Curso de Windows 2003 Server

Ahora que tenemos una noción básica sobre el modelo OSI y sobre lo que sucede con los paquetes de datos a medida que recorren las capas del modelo, es hora de que comencemos a echar un vistazo a los dispositivos básicos de redes. A medida que vayamos repasando las capas del modelo de referencia OSI, veremos cuáles son los dispositivos que operan en cada capa según los paquetes de datos vayan viajando a través de ellas desde el origen hacia el destino. Como hemos visto antes, las LAN son redes de datos de alta velocidad y bajo nivel de errores que abarcan un área geográfica relativamente pequeña (hasta unos pocos miles de metros). Las LAN conectan estaciones de trabajo, dispositivos, terminales y otros dispositivos que se encuentran en un mismo edificio u otras áreas geográficas limitadas.

La topología define la estructura de una red. La definición de topología puede dividirse en dos partes. la topología física, que es la disposición real de los cables (los medios) y la topología lógica, que define la forma en que los hosts (equipos) acceden a los medios. Las topologías físicas que se utilizan comúnmente son de bus, de anillo, en estrella, en estrella extendida, jerárquica y en malla.

• La topología de bus utiliza un único segmento backbone (cable) al que todos los hosts se conectan de forma directa.
• La topología de anillo conecta un host con el siguiente y al último host con el primero. Esto crea un anillo físico de cable.
• La topología en estrella conecta todos los cables con un punto central de concentración. Por lo general, este punto es un hub o un switch, que se describirán más adelante en este capítulo.
• La topología en estrella extendida se desarrolla a partir de la topología en estrella. Esta topología conecta estrellas individuales conectando los hubs/switches. Esto, como se describe más adelante en este capítulo, permite extender la longitud y el tamaño de la red.
• La topología jerárquica se desarrolla de forma similar a la topología en estrella extendida pero, en lugar de conectar los hubs/switches entre sí, el sistema se conecta con un computador que controla el tráfico de la topología.
• La topología en malla se utiliza cuando no puede existir absolutamente ninguna interrupción en las comunicaciones, por ejemplo, en los sistemas de control de una central nuclear. De modo que, como puede observar en el gráfico, cada host tiene sus propias conexiones con los demás hosts. Esto también se refleja en el diseño de la
  Internet, que tiene múltiples rutas hacia cualquier ubicación. 

La topología lógica de una red es la forma en que los hosts se comunican a través del medio. Los dos tipos más comunes de topologías lógicas son broadcast y transmisión de tokens. Atento a estos conceptos son sencillo pero importantes...

La topología broadcast simplemente significa que cada host envía sus datos hacia todos los demás hosts de la red. Las estaciones no siguen ningún orden para utilizar la red, el orden es el primero que entra, el primero que se sirve. Esta es la forma en que funciona Ethernet.

El segundo tipo es transmisión de tokens (un token lo podemos traducir como testigo). Esta transmisión controla el acceso a la red mediante la transmisión de un token electrónico a cada host de forma secuencial. Cuando un host recibe el token, eso significa que el host puede enviar datos a través de la red. Si el host no tiene ningún dato para enviar, transmite el token (testigo) al siguiente host y el proceso se vuelve a repetir.

Los dispositivos que se conectan de forma directa a un segmento de red se denominan hosts. Estos hosts incluyen ordenadores, tanto clientes y servidores, impresoras, escáneres y otros dispositivos de usuario. Estos dispositivos suministran a los usuarios conexión a la red, por medio de la cual los usuarios comparten, crean y obtienen información.

Los dispositivos host no forman parte de ninguna capa. Tienen una conexión física con los medios de red ya que tienen una tarjeta de red (NIC) y las demás capas OSI se ejecutan en el software ubicado dentro del host. Esto significa que operan en todas las 7 capas del modelo OSI. Ejecutan todo el proceso de encapsulamiento y desencapsulamiento para realizar la tarea de enviar mensajes de correo electrónico, imprimir informes, escanear figuras o acceder a las bases de datos. Quienes están familiarizados con el funcionamiento interno de los PC sabrán que el PC mismo se puede considerar como una red en miniatura, que conecta el bus y los slots de expansión con la CPU, la RAM y la ROM.

