DE UN SERVIDOR.

CLASIFICACION SEGÚN SU DISTRIBUCION LOGICA •

CONFIGURACIONES HABITUALES:  REDES

CLIENTE/SERVIDOR: ALGUNAS MAQUINAS (LAS MAS POTENTES) SON INSTALADAS COMO SERVIDORAS UNICAMENTE, PUDIENDO SER EN ALGUNOS CASOS TAMBIEN CLIENTES.

 REDES

ENTRE IGUALES: CUALQUIER MAQUINA PUEDE SER CLIENTE O SERVIDOR, ACCEDIENDO O PROVEYENDO INFORMACION A LA RED.

MODOS DE TRANSMISION SEGÚN ENLACES FISICOS •

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TRANSMISION SERIE: Cuando el envió de un dispositivo a otro (o entre computadoras), se hace bit por bit. Existe generalmente un par de conductores, por los cuales no se puede enviar mas que tramas o cadenas de bytes, uno por vez. Ej: La mayoria de las computadoras se conectan entre si, en este modo. Es el caso de internet. TRANSMISION PARALELO: Se llama así, cuando podemos enviar varios bytes en un solo ciclo, usando un bus. Ej: Vínculos entre computadora e impresora, scaner, etc.

CONMUTACION DE CIRCUITOS MENSAJES Y PAQUETES •

La comunicación entre un origen y un destino habitualmente pasa por nodos intermedios que se encargan de encauzar el tráfico.

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Dependiendo de la utilización de estos nodos intermedios, se distingue entre:  COMUTACIÓN

DE CIRCUITOS.  COMUTACIÓN DE MENSAJES.  COMUTACIÓN DE PAQUETES.

CONMUTACION DE CIRCUITOS MENSAJES Y PAQUETES •

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COMUTACIÓN DE CIRCUITOS: SE ESTABLECE UN CAMINO FISICO ENTRE ORIGEN Y DESTINO QUE SERA FIJO MIENTRAS DURE LA COMUNICACIÓN ENTRE MAQUINAS. Este camino es exclusivo para los dos extremos de la comunicación: no se comparte con otros usuarios (ancho de banda fijo). Si no se transmiten datos o se transmiten pocos se estará infrautilizando el canal. Las comunicaciones a través de líneas telefónicas analógicas (RTB) o digitales (RDSI) funcionan mediante conmutación de circuitos.

CONMUTACION DE CIRCUITOS MENSAJES Y PAQUETES •

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COMUTACIÓN DE MENSAJES: EL ORIGEN QUE ENVIA LA COMUNICACIÓN, VA BUSCANDO NODO POR NODO LA VIA LIBRE POR LA QUE PUEDA LLEGAR AL DESTINO. Esto implica que el camino origen-destino es utilizado de forma simultánea por distintos mensajes. Sin embargo, éste método no es muy útil en la práctica ya que los nodos intermedios necesitarían una elevada memoria temporal para almacenar los mensajes completos. En la vida real podemos compararlo con el correo postal.

CONMUTACION DE CIRCUITOS MENSAJES Y PAQUETES •

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COMUTACIÓN DE PAQUETES: ES EL MAS USADO EN REDES. SE DIVIDE EL MENSAJE EN PAQUETES, ENVIANDOSE DE UN NODO A OTRO POR EL CAMINO QUE ESTE DISPONIBLE. Esto implica que no todos los paquetes van por el mismo camino, y que unos pueden tardar mas que otros en llegar y pueden llegar en forma desordenada. De esta manera, los nodos (routers) no necesitan una gran memoria temporal y el tráfico por la red es más fluido. Como desventaja, la pérdida de un paquete provocará que se descarte el mensaje completo.

DETECCIÓN DE ERRORES 

 

EL RECEPTOR DEBE RECONOCER CUANDO UN MENSAJE LLEGO CON ERRORES PARA TOMAR ACCIONES EL MAS SIMPLE ES EL AGREGADO DEL BIT DE PARIDAD. OTROS METODOS MAS ELABORADOS CON EL CRC (CODIGO DE REDUNDANCIA CICLICA), PARIDAD CRUZADA (PARIDAD HORIZONTAL Y VERTICAL) Y SUMA DE VERIFICACIÓN.

