Title: Redes informáticas
Course: Ciencias de la computación 1º Bachillerato > Section: Redes

Redes informáticas

Una red informática es un conjunto de equipos conectados de manera que pueden intercambiar información. En las redes alámbricas las conexiones se realizan mediante cables que pueden ser de un material conductor eléctrico o de fibra óptica. Las redes inalambricas la conexión entre equipos se hace mediante ondas electromagnéticas como las que se usan en la radio.

Tipos de redes según el tamaño

Según el tamaño de la red distinguimos entre redes LAN, MAN y WAN.

LAN

Las redes LAN (Local Area Network) son redes pequeñas donde los equipos no están separados más de 1Km, normalmente mucho menos. Un ejemplo de red LAN la tienes en la clase, donde todos los equipos están interconectados.

MAN

Las redes MAN (Metropolitan Area Netkork) son redes medianas con los equipos no separados más de 50 Km. Son redes que pueden abarcar las distancias de una ciudad.

WAN

Las redes WAN (Wide Area Network) son redes grandes donde los equipos pueden estar alejados miles de kilómetros. Son redes en las que los equipos pueden estar distribuidos por todo el planeta.

Cables

En la red la información tiene que poder viajar entre los distintos equipos. Los bits de información pueden viajar en forma de impulsos eléctricos, en forma de ondas de radio o como luz visible. En todos los casos los bits de información se mandarán encendiendo y apagando la fuente emisora.
Cuando se usan impulsos eléctricos necesitamos un conductor que ponga en contacto el equipo de origen y el de destino.
Las corrientes eléctricas generan campos magnéticos a su alrededor como se puede comprobar con los electroimanes. A su vez son sensibles a los campos magnéticos del entorno. Por tanto, se pueden interferir y a su vez pueden interferir con otras. Para minimizar los efectos de esas interferencias se usan dos estrategias cables coaxiales o cables de par trenzado.

cable coaxial

El cable coaxial esta formado por un hilo de material conductor aislado rodeado de un segundo conductor en forma de malla que rodea este y un segundo aislante que rodea todo. La malla hace las veces de pantalla que impide que interfieran los campos eléctricos.

Cable de par trenzado

El cable de par trenzado es un mazo de 8 cables que se trenzan de dos en dos. Los cables se identifican por colores. Cada par tiene un distinto paso de trenza y de esta forma se minimizan las interferencias entre los pares.

Estos cables tienen unos terminales semejantes a los del teléfono que se llaman RJ45.

Cable cruzado

La red más sencilla es la formada por sólo dos equipos. Estos se pueden conectar directamente mediante un tipo especial de cable de par trenzado que se llama cable cruzado. En los cables normales, los dos terminales son idénticos, mientras que en los cruzados hay cables que intercambian sus conexiones.

Por culpa de las interferencias, los cables tienen una longitud máxima. Existen distintas calidades de cable. Cuanto mayor es la calidad, más largo puede ser el cable sin que se pierda la señal.
La señal eléctrica se atenúa con la distancia y por tanto, cada cierta distancia hay que amplificarla. Esta labor la realizan los repetidores.

Fibra óptica

Cuando la información viaja en forma de rayos de luz visible también se tienen que usar cables ya que la luz viaja en línea recta. Los cables en este caso son cables de fibra óptica. Están formados por un material transparente, por el que puede viajar la luz, y con un recubrimiento para protegerlos. Aunque el cable tenga curvas, la luz, a base de reflexiones en la superficie del material transparente, sigue el camino del cable.

Tienen la ventaja de que no les afectan los campos electromágnéticos y por tanto no son sensibles a interferencias. La señal luminosa puede viajar por distancias más largas antes de necesitar amplificación y su velocidad de propagación es más rápida. Su desventaja es que son más caros.

Ondas de radio

Cuando se usan ondas de radio para la conexiones entre equipos, no se necesita ningún tipo de cable que los una. Las ondas de radio son ondas electromagnéticas al igual que la luz visible, pero de longitud de onda mucho mayor. Aunque también viajan en línea recta, pueden atravesar paredes siempre y cuando no sean muy gruesas y por eso no se necesita del uso de cables. Las redes inalámbricas se llaman wireless.

Repetidores

Cuando la señal se atenúa por culpa de la distancia, debe ser amplificada y emitida de nuevo. Esta función las hacen los repetidores. Hay repetidores tanto para redes alámbricas como inalámbricas.

