Curso de Redes y Windows 2003 Server

Durante las últimas dos décadas ha habido un enorme crecimiento en la cantidad y tamaño de las redes. Muchas de ellas sin embargo, se desarrollaron utilizando implementaciones de hardware y software diferentes. Como resultado, muchas de las redes eran incompatibles y se volvió muy difícil para las redes que utilizaban especificaciones distintas poder comunicarse entre sí. Para solucionar este problema, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) realizó varias investigaciones acerca de los esquemas de red. La ISO reconoció que era necesario crear un modelo de red que pudiera ayudar a los diseñadores de red a implementar redes que pudieran comunicarse y trabajar en conjunto (interoperabilidad) y por lo tanto, elaboraron en 1.984 el modelo de referencia OSI.

Veremos cómo los estándares aseguran mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de tecnologías de red. También veremos cómo el esquema de red del modelo de referencia OSI acomoda los estándares de la tecnología de redes. Además, veremos cómo la información o los datos viajan desde los programas de aplicación (como por ejemplo las hojas de cálculo) a través de un medio de red (como los cables) a otros programas de aplicación ubicados en otros equipos de la red. A medida que avancemos veremos las funciones básicas que se producen en cada capa del modelo OSI, que serán la base para empezar a diseñar, desarrollar y diagnosticar los fallos de las redes

Al principio de su desarrollo, las LAN, MAN y WAN eran en cierto modo caóticas. A principios de la década de los 80 se produjo un enorme crecimiento en la cantidad y el tamaño de las redes. A medida que las empresas se dieron cuenta de que podrían ahorrar mucho dinero y aumentar la productividad con la tecnología de red, comenzaron a agregar redes y a expandir las redes existentes casi simultáneamente con la aparición de nuevas tecnologías y productos de red. 

A mediados de los 80, estas empresas debieron enfrentar problemas cada vez más serios debido a su expansión caótica. Resultaba cada vez más difícil que las redes que usaban diferentes especificaciones pudieran comunicarse entre sí. Se dieron cuenta que necesitaban salir de los sistemas de red propietarios y tratar de estandarizar ese caos...

Los sistemas propietarios se desarrollan, pertenecen y son controlados por organizaciones privadas. En la industria de la informática, "propietario" es lo contrario de "abierto". "Propietario" significa que un pequeño grupo de empresas controla el uso total de la tecnología. Abierto significa que el uso libre de la tecnología está disponible para todos (Linux, como no)

Para enfrentar el problema de incompatibilidad de las redes  y su imposibilidad de comunicarse entre sí, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) estudió esquemas de red como DECNET, SNA y TCP/IP a fin de encontrar un conjunto de reglas. Como resultado de esta investigación, la ISO desarrolló un modelo de red que ayudaría a los fabricantes a crear redes que fueran compatibles y que pudieran operar con otras redes. 

El proceso de dividir comunicaciones complejas en tareas más pequeñas y separadas se podría comparar con el proceso de construcción de un automóvil.  Visto globalmente, el diseño, la fabricación y el ensamblaje de un automóvil es un proceso de gran complejidad.  Es poco probable que una sola persona sepa cómo realizar todas las tareas requeridas para la construcción de un automóvil desde cero.  Por esto, los ingenieros mecánicos diseñan el automóvil, los ingenieros de fabricación diseñan los moldes para fabricar las partes y los técnicos de ensamblaje ensamblan cada uno una parte del auto.

Digamos que a distancia cuando alguien realiza un programa para Windows no se preocupa de la gestión de la impresión ni de la presentación en pantalla ya que eso lo hace otra parte del software que es el sistema operativo Windows o Linux, así se centra en una parte del desarrollo.

El modelo de referencia OSI es el modelo principal para las comunicaciones por red. Aunque existen otros modelos, en la actualidad la mayoría de los fabricantes de redes relacionan sus productos con el modelo de referencia OSI, especialmente cuando desean enseñar a los usuarios cómo utilizar sus productos. Cualquier libro de redes que hojees verás que habla profundamente de este modelo que es la base de las redes. Y, ya se que soy un poco pesado, sin conocer un poco a fondo qué son y cómo funcionan las redes, no podremos entender bien Windows 2003 Server y sus redes.