CONTROL DE FLUJO 

EN LOS CASOS DEL ENVIO DE CUALQUIER MENSAJE, EL RECEPTOR DEBE CONOCER SI ESTE LLEGO EXITOSAMENE AL RECEPTOR O SE PRODUJERON ERRORES.



EN EL ULTIMO CASO, UNA FORMA DE REPARAR EL ERROR ES REENVIANDO NUEVAMENTE EL MENSAJE.



EN LA CONMUTACION DE PAQUETES, ESTOS PUEDEN IR POR DIFERENTES ENLACES.

CONTROL DE FLUJO 

LOS METODOS DE CONTROL DE ERRORES, ESTAN EN SU MAYORIA BASADOS EN LOS SISTEMAS ARQ (Automatic Repeat Request).



LOS MAS USADOS SON: 1) Parada y Espera. 2) go back n. 3) Rechazo Selectivo.

CONTROL DE FLUJO 

METODO PARADA Y ESPERA: EL MECANISMO MÁS SENCILLO DE CONTROL DE FLUJO SE BASA EN DEVOLVER UNA CONFIRMACIÓN O ACUSE DE RECIBO (ACK) CADA VEZ QUE EL RECEPTOR RECIBA ALGÚN DATO (trama) CORRECTO O UNA SEÑAL DE ERROR (nACK) SI EL DATO HA LLEGADO DAÑADO. CUANDO EL EMISOR RECIBE UN ACK PASA A ENVIAR EL SIGUIENTE DATO. SI, EN CAMBIO, RECIBE UN nACK REENVIARÁ EL MISMO DATO.

METODO PARADA Y ESPERA

tiempo

Emisor

Receptor

CONTROL DE FLUJO 

METODO PARADA Y ESPERA: 

EN ESTOS ENVIOS NO SE PUEDE TRANSMITIR EL SIGUIENTE MENSAJE O PAQUETE ANTES SI ANTES NO SE RECIBIO EL AKC o nACK.



ESTA CARACTERISTICA HACE QUE SE PIERDA TIEMPO HASTA RECIBIR EL RECONOCIMIENTO CORRESPONDIENTE.

CONTROL DE FLUJO 

METODO GO BACK n: UNA MEJORA DE ESTE MÉTODO ES EL ENVÍO DE UNA SERIE DE MENSAJES O PAQUETES NUMERADOS, DE TAL FORMA QUE EN UN SENTIDO SIEMPRE SE ESTÉN ENVIANDO DATOS (DATO1, DATO2, DATO3...) Y EN EL OTRO SENTIDO SE VAYAN RECIBIENDO LAS CONFIRMACIONES (ACK1, ACK2, ACK3...).

METODO go back n

emisor

receptor

METODO GO BACK n:  EN EL CASO DE CONTROL go back n, SE ENVIAN TRAMAS. EL RECEPTOR ENVIARA UN RECONOCIMIENTO INDICANDO CUAL ES LA PROXIMA TRAMA QUE ESPERA RECIBIR, YA QUE ESTAS ESTAN NUMERADAS. EN ESTAS CONDICIONES ESTA INDICANDO QUE LAS n TRAMAS QUE RECIBIO ESTAN CORRECTAS. 

 EN

EL EJEMPLO ANTERIOR, SE ENVIAN 4 TRAMAS: t(0) a t(3). EL RECEPTOR RESPONDE CON UN RECONOCIMIENTO INDICANDO QUE LA PROXIMA TRAMA A RECIBIR ES LA 4 Y CONFIRMANDO DE ESTA MANERA LAS 4 PRIMERAS.



METODO GO BACK n:

 EN

EL CASO DE RESPONDER CON UN nACK(2) (por ejemplo), EL EMISOR DEBERA ENVIAR NUEVAMENTE LAS TRAMAS t(0), t(1) y t(2).