Tarjeta de red

Las tarjetas de red son los periféricos encargados de realizar la comunicación física con la red (los que se encargan de emitir y leer bits). Pueden estar integradas en la placa base o ser un dispositivo adicional conectado a uno de las ranuras o slot de expansión de la placa base. La tarjeta dispondrá de una antena en caso de redes inalámbricas o de un conector para cable en el caso de las redes alámbricas.

Topología de una red

Se llama topología de una red a la forma en que están conectados los ordenadores. Existen cuatro formas básicas: bus, anillo, estrella y árbol.

Topología Bus

Hay un cable coaxial lineal con dos terminadores en sus extremos. Cada ordenador se conecta a este cable. Cuando un equipo quiere mandar una información a otra lo hace inyectando una serie de pulsos eléctricos en el cable. En esos impulsos, ademas del dato que se quiera transmitir, deberá haber otros datos que indique quién manda la información y para quién es. Si resulta que el el mismo instante que un ordenador está emitiendo otro ordenador inicia una emisión, la información de ambos se mezcla y se estropea. Ha ocurrido un fenómeno que llamamos colisión. Por tanto, todos los ordenadores deben estar a la “escucha” vigilando el cable y no emitir a menos que este quede libre. Además, deben estar a la escucha para ver si hay información en el cable para ellos.

Topología en anillo

Cada ordenador está conectado a otros dos uno anterior y uno posterior mediante cable coaxial. El último ordenador se une al primero de manera que el conjunto es un bucle cerrado. Cuando un ordenador quiere emitir información debe emitir una serie de impulsos eléctricos por el cable que llegan al siguiente ordenador. Si la información es para él la recoge y si no es para él, la vuelve a emitir al siguiente ordenador. Así sucesivamente hasta llegar al receptor. Es una topología que minimiza la posibilidad de colisiones, pero que tiene el inconveniente que todos los equipos tienen que estar funcionando.

Topología en estrella

Para esta topología se usa cable de par trenzado. Todos los equipos se conectan a un dispositivo central que tienen un montón de entradas RJ45 para este tipo de cable. Cuando un equipo quiere comunicar algo, emite una serie de impulsos que llegan al dispositivo central y este los reproduce en el resto de sus conexiones. Por supuesto, como siempre, en el paquete de información enviado deben estar las direcciones de los equipos de origen y destino además de los datos en sí.
El dispositivo central puede ser un hub, un switch o un router.

Hub | switch | Router inalámbrico

El Hub es un aparato “tonto”, cada vez que llega un paquete de información por una de sus bocas, la reproduce en todas las demás. El swtich, sin embargo, es más “inteligente” y, aunque la primera vez hace lo mismo que un hub, una vez que se ha establecido una comunicación entre dos equipos, apunta sus direcciones de manera que es capaz de detectar cuál es el ordenador de destino y en las siguientes comunicaciones directamente escribe la información únicamente en su entrada correspondiente. De esa manera se gana en velocidad de comunicación.
El router hace esa misma función, pero es más inteligente y es capaz de realizarla desde el primer paquete. Además el router es capaz de conectar con otras redes y será un elemento esencial en el caso de que queramos que la red LAN este conectada con una WAN como por ejemplo Internet.

Topología en árbol

Es una conexión en estrella entre subredes que ya están conectadas en estrella o en árbol. La topología de Internet es un árbol muy grande.

Ancho de banda

Se llama ancho de banda a la cantidad de información que se puede enviar o recibir por segundo. Se mide normalmente en bits por segundo (bps). Cuanto mayor es este número mayor ancho de banda tenemos.

ADSL

Son las siglas de línea de abonado asimétrica. Se trata de una conexión de datos mediante cable de par trenzado usando para ello la línea telefónica. Los impulsos eléctricos mediante los que viaja la información son corrientes alternas. Para que no interfiera la comunicación de teléfono con voz, se usan frecuencias mucho mayores que las de la voz. Son frecuencias no audibles. Se denominan asimétricas porque el ancho de banda de subida y de bajada es diferente. Normalmente es 10 veces más rápido para bajar información que para subirla. Aunque nuestra intención sea bajar información, para ello tenemos que comunicarnos con el ordenador que nos la va a enviar para pedírsela, por eso siempre mandaremos información. Dado que la velocidad de subida es mucho menor que la de bajada, si se tienen que realizar muchas peticiones, el flujo total de información será lento.

