Red de computadoras

Modelos de red

Tener la tecnología de comunicación de red como un gran modelo sería difícil de implementar. Por ello, dividimos los distintos componentes de la red en módulos o capas más pequeñas. El modelo estándar de una red es el de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI), establecido por la Organización Internacional de Normalización (ISO). Existen otros modelos de red, aunque todos se dividen en capas similares. Cada capa utiliza los servicios que proporciona la capa inferior, a la vez que proporciona servicios a la capa superior. Cada capa sólo puede comunicarse con la misma capa en el dispositivo de destino.

Ejemplo de comunicación en el modelo de red

Modelo OSI

OSI (Interconexión de Sistemas Abiertos) es un modelo de red de 7 capas especificado por la norma ISO (Organización Internacional de Normalización) y ampliamente utilizado en todo el mundo. El concepto de un modelo de siete capas fue aportado por el trabajo de Charles Bachman, de Honeywell information Services. Varios aspectos del diseño de OSI evolucionaron a partir de las experiencias con las redes ARPANET, NPLNET, EIN y CYCLADES y el trabajo en IFIP WG6.1.

Unidad de datos	Capa	Función
Datos	Aplicación	Proceso de red a la aplicación
	Presentación	Cifrado, descifrado y conversión de datos
	Sesión	Gestión de sesiones entre aplicaciones
Segmentos	Transporte	Conexión y fiabilidad de extremo a extremo
Paquetes (datagramas)	Red	Determinación de la ruta y direccionamiento lógico
Marco	Enlace de datos	Direccionamiento físico
Bit	Físico	Transmisión de señales y binarios

Capa 1

La capa física define las especificaciones eléctricas y físicas de los dispositivos. También especifica la transmisión modulada y en banda base.

Banda base

La banda base son datos digitales en su forma bruta (1001 1101 1010 0011). Esto permite una transmisión muy rápida y fiable en distancias cortas; sin embargo, los medios tienden a hacer que los bits se interfieran entre sí, el alcance de la transmisión en banda base es muy limitado. Esto empeora al aumentar la velocidad. La tecnología de banda base se utiliza con frecuencia en las redes LAN.

• Cable UTP - máximo 100 m a 100 Mbit/s de velocidad sin repetidor
• Fibra óptica: máximo 1 km a una velocidad de 100 Mbit/s sin repetidor

Tecnología típica: Ethernet

Transmisión modulada

En telecomunicaciones, la modulación es el proceso de transmitir una señal de mensaje, por ejemplo un flujo de bits digital o una señal de audio analógica, dentro de otra señal que puede ser transmitida físicamente. El dispositivo que proporciona la modulación de la señal de banda base se llama modulador, y el dispositivo que proporciona la demodulación de la señal modulada de vuelta a la banda base se llama demodulador. Hoy en día, el modulador y el demodulador están integrados en un solo dispositivo llamado módem (modulador-demodulador). Se utiliza frecuentemente en WAN, WLAN, WWAN.
Tecnología típica: WI-FI, ADSL, conexión de televisión por cable (CATV)

Capa 2

La capa de enlace de datos proporciona los medios funcionales y de procedimiento para transferir datos entre entidades de la red y para detectar y posiblemente corregir los errores que puedan producirse en la capa física.

Capa 3

La capa de red proporciona los medios funcionales y de procedimiento para transferir secuencias de datos de longitud variable desde un host de origen en una red a un host de destino en una red diferente utilizando la dirección IP.

Dirección IP

Una dirección de Protocolo de Internet (dirección IP) es una etiqueta numérica asignada a cada dispositivo (por ejemplo, un ordenador o una impresora) que participa en una red informática que utiliza el Protocolo de Internet para comunicarse. En la actualidad se utilizan dos versiones del protocolo: IPv4 e IPv6.

• IPv4 utiliza un direccionamiento de 32 bits que limita el espacio de direcciones hasta 4294967296 (2³²) posibles direcciones únicas.