CONTROL DE FLUJO CON RECHAZO SELECTIVO EN ESTE CASO EL RECEPTOR INDICA EN EL RECONOCIMIENTO CUAL TRAMA LLEGO MAL Y DEBE REPETIRSE SOLO ESA. POR EJEMPLO, SI EL RECONOCIMIENTO FUE nACK(5), INDICA QUE LA TRAMA 5 LLEGO CON ERRORES Y EL EMISOR SOLO REENVIA ES TRAMA. (no envia todas las tramas anteriores)

TOPOLOGIAS DE RED 

La arquitectura o topología de red es la disposición física en la que se conectan los nodos de una red de ordenadores o servidores, mediante la combinación de estándares y protocolos.



Define las reglas de una red y cómo interactúan sus componentes. Estos equipos de red pueden conectarse de muchas y muy variadas maneras. Se analizaran las diferentes formas físicas de conectar las computadoras en una red:



TOPOLOGIA EN BUS 

Todos los nodos están conectados a un único canal de comunicaciones

PC1

B U S

PC2

PC3

PC4

TOPOLOGIA EN BUS 

La topología de bus tiene todos sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene ninguna otra conexión entre nodos. Físicamente cada host (servidor) está conectado a un cable común, por lo que se pueden comunicar directamente, aunque la ruptura del cable hace que los hosts queden desconectados.



Es la topología más común en pequeñas LAN, con hub o switch final en uno de los extremos.

TOPOLOGIA EN BUS 

VENTAJAS: Simple – Todos los nodos se conectan al bus en forma directa – Barata.



DESVENTAJAS: No hay dispostivos que administren la red. Puede haber colisiones – Un nodo puede acceder a otro sin autorizacion – Si una parte del bus falla, toda la red falla.

TOPOLOGIA EN ESTRELLA 

Configurada con un nodo central al cual se conectan todos los nodos periféricos PC1

PC4

PC2 Nodo Central

PC3

PC2

TOPOLOGIA EN ESTRELLA  



Reduce la posibilidad de fallo de red conectando todos los nodos a un nodo central. Cuando se aplica a una red basada en la topología estrella este concentrador central reenvía todas las transmisiones recibidas de cualquier nodo periférico a todos los nodos periféricos de la red. Algunas veces incluso al nodo que lo envió. Todos los nodos periféricos se pueden comunicar con los demás transmitiendo o recibiendo del nodo central solamente.

TOPOLOGIA EN ESTRELLA VENTAJAS:  El nodo central administra las comunicaciones entre nodos periféricos.  No existe el peligro de colisiones.  Un mensaje de un nodo es controlado por el nodo central.  Si un nodo falla, el resto puede continuar funcionando 

DESVENTAJAS:  Una falla en el nodo central, hace inutilizable toda la red.  La implementación es mas cara que la topología en bus. 

TOPOLOGIA EN ANILLO 

En esta configuración las computadoras se conectan formando un anillo, de tal manera que la última se conecta a la primera PC1

PC5

PC2

PC4

PC3

TOPOLOGIA EN ANILLO 

En este tipo de red la comunicación se da por el paso de un token o testigo, que se puede conceptualizar como un cartero que pasa recogiendo y entregando paquetes de información, de esta manera se evitan eventuales pérdidas de información debidas a colisiones.

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En un anillo doble, dos anillos permiten que los datos se envíen en ambas direcciones. Esta configuración crea redundancia (tolerancia a fallos), lo que significa que si uno de los anillos falla, los datos pueden transmitirse por el otro.

TOPOLOGIA EN ANILLO VENTAJAS:  Es de fácil implementación.  Tiene bajo costo de escalabilidad. 

DESVENTAJAS:  Como la información viaja en una dirección, al fallar el anillo en un sector, inutiliza toda la red.  Para evitar la “caída” de la red, se implementan dobles anillos, donde la información viaja en ambos sentidos. Esto encarece la implementación. 

