Fundamentos de Redes: Componentes, Protocolos y Arquitecturas

Componentes y Conceptos Fundamentales de Redes

Funciones del Módem

El **módem** es un dispositivo esencial para la comunicación en redes. Su función principal es **adaptar la señal digital** proveniente de los dispositivos a una **señal analógica** que pueda transmitirse a través de medios de comunicación, y viceversa, **adaptar la señal analógica** recibida a **señal digital** para que los dispositivos puedan interpretarla.

Fenómenos que Afectan la Señal

• Atenuación: Se refiere a la pérdida de potencia y calidad de la señal a medida que viaja a través del medio de transmisión.
• Diafonía: Ocurre cuando una señal se mezcla o interfiere con otra señal en un medio compartido, provocando distorsiones.
• Ruido Impulsivo: Son perturbaciones breves y de alta energía que pueden estropear temporalmente la señal, afectando la integridad de los datos.

Medios de Transmisión

Medios Guiados

Estos medios confinan la señal dentro de límites físicos:

• Par Trenzado: Cables formados por pares de hilos de cobre entrelazados.
• Cable Coaxial: Compuesto por un conductor central rodeado de un aislante y una malla conductora.
• Fibra Óptica: Transmite datos mediante pulsos de luz a través de hilos de vidrio o plástico.

Medios No Guiados

Estos medios transmiten señales a través del aire o el espacio:

• Satélite
• Microondas
• Infrarrojos
• Bluetooth

Capas del Modelo OSI y sus Funciones

El **Modelo de Referencia OSI** (Open Systems Interconnection) es un marco conceptual que estandariza las funciones de un sistema de telecomunicaciones o de computación en siete capas. Proporciona a los fabricantes estándares que aseguran mayor compatibilidad e interoperabilidad entre distintas tecnologías de red.

Capas y Servicios

• Capa de Aplicación: Responsable de proporcionar servicios de red directamente a las aplicaciones del usuario, como la transferencia de archivos.
• Capa de Presentación: Se encarga de la formateación de datos y la traducción de datos entre la red y la aplicación.
• Capa de Sesión: Coordina la interacción y el diálogo entre las aplicaciones de los usuarios durante una sesión de comunicación.
• Capa de Transporte: Asegura una transmisión de datos confiable y punto a punto, gestionando el flujo y control de errores.
• Capa de Red: Encargada del direccionamiento lógico y el enrutamiento de unidades de información (paquetes) a través de la red.
• Capa de Enlace de Datos: Proporciona el intercambio de datos fiable entre dispositivos adyacentes en la red, gestionando el acceso al medio físico.
• Capa Física: Responsable de transmitir la información en forma de bits a través del medio físico de la red.

Las capas son las funciones que realizan los servicios. La misión de cada capa es proveer servicios a las capas superiores haciendo transparente la forma en la que realiza el servicio.

Ventajas del Modelo OSI

• Reduce la complejidad de los sistemas de red.
• Estandariza las interfaces entre las capas.
• Asegura la interoperabilidad de la tecnología entre diferentes fabricantes.
• Acelera la evolución de las tecnologías de red.
• Simplifica la enseñanza y el aprendizaje de los conceptos de red.
• Facilita la ingeniería modular y el desarrollo de componentes de red.

Conceptos de Arquitectura y Protocolos

Arquitectura de Red

Una arquitectura de red es el conjunto de las capas, más los protocolos dentro de cada capa, que la red utiliza para producir las comunicaciones entre nodos. Viene definida por su topología, el método de acceso a la red y los protocolos de comunicación.

Pila de Protocolos

Una pila de protocolos es una colección ordenada de protocolos organizados en capas. Cada protocolo implementa una abstracción encuadrada en la abstracción que proporciona la capa sobre la que está encuadrada.

Tipos de Sistemas de Red

• Sistema Abierto: Se trata de estructuras sobre las cuales puede aplicarse la portabilidad y el carácter de interoperabilidad.
• Sistema Propietario: Es aquel que posee restricciones en el uso, copia o modificación, o cuyo código fuente no está disponible.

Topologías de Red

La topología de red describe la disposición física o lógica de los nodos y las conexiones en una red.

Topologías Comunes

• Topología Bus: Permite conectar fácilmente nuevos nodos de red y necesita menos cables que la topología estrella.
• Topología Anillo: Cada equipo actúa como repetidor, regenerando la señal y enviándola al siguiente equipo en el anillo.
• Topología Mixta: Combina las ventajas de otras topologías de red.
• Topología Estrella: El fallo de un nodo periférico no influye en el resto de la red. No hay problemas con colisiones de datos, ya que cada host tiene su propio cable al hub central.
• Topología Doble Anillo: Ofrece redundancia, ya que si falla un anillo, el segundo puede seguir operando. Incrementa la fiabilidad y la flexibilidad de la red.
• Topología Árbol: Utiliza cableado punto a punto en cada segmento individual y está soportada por multitud de vendedores de software y hardware.
• Topología Malla: Si falla un cable, otro se hará cargo del tráfico. No requiere un nodo o servidor central, lo que reduce el mantenimiento.
• Topología Totalmente Conexa: Ofrece gran robustez ante posibles fallos, además de privacidad y seguridad.

Protocolos de Acceso al Medio

CSMA/CD vs. CSMA

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) es un protocolo de acceso al medio. Antes de transmitir, una estación escucha si el medio está libre. La diferencia clave con CSMA (Carrier Sense Multiple Access) es que en CSMA/CD, la estación está a la escucha a la vez que emite. Si detecta que se produce una colisión, detiene inmediatamente la transmisión para evitar la corrupción de datos.

Almacenamiento de Direcciones MAC

La dirección MAC (Media Access Control) está grabada en una ROM (Read-Only Memory) en la tarjeta de red. Es una dirección física única que no se repite y está formada por 6 bytes (48 bits).