El modelo de referencia OSI permite que los usuarios vean las funciones de red que se producen en cada capa. Más importante aún, el modelo de referencia OSI es un marco que se puede utilizar para comprender cómo viaja la información a través de una red. Además, podemos usar el modelo de referencia OSI para visualizar cómo la información o los paquetes de datos viajan desde los programas de aplicación (por ej., hojas de cálculo, documentos, etc.), a través de un medio de red (por ej., cables, etc.), hasta otro programa de aplicación ubicado en otro equipo de la red, aún cuando el transmisor y el receptor tengan distintos tipos de medios de red.

En el modelo de referencia OSI, hay siete capas numeradas, cada una de las cuales ilustra una función de red específica. Esta división de las funciones de red se denomina división en capas. Si la red se divide en estas siete capas, se obtienen las siguientes ventajas:

• Divide la comunicación de red en partes más pequeñas y sencillas.
• Normaliza los componentes de red para permitir el desarrollo y el soporte de los productos de diferentes fabricantes.
• Permite a los distintos tipos de hardware y software de red comunicarse entre sí.
• Impide que los cambios en una capa puedan afectar las demás capas, para que se puedan desarrollar con más rapidez.
• Divide la comunicación de red en partes más pequeñas para simplificar el aprendizaje.

El problema de trasladar información entre ordenadores se divide en siete problemas más pequeños y de tratamiento más simple en el modelo de referencia OSI. Cada uno de los siete problemas más pequeños está representado por su propia capa en el modelo. Las siete capas del modelo de referencia OSI son:

Capa	Descripción
7	Aplicación
6	Presentación
5	Sesión
4	Transporte
3	Red
2	Enlace de datos
1	Física

En estos temas veremos las capas, comenzando por la Capa 1 y estudiando el modelo OSI capa por capa. Al estudiar una por una las capas del modelo de referencia OSI, veremos  de qué manera los paquetes de datos viajan a través de una red y qué dispositivos operan en cada capa a medida que los paquetes de datos las atraviesan. Como resultado, comprendemos cómo diagnosticar los fallos cuando se presenten problemas de red, especialmente durante el flujo de paquetes de datos

Presta atención porque nos explicará muchas cosas interesantes como los dispositivos que se utilizan en las redes, el porqué de las direcciones IP, tipos de direcciones, ... por fin sabremos el origen de las direcciones IP y cuales debo utilizar en mi red local.

Cada capa individual del modelo OSI tiene un conjunto de funciones que debe realizar para que los paquetes de datos puedan viajar en la red desde el origen hasta el destino. A continuación, presentamos una breve descripción de cada capa del modelo de referencia OSI tal como aparece en la figura.

La capa de aplicación es la capa del modelo OSI más cercana al usuario. Suministra servicios de red a las aplicaciones del usuario. Difiere de las demás capas debido a que no proporciona servicios a ninguna otra capa OSI (ya que es la primera o última según se mire), sino solamente a aplicaciones que se encuentran fuera del modelo OSI. Algunos ejemplos de aplicaciones son los programas de hojas de cálculo, procesadores de texto, navegador de Internet... La capa de aplicación establece la disponibilidad de los potenciales socios de comunicación, sincroniza y controla la coherencia de los datos.

La capa de presentación garantiza que la información que envía la capa de aplicación de un sistema pueda leerse por la capa de aplicación de otro. Si es necesario, la capa de presentación traduce entre varios formatos de datos utilizando un formato común. Por ejemplo es la que utiliza los formatos de datos: zip para archivos comprimidos, doc para archivos de Word, XML para datos

La capa de sesión establece, administra y finaliza las sesiones entre dos ordenadores que se están comunicando, una vez conectados le envía los datos (capa 6) a los programas (capa 7). La capa de sesión proporciona sus servicios a la capa de presentación. También sincroniza el diálogo entre las capas de presentación de los dos ordenadores y administra su intercambio de datos. Es decir es la que gestiona la conversación entre los dos equipos.

