Redes de Área Local (LAN): Componentes, Dispositivos de Interconexión y Software de Red

Definición de Red de Área Local (LAN)

Una Red de Área Local (LAN) es un conjunto de elementos de hardware y software que permiten la interconexión de dispositivos independientes en un ámbito geográfico local y restringido, con el fin de compartir recursos e información.

Componentes Principales de una Red Local

Una red de área local está constituida por diversos componentes esenciales:

1. Estaciones de Trabajo

Contienen tarjetas de interfaz de red, controladores (drivers) y el software necesario para conectarse y operar dentro de la red.

2. Servidores

Equipos que destacan por su fiabilidad, escalabilidad, potencia de procesamiento y relación calidad/precio. Entre sus tecnologías y configuraciones destacan:

• SMP (Multiprocesamiento Simétrico): Distribución equitativa de las tareas entre múltiples procesadores.
• Clusters: Conjunto de servidores interconectados mediante cable que trabajan coordinadamente funcionando como una entidad única.

Subsistemas de Almacenamiento en Red

• Almacenamiento Local DAS (Direct Attached Storage): Conexión directa. Uno o más componentes de almacenamiento se instalan en un equipo servidor, conectándose directamente a él y configurándose como su propio dispositivo de almacenamiento.
• Almacenamiento Remoto NAS (Network Attached Storage): Subsistema de almacenamiento independiente que se conecta directamente a la red y contiene los elementos necesarios para brindar acceso a datos a los clientes.
• Almacenamiento Remoto SAN (Storage Area Network): Red de alta velocidad concebida exclusivamente para el almacenamiento, separada de la red LAN de uso común. Gestiona de manera eficiente las comunicaciones de almacenamiento. Consta de almacenamiento compartido y una red dedicada entre los servidores y los dispositivos de almacenamiento.

3. Tarjeta de Interfaz de Red (NIC)

Permite la conexión física y lógica del equipo con la red y los servidores.

Partes de una Tarjeta de Red

• Interfaz de conexión bus-ordenador.
• Interfaz de conexión al medio de transmisión.
• Indicadores de estado (permiten comprobar la comunicación y conectividad).
• Otros componentes integrados (procesador, memoria RAM).

Mejoras para Incrementar la Velocidad

• Acceso directo a memoria (DMA).
• Memoria compartida en la propia tarjeta.
• Memoria compartida del sistema.
• Control de bus (Bus Mastering).
• RAM buffering.
• Microprocesador integrado en la propia tarjeta.

Funciones de la Tarjeta de Red

• Transferencia y almacenamiento intermedio de datos.
• Construcción de la trama: Recibe los paquetes procedentes del nivel de red y los encapsula en el formato estándar correspondiente.
• Control de acceso al medio: Ejecución de los protocolos MAC.
• Conversión paralelo-serie: Adecuación de los datos internos del ordenador para su transmisión por el canal físico.
• Codificación y decodificación de la señal.
• Transmisión y recepción activa de datos.

Características Avanzadas

• Full-Duplex: Capacidad de enviar y recibir datos simultáneamente.
• Bus Mastering: Incorpora un chipset dedicado que asume el control del tráfico de datos liberando a la CPU principal.
• Procesamiento en paralelo: Capacidad de iniciar el procesamiento de tramas sin necesidad de que hayan llegado todos los datos por el bus.
• ROM de arranque remoto: Permite inicializar el equipo a través de la red (PXE / Boot ROM).
• Direccionamiento: Cada adaptador dispone de una dirección física única a nivel mundial que lo identifica unívocamente en la red (Dirección MAC).

4. Sistema de Cableado

Medio físico indispensable para el transporte guiado de las señales en la red local.

5. Periféricos Compartidos

Dispositivos tales como unidades lectoras/grabadoras (DVD) o impresoras que son compartidos por múltiples usuarios.

6. Sistema de Alimentación Ininterrumpida (SAI / UPS)

Dispositivo de respaldo eléctrico que protege a los equipos frente a sobretensiones o cortes inesperados de energía.