TOPOLOGIA EN ÁRBOL 

Puede ser vista como redes en estrella ordenadas y conectadas en jerarquía

TOPOLOGIA EN ÁRBOL 

Éste árbol tiene nodos periféricos individuales (por ejemplo hojas) que requieren transmitir a y recibir de otro nodo solamente y no necesitan actuar como repetidores o regeneradores. Al contrario que en las redes en estrella, la función del nodo central se puede distribuir.



Se usan para redes extensas geográficamente, o en lugares donde existen muchos usuarios que deben tener algún medio de comunicación entre ellos.

TOPOLOGIA EN ÁRBOL VENTAJAS:  Al estar administradas por los routers, los mensajes no sufren colisiones.  Son de fácil escalabilidad. La ampliación de la red, es relativamente barata. 

DESVENTAJAS:  No se recomienda para redes pequeñas  La perdida de un enlace o un nodo, no inutiliza la red, dependiendo donde se produjo la falla. 

TOPOLOGIA EN MALLA 

Se conectan todos los nodos entre si.

TOPOLOGIA EN MALLA 

El número de caminos arbitrarios en las redes en malla las hace más difíciles de diseñar e implementar, pero su naturaleza descentralizada las hace muy útiles.



Una red totalmente conectada o completa, es una topología de red en la que hay un enlace directo entre cada pareja de nodos. La cantidad de enlaces se calcula: c = n (n-1)/2

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TOPOLOGIA EN MALLA 



VENTAJAS  Confiabilidad.  Estabilidad.  Menor costo de mantenimiento.  Autoregenerable. DESVENTAJAS  Seguridad.  Elevado costo económico (en caso de utilizar cable).  Duplicado de recursos(cableado redundante, cada nodo implica mucho más cable ).  Es el mas difícil de implementar.

TOPOLOGIAS HIBRIDAS 

Son combinaciones de redes diferentes, que la red resultante no tiene una forma estandard

router

TOPOLOGIAS DE RED

MODELO OSI 

El modelo de interconexión de sistemas abiertos (ISO/IEC 7498-1), también llamado OSI (en inglés, Open System Interconnection)

MODELO OSI 



El modelo de referencia OSI describe las funciones proporcionadas por cualquier sistema de interconexión de redes, en términos de niveles o capas. Es una especificación en que cada capa o nivel brinda un servicio a la capa o nivel superior y espera un servicio de la inferior. El problema general de las comunicaciones se visualiza, de acuerdo a este modelo, como una estructura jerarquizada, compuesta de niveles, cada una de las cuales aporta una fase específica en el proceso global.

MODELO OSI 

Capa Física: Está relacionada con la transmisión de un flujo de bits no estructurado sobre el medio físico; involucra parámetros tales como niveles de voltaje de señales eléctricas y la duración de cada bits en el medio; también con las características mecánicas, eléctricas y de procedimientos para establecer, mantener y desactivar el enlace físico (RS-232c, RS449, X.21, V.35, etc).



Capa Enlace: Provee transferencia confiable de datos a través del enlace físico, envía bloques de datos (frames) con la sincronización necesaria, control de errores y control de flujo (HDLC, SDLC, BiSync, HDB3, etc).

MODELO OSI 

Capa Red: Permite transferir los datos en forma transparente, seleccionando una ruta a través de la red. Es responsable de establecer, mantener y terminar las conexiones (X.25, Frame-Relay, IP).



Capa Transporte: Asegura transferencia confiable y transparente de datos entre puntos terminales, provee recuperación de errores y control de flujo entre extremos terminales, optimiza la utilización de los recursos empleados, desligando a los usuarios de los detalles de la transferencia misma.

MODELO OSI 

Capa Sesión: Responsable del control de la comunicación entre procesos de aplicación, establece, maneja y termina las conexiones (sesiones) entre procesos cooperantes.