La capa de transporte segmenta los datos originados en el ordenador emisor y los reensambla en una corriente de datos en el receptor. El límite entre la capa de transporte y la capa de sesión puede imaginarse como el límite entre los protocolos de aplicación y los protocolos de flujo de datos. Mientras que las capas de aplicación, presentación y sesión están relacionadas con asuntos de aplicaciones, las cuatro capas inferiores se encargan del transporte de datos. Es decir, a partir de ahora estas siguientes capas se encargan de cómo transportar los datos. Son las mas complejas pero también las mas interesantes...

La capa de transporte intenta suministrar un servicio de transporte de datos que aísla las capas superiores de los detalles de implementación del transporte. Específicamente, temas como la fiabilidad del transporte entre dos equipos. Al proporcionar un servicio de comunicaciones, la capa de transporte establece, mantiene y termina adecuadamente las conexiones. Al proporcionar un servicio fiable, se utilizan dispositivos de detección y recuperación de errores de transporte. La Capa 4 correspondería a la calidad de servicio y fiabilidad.

La capa de red es una capa compleja que proporciona conectividad y selección de ruta entre dos ordenadores que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas. En este caso sería la selección de ruta, direccionamiento y enrutamiento.

La capa de enlace de datos proporciona tránsito de datos a través de un enlace físico. Al hacerlo, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico (comparado con el lógico que era de la capa anterior), la topología de red, el acceso a la red, la notificación de errores, entrega ordenada de tramas y control de flujo. Estaríamos hablando de tramas y control de acceso al medio (tarjeta de red).

La capa física define las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales. Las características tales como niveles de voltaje, temporización de cambios de voltaje, velocidad de datos físicos, distancias de transmisión máximas, conectores físicos y otros atributos similares son definidos por las especificaciones de la capa física. Como ves se refiere a los dispositivos físicos que comienzan las comunicaciones como las tarjetas de red.

Sabemos que todas las comunicaciones de una red parten de un origen y se envían a un destino, y que la información que se envía a través de una red se denomina datos o paquete de datos. Si un ordenador  (host A) desea enviar datos a otro (host B), en primer término los datos deben empaquetarse a través de un proceso denominado encapsulamiento. 

El encapsulamiento empaqueta los datos con la información de protocolo necesaria antes de que se una al tránsito de la red. Por lo tanto, a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI, reciben encabezados, información final y otros tipos de información. (Nota: La palabra "encabezado" significa que se ha agregado la información correspondiente a la dirección). 

Encapsulamiento de datos:

Para ver cómo se produce el encapsulamiento, examina la forma en que los datos viajan a través de las capas como lo ilustra la figura. Una vez que se envían los datos desde el origen, como se describe en la siguiente figura, viajan a través de la capa de aplicación y recorren todas las demás capas en sentido descendiente.  Como puedes ver, el empaquetamiento y el flujo de los datos que se intercambian experimentan cambios a medida que las redes ofrecen sus servicios a los usuarios finales. Como lo muestran las figuras, las redes deben realizar los siguientes cinco pasos de conversión a fin de encapsular los datos: (presta mucha atención a esta sencilla secuencia)

1. Crear los datos. Cuando un usuario envía un mensaje de correo electrónico, sus caracteres alfanuméricos se convierten en datos que pueden enviarse por la red.

2. Empaquetar los datos para ser transportados de extremo a extremo.
   Los datos se empaquetan para ser transportados por la red. Al utilizar segmentos, la función de transporte asegura que los ordenadores del mensaje en ambos extremos del sistema de correo electrónico se puedan comunicar de forma fiable.

3. Anexar (agregar) la dirección de red al encabezado.
   Los datos se colocan en un paquete o datagrama que contiene el encabezado de red con las direcciones lógicas de origen y de destino. Estas direcciones ayudan a los dispositivos de red a enviar los paquetes a través de la red por una ruta seleccionada.