No existen símbolos estandarizados para los hosts, pero por lo general es bastante fácil detectarlos. Nosotros dibujaremos éstos como si fueran ordenadores:

Tipo	Imagen
PC
Impresora
Servidor

Hasta este momento, en este capítulo nos hemos referido a dispositivos y conceptos de la capa uno. A partir de la tarjeta de interfaz de red, nos trasladamos a la capa dos: la capa de enlace de datos del modelo OSI. En términos de aspecto, una tarjeta de interfaz de red (tarjeta NIC o NIC) es un pequeño circuito impreso que se coloca en un slot de expansión de un bus de la (placa madre) del ordenador, aunque ahora ya casi todos los ordenadores la incorporan de fábrica y no hay que añadirla. También se denomina adaptador de red.

Las NIC se consideran dispositivos de Capa 2,  cada tarjeta de red (NIC) lleva un nombre codificado único, denominado dirección de Control de acceso al medio (MAC o MAC Adress) y es único en el mundo. Si, como lo lees, cada fabricante tiene asignada una numeración y a cada tarjeta de red le pone esa dirección física única, es como su DNI y nunca pueden existir dos tarjetas de red con ese mismo número interno. Esta dirección es muy importante ya que identifica perfectamente y de forma única al ordenador origen y al destino... mas adelante veremos más detalles de esta dirección MAC.

Las tarjetas de red no tienen ningún símbolo estandarizado. Se da a entender que siempre que haya dispositivos de red conectado a la de red, existe alguna clase de NIC o un dispositivo similar aunque por lo general no aparezcan. Siempre que haya un punto en una topología, significa que hay una NIC o una interfaz (puerto), que actúa por lo menos como parte de una NIC

Los símbolos correspondientes a los medios o cableado son distintos según el que realice los esquemas o documentación. Por ejemplo: el símbolo de Ethernet es normalmente una línea recta con líneas perpendiculares que se proyectan desde ella, el símbolo de la red token ring es un círculo con los equipos conectados a él y el símbolo correspondiente a una FDDI (fibra óptica) son dos círculos concéntricos con dispositivos conectados. 

Las funciones básicas del cableado, ya sabes, llamado "medios" por ser el medio de conexión, consisten en transportar un flujo de información, en forma de bits y bytes, a través de una LAN. Salvo en el caso de las LAN inalámbricas  los medios de red limitan las señales de red a un cable o fibra. Los medios de red se consideran componentes de Capa 1 de las LAN. 

Se pueden desarrollar redes informáticas con varios tipos de medios distintos. Cada medio tiene sus ventajas y desventajas. Lo que constituye una ventaja para uno de los medios (costo de la categoría 5) puede ser una desventaja para otro de los medios (costo de la fibra óptica).  Algunas de las ventajas y las desventajas son las siguientes: 

• Longitud del cable
• Costo
• Facilidad de instalación

El cable coaxial, la fibra óptica o incluso el espacio abierto pueden transportar señales de red, sin embargo, el medio principal que se estudia en esta clase se denomina cable de par trenzado no blindado de categoría 5 (UTP CAT 5) o el categoría 6 (UTP CAT 6). 

Sabemos pues que según el cableado que utilicemos existen ventajas y desventajas. Por ejemplo una de las desventajas del tipo de cable que utilizamos principalmente (UTP CAT 5) es la longitud del cable. La longitud máxima para el cableado UTP de una red es de 100 metros. Si necesitamos ampliar la red más allá de este límite, debemos añadir un dispositivo a la red llamado repetidor.

El término repetidor se ha utilizado desde la primera época de la comunicación visual, cuando una persona situada en una colina repetía la señal que acababa de recibir de la persona ubicada en la colina de la izquierda, para poder comunicar la señal a la persona que estaba ubicada en la colina de la derecha. También proviene de las comunicaciones telegráficas, telefónicas, por microondas y ópticas, cada una de las cuales usan repetidores para reforzar las señales a través de grandes distancias, ya que de otro modo en su debido tiempo las señales se desvanecerían gradualmente o se extinguirían.

El propósito de un repetidor es regenerar y retemporizar las señales de red a nivel de los bits para permitir que los bits viajen a mayor distancia a través de los medios. Ten en cuenta la Norma de cuatro repetidores para Ethernet de 10Mbps, también denominada Norma 5-4-3, al extender los segmentos LAN. Esta norma establece que se pueden conectar cinco segmentos de red de extremo a extremo utilizando cuatro repetidores pero sólo tres segmentos pueden tener ordenadores en ellos, curioso ¿no?. 