Capa Presentación: Ejecuta útiles transformaciones de datos de tal forma de presentar una interfaz estándar (interpretación de datos) y provee servicios de comunicación comunes.



Capa Aplicación: Provee servicio a los usuarios. .



Dispositivos de Red 

Los dispositivos constituyentes de una red dependen del tipo de topología que ella posea, cada una de ellas posee dispositivos típicos que la constituyen, por ejemplo en el caso de una LAN es común encontrar un HUB, adaptadores de red en las estaciones de trabajo y servidores de red, si la red es amplia, lo común son routers o bridgers, modems, etc. Revisemos a continuación los dispositivos más comunes de acuerdo a la topología de red.

Adaptadores de red 

Estos dispositivos son los encargados de comunicar a las estaciones de trabajo con la red, o dicho de otra forma conectan los computadores a la red. Normalmente son tarjetas que se instalan en los computadores como un periférico.

Adaptadores de red 



Las placas de red poseen una identificación llamada “dirección MAC” (siglas en inglés de “media access control”; en español "control de acceso al medio"). Es un identificador de 48 bits (6 bloques hexadecimales). Se conoce también como dirección física, y es única para cada dispositivo. Se obtiene con el comando “ipconfig /all”.

HUB 

Un concentrador o hub es un dispositivo que permite centralizar el cableado de una red y poder ampliarla. Esto significa que dicho dispositivo recibe una señal y repite esta señal emitiéndola por sus diferentes puertos.

BRIDGES/ROUTERS 

Estos elementos de red son los encargados (muy básicamente) de realizar los cambios necesarios a la información de las redes locales para poder transportarla hacia las demás redes conformantes de la red amplia.

Dirección IPv4 

Una dirección IP es una etiqueta numérica que identifica, de manera lógica y jerárquica, a una interfaz (elemento de comunicación/conexión) de un dispositivo (habitualmente una computadora) dentro de una red que utilice el protocolo IP (Internet Protocol), que corresponde al nivel de red del Modelo OSI.



Las direcciones IPv4 se expresan por un número binario de 32 bits, permitiendo un espacio de direcciones de hasta 4.294.967.296 (232) direcciones posibles.

Dirección IPv4 

En la expresión de direcciones IPv4 en decimal se separa cada octeto por un carácter único ".". Cada uno de estos octetos puede estar comprendido entre 0 y 255..

Dirección IPv4 

Se definen tres clases de direcciones IP que una organización puede recibir de parte de la Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN): clase A, clase B y clase C



En una red de clase A, se asigna el primer octeto para identificar la red, reservando los tres últimos octetos (24 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 224 - 2 (se excluyen la dirección reservada para broadcast), es decir, 16 777 214 hosts. ..



Dirección IPv4   

Máscara de subred La máscara permite distinguir los bits que identifican la red y los que identifican el host de una dirección IP. Dada la dirección de clase A 10.2.1.2 sabemos que pertenece a la red 10.0.0.0 y el host al que se refiere es el 2.1.2 dentro de la misma. La máscara se forma poniendo a 1 los bits que identifican la red y a 0 los bits que identifican el host. De esta forma una dirección de clase A tendrá como máscara 255.0.0.0, una de clase B 255.255.0.0 y una de clase C 255.255.255.0..

Dirección IPv4 



En una red de clase B, se asignan los dos primeros octetos para identificar la red, reservando los dos octetos finales (16 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts por cada red es 216 - 2, o 65 534 hosts. En una red de clase C, se asignan los tres primeros octetos para identificar la red, reservando el octeto final (8 bits) para que sea asignado a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts por cada red es 28 - 2, o 254 hosts.

Dirección IPv4

Dirección IPv6 

Es una etiqueta numérica usada para identificar un interfaz de red formada por 128 bits.



Una dirección IPv6 (128 bits) se representa mediante ocho grupos de cuatro dígitos hexadecimales, cada grupo representando 16 bits (dos octetos). Los grupos se separan mediante dos puntos (:). Un ejemplo de dirección IPv6 podría ser:



2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334