4. Anexar (agregar) la dirección local al encabezado de enlace de datos.
   Cada dispositivo de la red debe poner el paquete dentro de una trama. La trama le permite conectarse al próximo dispositivo de red conectado directamente en el enlace. Cada dispositivo en la ruta de red seleccionada requiere el entramado para poder conectarse al siguiente dispositivo.

5. Realizar la conversión a bits para su transmisión.
   La trama debe convertirse en un patrón de unos y ceros (bits) para su transmisión a través del medio (por lo general un cable). Una función de temporización permite que los dispositivos distingan estos bits a medida que se trasladan por el medio. El medio en la red física puede variar a lo largo de la ruta utilizada. Por ejemplo, el mensaje de correo electrónico puede originarse en una LAN, cruzar el backbone (red principal) de un campus y salir por un enlace WAN hasta llegar a su destino en otra LAN remota. Los encabezados y la información final se agregan a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI

Como ves aparecen los conceptos de datos, segmento, paquete y trama. Si sabes de redes o quieres profundizar mas estos conceptos son fundamentales, ya que identifican cada parte de la transmisión de los datos a través de la red. Word crea los datos, les pone formato, se conecta con otro equipo, le pone la dirección lógica (dirección IP), luego la dirección física y por fin la tarjeta envía esos datos, ahí es nada. Esto es ni mas ni menos que toda la secuencia de comunicación con todas sus etapas. No vamos a profundizar mucho mas pero si nos detendremos en cada capa para ampliar sus conocimientos, verás como surge la necesidad del direccionamiento y aprenderemos multitud de conceptos que habíamos leído pero nunca los sabíamos identificar en su función: router, switch, gateway, ...

Ejemplo de encapsulamiento de datos:

Para que los paquetes de datos puedan viajar desde el origen hasta su destino, cada capa del modelo OSI en el origen debe comunicarse con su capa igual en el lugar destino. Esta forma de comunicación se conoce como comunicaciones de par-a-par.  Durante este proceso, cada protocolo de capa intercambia información, que se conoce como  unidades de datos de protocolo (PDU), entre capas iguales. Cada capa de comunicación, en el ordenador origen, se comunica con un PDU específico de capa y con su capa igual en el ordenador destino como puedes ver en la figura.

Los paquetes de datos de una red parten de un origen y se envían a un destino. Cada capa depende de la función de servicio de la capa OSI que se encuentra debajo de ella. Para brindar este servicio, la capa inferior utiliza el encapsulamiento para colocar la PDU de la capa superior en su campo de datos, luego le puede agregar cualquier encabezado e información final que la capa necesite para ejecutar su función. Posteriormente, a medida que los datos se desplazan hacia abajo a través de las capas del modelo OSI, se agregan encabezados e información final adicionales.  Después de que las Capas 7, 6 y 5 han agregado la información, la Capa 4 agrega más información. Este agrupamiento de datos, la PDU de Capa 4, se denomina segmento.

Por ejemplo, la capa de red presta un servicio a la capa de transporte y la capa de transporte presenta datos al subsistema de red. La tarea de la capa de red consiste en trasladar esos datos a través de la red. Ejecuta esta tarea encapsulando los datos y agregando un encabezado, con lo que crea un paquete (PDU de Capa 3). Este encabezado contiene la información necesaria para completar la transferencia, como por ejemplo, las direcciones lógicas origen y destino.

Comunicación de igual a igual:

La capa de enlace de datos suministra un servicio a la capa de red. Encapsula la información de la capa de red en una trama (la PDU de Capa 2); el encabezado de la trama contiene información (por ej., direcciones físicas) que es necesaria para completar las funciones de enlace de datos. La capa de enlace de datos suministra un servicio a la capa de red encapsulando la información de la capa de red en una trama.

La capa física también suministra un servicio a la capa de enlace de datos. La capa física codifica los datos de la trama de enlace de datos en un patrón de unos y ceros (bits) para su transmisión a través del medio (generalmente un cable) en la Capa 1

Tranquilo es un pequeño follón pero luego irás encajando las piezas hasta entender como funcionan las comunicaciones y así entender como funciona las red en Windows 2003 Server y podrás identificar y resolver problemas.

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