Protocolos de comunicación

Cuando varios equipos quieren compartir información tienen que estar conectados a una red, pero esto no es suficiente. Para comprender la complejidad del asunto imaginémonos que un conjunto de personas que están en el mismo local (la red) quieren comunicarnos de dos en dos. Si empezamos a mandar mensajes todos a la vez nadie entenderá nada así que habrá que establecer un turno para hablar. Nuestro mensaje tendrá que indicar para quién es, pero esa misma persona, quizá se esté comunicando con otra simultáneamente, por lo tanto el mensaje también tendrá que indicar quién lo manda. Por otro lado habrá que ponerse de acuerdo en el código a usar ya que si las dos personas hablan distintos idiomas no entenderán los mensajes. Para resolver ese tipo de problemas y otros muchos que surgen en la comunicación entre ordenadores, se establecen unos conjuntos de normas que se llaman protocolos.
Algunos de esos protocolos son http (protocolo de transferencia de hipertexto) ftp (protocolo de transferencia de ficheros), POP (Post Oficce Protocol, protocolo de correo), TCP (protocolo de control de transmisión), IP (Protocolo de internet), ethernet (protocolo de comunicación a nivel físico).
En resumen la cosa funciona así:
Cuando un ordenador quiere una información (cliente) intenta conectar con un ordenador que la tenga (servidor). A través de la línea manda una pequeña señal de petición de conexión, el servidor, si está libre se lo indica y se establece la comunicación. Entonces el ordenador cliente manda la petición.
Cuando un ordenador servidor va a mandar información solicitada la tiene que codificar de una manera que sea entendible por otros ordenadores.
La divide en paquetes (también llamado tramas) de no mas de 15000bits. Esto se hace así para evitar el monopolizar la línea con una transmisión larga (imaginémonos en el ejemplo de la gente intentando comunicarse que uno coja el turno de palabra y no lo suelte). Pero, además, es frecuente que haya errores el a transmisión. Si trabajamos con paquetes muy grandes, la probabilidad de error en la comunicación del paquete aumenta. Cuando se detecta un error, se elimina el paquete por completo y se vuelve a enviar.
Le añade una información delante del paquete de datos llamado cabecera que indica cuál es el ordenador de origen, cual es el ordenador de destino, el tamaño del paquete y qué posición ocupa el paquete dentro del conjunto total, para poder reconstruir el archivo en destino.
Por otro lado le añade una información al final del paquete llamado cola que incluye un código de verificación de errores y una señal de final de paquete. El código de verificación es el resultado de una operación que se hace con los bits del paquete antes de ser enviados. Cuando llegan al ordenador de destino se realiza la misma operación y se comprueba si el resultado es el mismo que aparece en el código de verificación. Si no es así, se desecha el paquete dado que algún bit se ha transmitido mal.
Dado que la cabecera y la cola ocupan un espacio, el tamaño máximo efectivo de información que se puede mandar en un paquete es algo menor que los 1500bits.
Cuando un paquete llega al ordenador cliente, este debe mandar una señal al servidor para que sepa que ya ha llegado y no insista mandando esa información.
En el ordenador cliente se quitan la cabecera y la cola del paquete, se ordenan los paquetes para formar el archivo que se quería y se codifica en el código propio del ordenador.

Servidor y cliente

Aunque con frecuencia se usa el término servidor para referirse a un ordenador concreto, en realidad se trata de un programa. Un programa servidor es el que manda información y un programa cliente es uno que la solicita. Por ejemplo un programa cliente de http es el mozilla (en general los navegadores) mientras que un programa servidor http es apache. Por ejemplo en la clase usamos ftp. Los ordenadores de los alumnos tienen un programa cliente llamado filezilla y en el ordenador donde guardáis los documentos hay un programa servidor ftp.
Los programas cliente no se conectan directamente entre sí, sino que se conectan a un programa servidor.

Identificación de equipos

En las redes los equipos se identifican mediante un número que llamamos dirección IP. Este número tiene 4 bytes. Normalmente se escribe como 4 números seguidos que pueden variar cada uno entre el 0 y el 255. En una misma red no puede haber dos ordenadores que tengan la misma dirección IP porque no se podría diferenciar entre ellos. Si por error se asigna la misma IP a dos ordenadores, el segundo no conseguirá conectar.
La topología de Internet es un árbol muy grande. Los equipos de una pequeña LAN se conectan entre ellos y con un equipo que es el que pueden conectarse con ordenadores de fuera de esa LAN. Esta función la realiza el router. Visto desde fuera, la pequeña LAN se ve como un sólo ordenador que tiene la IP del router. El propio router tiene una IP para la LAN otra para la WAN.
Dentro de la LAN las IP no se pueden repetir, pero sí puede haber dos ordenadores de diferentes redes LAN que tengan la misma IP, aunque estén conetadas esas redes, siempre y cuando las IP de los router sean diferentes.