El término repetidor se refiere tradicionalmente a un dispositivo con un solo puerto de "entrada" y un solo puerto de "salida". Sin embargo, en la terminología que se utiliza en la actualidad, el término repetidor multipuerto se utiliza también con frecuencia. En el modelo OSI, los repetidores se clasifican como dispositivos de Capa 1, dado que actúan sólo a nivel de los bits y no tienen en cuenta ningún otro tipo de información. El símbolo para los repetidores no está estandarizado, así que nosotros utilizaremos este:

Repetidor, dispositivo de capa1:

El propósito de un hub es regenerar y retemporizar las señales de red. Esto se realiza a nivel de los bits para un gran número de equipos (por ej., 4, 8 o incluso 24) utilizando un proceso denominado concentración. Como ves es prácticamente la misma definición que la del repetidor, pues si, a los hub también se les llama repetidor multipuerto. La diferencia es la cantidad de cables que se conectan al dispositivo, que en este caso admiten varios ordenadores conectados en este hub.

Los hubs se utilizan por dos razones: para crear un punto de conexión central para los ordenadores y para aumentar la fiabilidad de la red. La fiabilidad de la red se ve aumentada al permitir que cualquier cable falle sin provocar una interrupción en toda la red. Esta es la diferencia con la topología de bus, en la que, si un cable fallaba, se interrumpía el funcionamiento de toda la red.  Los hubs se consideran dispositivos de Capa 1 dado que sólo regeneran la señal y la envían por medio de un broadcast (ya lo veremos pero consiste en que mandan la información a todos los demás equipos) a todos los puertos.

Hay una pequeña clasificación de los hubs que son los inteligentes y no inteligentes. Los hubs inteligentes tienen puertos de consola, lo que significa que se pueden programar para administrar el tráfico de red. Los hubs no inteligentes simplemente toman una señal de red de entrada entrante y la repiten hacia cada uno de los puertos sin la capacidad de realizar ninguna administración. 

El símbolo correspondiente al hub no está estandarizado pero utilizaremos este:

Hub, dispositivo de capa 1
	Hub, dispositivo

Un puente es un dispositivo de capa 2 (ya pasamos de capa) diseñado para conectar dos segmentos LAN. El propósito de un puente es filtrar el tráfico de una LAN, para que el tráfico local siga siendo local, pero permitiendo la conectividad a otras partes (segmentos) de la LAN para enviar el tráfico dirigido a esas otras partes.

¿Pero que es un segmento? Es una definición muy variable, nosotros vamos a considerarlo como dos partes distintas de la red. Por ejemplo la red del piso 1 y la red del piso 2 que están conectadas. También podemos ampliarlo, por ejemplo una pequeña empresa que tiene dos oficinas en dos edificios y están conectadas entre si, podemos llamar también a cada una de esas partes segmento.

Vale pero ¿cómo puede detectar el puente cuál es el tráfico de un segmento y cuál no lo es? La respuesta es la misma que podría dar el servicio de correos cuando se le pregunta cómo sabe cuál es el correo local: verifica la dirección local. Cada dispositivo de networking tiene una dirección MAC exclusiva en la tarjeta de red (ya lo hemos visto), el puente rastrea cuáles son las direcciones MAC que están ubicadas a cada lado del puente y toma sus decisiones basándose en esta lista de direcciones MAC.

Ya ves que en este caso es bastante inteligente: si el tráfico está entre dos ordenadores del piso 1 el puente decide que no debe mandar ese tráfico al piso 2 porque sabe por las direcciones MAC que el destino está en el mismo piso. Lo mismo para el caso de los dos edificios: el puente conecta los dos segmentos, cuando un ordenador pide información a otro el puente sabe que equipo están conectados en cada lado y sabe si debe mandar el tráfico al otro lado.

En el gráfico se indica el símbolo correspondiente al puente. Tradicionalmente, el término puente se refiere a un dispositivo con dos puertos. Sin embargo, también verá referencias a puentes con 3 o más puertos. Lo que realmente define un puente es el filtrado de tramas de capa 2 y la manera en que este proceso se lleva a cabo realmente. Como sucede en el caso de la combinación repetidor/hub, hay otro dispositivo que se utiliza para conectar múltiples puentes.

Puente, dispositivo de capa 2:

Un switch, al igual que un puente, es un dispositivo de capa 2. De hecho, el switch se denomina puente multipuerto, igual que antes cuando llamábamos al hub "repetidor multipuerto". La diferencia entre el hub y el switch es que los switches toman decisiones basándose en las direcciones MAC y los hubs no toman ninguna decisión. Como los switches son capaces de tomar decisiones, hacen que la LAN sea mucho más eficiente. Los switches hacen esto enviando los datos sólo hacia el puerto al que está conectado el host destino apropiado. Por el contrario, el hub envía datos desde todos los puertos, de modo que todos los hosts deban ver y procesar (aceptar o rechazar) todos los datos.