Equipos y Dispositivos de Interconexión de Redes

Segmentación e Interconexión

• Segmentación: Consiste en dividir la red en dominios de colisión más reducidos, generalmente conectados mediante switches. Se hace necesaria frente a largas distancias, incremento en el número de ordenadores o altos niveles de tráfico.
• Interconexión entre redes: Unión de redes independientes que puede clasificarse en:
  • Conexión local: Cuando las redes se encuentran próximas físicamente.
  • Conexión remota: Utiliza enlaces WAN.

  Dos redes segmentadas o dispares se interconectan mediante routers y pasarelas (gateways).

• Dominio de difusión (Broadcast Domain): Conjunto de estaciones que reciben cualquier trama de difusión emitida por un nodo perteneciente a dicho grupo.

Dispositivos Físicos de Interconexión

• Repetidor: Dispositivo de retransmisión a nivel físico que regenera las señales eléctricas atenuadas por la distancia. No interpreta direcciones de red ni participa en funciones de encaminamiento.
• Hub (Concentrador): Centraliza redes en topología de estrella conformando un único dominio de colisión y un único dominio de difusión. Detecta y aísla fallos en los puertos; cualquier dato que entra por un puerto se retransmite a todos los demás, reuniendo los ordenadores en un único punto.
• Switch (Conmutador): Trabaja a nivel de enlace de datos (Capa 2 del modelo OSI). Divide la red en secciones más pequeñas con menor congestión de tráfico mediante la identificación y aprendizaje de direcciones MAC. Delimita un único dominio de difusión global, pero crea múltiples dominios de colisión independientes por cada puerto.
• Puente (Bridge): Descongestiona la red evitando colisiones innecesarias y proporcionando mayor seguridad al elegir el camino óptimo. Opera en dos modalidades: reenvío inmediato o almacenamiento y reenvío (Store and Forward). Utiliza direcciones MAC para interconectar segmentos pertenecientes a una misma red lógica, uniendo dominios de colisión bajo un único dominio de difusión.
• Router (Encaminador): Interconecta redes a nivel de red (Capa 3 del modelo OSI). Conecta redes con diferentes dominios de difusión tomando decisiones inteligentes sobre el envío de paquetes basándose en direcciones IP lógicas.
• Pasarelas o Gateways: Permiten la comunicación entre diferentes arquitecturas y entornos tecnológicos heterogéneos. Convierten los formatos de datos para garantizar la interoperabilidad y compatibilidad integral entre redes.

Software y Sistemas Operativos de Red

Sistema Operativo de Red (NOS)

Constituye el núcleo del sistema de red, formado por un conjunto de programas que posibilitan la gestión, el control coordinado y el uso eficiente de los recursos.

• Entorno Distribuido: Reparte componentes tanto de hardware como de software a lo largo de diferentes ordenadores interconectados, siguiendo frecuentemente una arquitectura cliente/servidor.
• Redes Punto a Punto (Peer-to-Peer / P2P): Modelo de trabajo en grupo donde no existen servidores dedicados ni jerarquías fijas entre equipos. Cada estación puede actuar indistintamente como cliente o servidor. No existe una administración centralizada; los usuarios planifican su propia seguridad y deciden los recursos a compartir.
• Sistemas Operativos Basados en Servidor: Se instalan en máquinas dedicadas especializadas (como Windows NT Server o distribuciones GNU/Linux para servidores) capaces de atender eficientemente a múltiples usuarios concurrentes.

Estándares de Interfaz: NDIS y ODI

Protocolos e interfaces orientados a estandarizar y facilitar la comunicación entre los controladores de las tarjetas de red y los diferentes protocolos de red empleados por el sistema operativo.

Pilas y Protocolos de Red

• IPX/SPX: Protocolos desarrollados originalmente para entornos Novell NetWare para el intercambio estructurado de paquetes.
• TCP/IP: Estándar universal de internet y redes corporativas para el control de transmisión y direccionamiento integral de datos.
• NetBIOS: Sistema Básico de Entrada/Salida de Red. Proporciona una interfaz estándar para que las aplicaciones puedan acceder a los protocolos de red en el nivel de transporte, admitiendo tanto comunicaciones orientadas a conexión como no orientadas a conexión. Para identificar inequívocamente a cada equipo requiere de una dirección IP y un nombre NetBIOS único.