Cuando un ordenador de la LAN hace una petición de comunicación con otro ordenador, el router tiene que diferenciar si el ordenador de destino está dentro o fuera de la LAN. Para ellos se usa la máscara de subred. la máscara de subred más usada es 255.255.255.0. Sin entrar en más detalles, esto significa que cuando la dirección IP del ordenador de destino y de origen tengan los 3 primeros números iguales, significa que están en la misma subred.

Dentro de todas las posibles IP hay unas que se reservan para determinados usos. Entre ellas está el conjunto que va desde 192.168.0.0 a 192.168.255.255 que es el rango reservado para redes privadas. Las pueden tener ordenadores que no se conectan directamente a Internet. Distintos ordenadores de distintas redes privadas pueden tener la misma dirección IP pero dentro de la misma red no.
Las direcciones de un conjunto de ordenadores interconectados que se conecte a internet mediante un router estarán en ese rango. El router tendrá dos direcciones IP una que se ve desde el interior de la red y que estará dentro de ese rango y otra que será con la que se conecte a Internet y que estará fuera de ese rango.
Por tanto, las direcciones IP de los ordenadores los definen en la red. Si queremos visitar una página web deberíamos escribir la dirección IP del ordenador que la contiene en la barra de direcciones del navegador. Como es muy difícil acordarse de números se ha habilitado un sistema llamado DNS (Domine System Name, sistema de nombres de dominio). Este sistema relaciona una dirección IP con un nombre de dominio. Por ejemplo www.google.es corresponde a la dirección 74.125.230.248. Prueba a escribir esta dirección IP en la barra de direcciones de tu navegador.
Para no tener que escribir la dirección IP en la barra de direcciones lo que hace el ordenador es conectarse a un ordenador concreto, el servidor DNS, que es el que traduce nuestra petición en forma de nombre de dominio a una dirección IP.
Por supuesto si una página tan visitada como la de google estuviera en un único ordenador, este se colapsaría intentando responder a todas las peticiones. Al dominio de google se puede acceder conectando a muchos servidores diferentes en el mundo. Dependiendo del momento, o de que estés en una red u otra, al hacer la petición terminaras conectar a un ordenador diferente con una diferente dirección IP. Para conocer la dirección a la que nos redirecciona el servidor DNS al escribir un nombre de dominio la barra de direcciones de un navegador, podemos teclear ping seguido de espacio y de la dirección en la aplicación llamada "símbolo del sistema". Por ejemplo ping www.google.es. El programa devolverá la dirección IP del dominio.

Configuración de datos en IP

La asignación de la dirección IP puede ser configurada en el ordenador como manual o automática. En este caso, cuando un ordenador intenta conectarse a la red un servidor DHCP (Dynamic Host Configuración Protocol) le asigna una dirección IP libre durante la sesión.
Cuando se configura la conexión manualmente en el protocolo TCP/IP hay que darle al ordenador la dirección IP, la máscara de subred, la puerta de enlace (dirección IP del router) y la dirección del servidor DNS.
Tutorial xp
Tutorial windows 7

En linux solo el administrador puede configurar la red. Lo puede hacer con la aplicación que hay en menú>preferencias>conexiones de red.
Para conocer la ip del router de tu red con linux corre el comando ip route show en la consola
Para conecer la ip del ordenador corre el comando ip adrr show

Proxy

Un proxy es un ordenador que hace las veces de representante de otro. Si el ordenador A se conecta a Internet mediante un proxy, al hacer una petición se la hace al proxy y este es el que realiza la petición en la red. El sistema ralentiza la comunicación ya que añade un paso y además el proxy normalmente realiza su función para un conjunto de ordenadores, de manera que actúa como cuello de botella. Se utiliza por motivos de seguridad cuando una máquina quiere permanecer en el anonimato o para evitar que se puedan visitar ciertas páginas. Los padres de familia pueden configurar su acceso a Internet a través de proxy y así limitar el acceso de sus hijos a determinados sitios.