Físicamente son muy parecidos y son prácticamente iguales, en cuanto al precio antes había mucha diferencia  pero ahora son casi similares. Como son mucho mejores y eficiente ten en cuenta siempre poner switches en tu red y no hubs, primera recomendación importante. Segunda recomendación: seguramente te parecerá una tontería y obviedad que te diga que si un coche es de buena marca es mejor que uno de marca mala: evidente. Pues aquí pasa lo mismo: hay marcas buenas y marcas malas y la diferencia va a estar evidentemente en las prestaciones y en las posibilidades de configuración. Así que segunda recomendación: invierte un poco de dinero en comprarlo de marca buena: son equipos para toda la vida y considéralo una inversión y no un gasto.

La diferencia entre un hub y un switch está dada por lo que sucede dentro del dispositivo: si en un hub se manda la información a todos los puertos a la vez, aunque el destino es sólo uno (copiar un fichero de un ordenador a otro) está claro que no son muy eficientes. En un switch como son inteligentes sabe por la dirección MAC que ordenadores hay conectados en cada conector de él y en entonces le manda el fichero directamente a ese equipo. Otra cosa, si el hub es de 100 mbs se divide esa velocidad entre todas las "bocas" de ese hub, en cambio en el switch tiene los 100 mbs  para todas y cada una de las bocas, esto si que es mejora...

En el gráfico se indica el símbolo que corresponde al switch. Las flechas de la parte superior representan las rutas individuales que pueden tomar los datos en un switch, a diferencia del hub, donde los datos fluyen por todas las rutas

Switch, dispositivo de capa 2

El router es el primer dispositivo con que trabajaremos que pertenece a la capa de red del modelo OSI, o sea la Capa 3. Al trabajar en la Capa 3 el router puede tomar decisiones basadas en grupos de direcciones de red (la famosas direcciones IP) en contraposición con las direcciones MAC de Capa 2 individuales. Los routers también pueden conectar distintas tecnologías de Capa 2, como por ejemplo Ethernet, Token-ring y FDDI (fibra óptica). Sin embargo, dada su aptitud para enrutar paquetes basándose en la información de Capa 3, los routers se han transformado en el núcleo de Internet, ejecutando el protocolo IP.

El propósito de un router es examinar los paquetes entrantes (datos de capa 3), elegir cuál es la mejor ruta para ellos a través de la red y luego enviarlos hacia el puerto de salida adecuado. Los routers son los dispositivos de regulación de tráfico más importantes en las redes grandes. Permiten que prácticamente cualquier tipo de ordenador se pueda comunicar con otro en cualquier parte del mundo.

El símbolo correspondiente al router (observa las flechas que apuntan hacia adentro y hacia fuera) sugiere cuáles son sus dos propósitos principales: la selección de ruta y la transmisión de paquetes hacia la mejor ruta. La figura muestra otro tipo de interfaz de puerto. El tipo de interfaz de puerto que se describe es un puerto Ethernet, que es una conexión LAN. Este router en particular tiene un conector 10BASE-T y un conector AUI para la conexión Ethernet que se utilizaba antes (el alargado de la derecha), ahora son todos tipo RJ como el de la izquierda y si ves la etiqueta de la foto pone 10 base T, luego es a 10 mbs.

Router, dispositivo de capa 3

El símbolo de nube indica que existe otra red, por ejemplo Internet. Nos recuerda que existe una manera de conectarse a esa otra red (Internet), pero no suministra todos los detalles de la conexión, ni de la red. Simplemente es útil para realizar los esquemas, si vemos que se conecta a una nube sabemos que esa conexión va a otra red que no es nuestra y que desconocemos, por ejemplo Internet

El propósito de la nube es representar un gran grupo de detalles que no son pertinentes para una situación, o descripción, en un momento determinado. Es importante recordar que solo nos interesa la forma en que las LAN se conectan a las WAN de mayor tamaño, y a Internet (la mayor WAN del mundo), para que cualquier ordenador  pueda comunicarse con cualquier otro ordenador, en cualquier lugar y en cualquier momento. Como la nube en realidad no es un dispositivo único, sino un conjunto de dispositivos que operan en todos los niveles del modelo OSI, se clasifica como un dispositivo de las Capas 1-7.