Ejemplo: IP-192.168.0.1 mask-255.255.255.0 significa que la dirección de red es 192.168.0.0 y la dirección del dispositivo es 192.168.0.1

• IPv6 utiliza un direccionamiento de 128 bits que limita el espacio de direcciones a 2¹²⁸ direcciones posibles. Se considera suficiente para el futuro inmediato. La compatibilidad total con IPv6 aún está en fase de implementación.

Capa 4

La capa de transporte proporciona una transferencia de datos transparente entre los usuarios finales, proporcionando servicios de transferencia de datos fiables a las capas superiores. El Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y el Protocolo de Datagramas de Usuario (UDP) del conjunto de protocolos de Internet se suelen clasificar como protocolos de capa 4 dentro de OSI.

• TCP (protocolo de control de transmisión) proporciona una entrega fiable y ordenada de un flujo de bytes desde un programa en un ordenador a otro programa en otro ordenador. TCP se utiliza para aplicaciones que requieren estrictamente una transferencia fiable (correo electrónico, WWW, transferencia de archivos (FTP), ...)
• El protocolo UDP (user datagram protocol) utiliza un modelo de transmisión simple sin diálogos implícitos de handshaking para proporcionar fiabilidad, ordenamiento o integridad de los datos. UDP se utiliza en aplicaciones en las que se requiere una latencia reducida sobre la fiabilidad (vídeos en streaming, VOIP, juegos en línea,...)

Capas 5-7

Comúnmente unida en una sola capa en modelos de red simplificados, su propósito principal es interactuar con las aplicaciones, encriptando y estableciendo conexiones dedicadas si es necesario.

Modulación digital: 16-QAM con ejemplos de puntos de constelación.


Modulación analógica: AM - amplitudFM - frecuencia

Términos de la red

Latencia

La latencia, incorrectamente llamada ping, es un valor que mide el tiempo que necesitan los paquetes para llegar a su destino. Se mide en milisegundos (ms). La herramienta que mide la latencia se llama ping, y suele utilizar paquetes ICMP especiales que son más pequeños que los paquetes de datos estándar, por lo que no lastran la red con su presencia.

• La latencia inmediata se mide cada X segundos y se muestra inmediatamente. Su valor cambia constantemente debido a las propiedades naturales de la tecnología de red de conmutación de paquetes. Los picos de latencia elevados tienen efectos negativos en la mayoría de las aplicaciones de red, que pueden adaptarse a la latencia media asignando el tamaño de memoria correspondiente como búfer. Los picos de latencia elevados provocan el vaciado de este búfer y la congelación temporal de las aplicaciones. Este bloqueo se denomina comúnmente lag.
• La latencia media es la suma de la latencia inmediata medida Y veces cada X segundos dividida por Y. La latencia media se utiliza para estimar el tamaño del búfer, principalmente porque no cambia tan a menudo. El búfer permite que algunas aplicaciones, como los vídeos en streaming, funcionen sin problemas incluso con una latencia media elevada, pero no puede protegernos de los picos de latencia.

Capacidad (ancho de banda)

La capacidad es una medida de la capacidad de transferencia de una red y se mide en bits por segundo (bps o b/s), hoy comúnmente Mbps o Mb/s. Nos indica cuántas unidades de datos se transfieren cada segundo. En la actualidad, el ancho de banda medio es muy superior al necesario y no es un factor limitante en la mayoría de los casos.

• El enlace ascendente es la cantidad de ancho de banda que se utiliza para transferir datos del usuario al servidor (normalmente es menor para los usuarios finales).
• El enlace descendente es la cantidad de ancho de banda que se utiliza para transferir los datos del servidor al usuario (normalmente es mayor para los usuarios finales).

Difusión

La difusión es una transmisión especial que no está destinada a un solo dispositivo, sino que se dirige a todos los dispositivos de una red específica. Se utiliza sobre todo para emitir automáticamente direcciones IP a los dispositivos mediante un servidor DHCP y para crear una tabla ARP que mapea la red y acelera el tráfico.

Plan de frecuencias ADSL. Subida + bajada = ancho de banda de la red