SEP DGEST SNEST

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CD. CUAUHTÉMOC

INGENIERIA EN MECATRONICA

MANUAL DE INTERFACES Y REDES INDUSTRIALES

INTERFACES Y REDES INDUSTRIALES

Catedrático:

ISC. José Arturo Caraveo Valverde

Cd. Cuauhtémoc, Chihuahua.

UNIDAD I. INTERFACES

1.1 COMUNICACIÓN DE DATOS

CONCEPTOS.

Comunicación de Datos: Es el proceso de comunicar información en forma binaria entre dos o más puntos. Requiere cuatro elementos básicos que son:

Emisor: Dispositivo que transmite los datos.

Mensaje: Lo forman los datos a ser transmitidos.

Medio: Consiste en el recorrido de los datos desde el origen hasta su destino.

Receptor: Dispositivo de destino de los datos.

BIT: Es la unidad más pequeña de información y la unidad base en comunicaciones.

BYTE: Conjunto de bits continuos mínimos que hacen posible, un direccionamiento de información en un sistema computarizado. Está formado por 8 bits.

Paquete: Fracciones de un mensaje de tamaño predefinido, donde cada fracción o paquete contiene información de procedencia y de destino, así como información requerida para el reensamblado del mensaje.

Interfaces: Conexión que permite la comunicación entre dos o más dispositivos.

Códigos: Acuerdo previo sobre un conjunto de significados que definen una serie de símbolos y caracteres. Toda combinación de bits representa un carácter dentro de la tabla de códigos.

Paridad: Técnica que consiste en la adición de un bit a un carácter o a un bloque de caracteres para forzar al conjunto de unos (1) a ser par o impar. Se utiliza para el chequeo de errores en la validación de los datos. El bit de paridad será cero (0=SPACE) o uno (1=MARK).

Modulación: Proceso de manipular de manera controlada las propiedades de una señal portadora para que contenga la información que se va a transmitir

DTE (Data Terminal Equipment): Equipos que son la fuente y destino de los datos. Comprenden equipos de computación (Host, Microcomputadores y Terminales).

DCE (Data Communications Equipment): Equipos de conversión entre el DTE y el canal de transmisión, es decir, los equipos a través de los cuales conectamos los DTE a las líneas de comunicación.

MEDIOS, FORMAS Y TIPOS DE TRANSMISION

MEDIOS

Aéreos: basados en señales radio-eléctricas (utilizan la atmósfera como medio de transmisión), en señales de rayos láser o rayos infrarrojos.

Sólidos: principalmente el cobre en par trenzado o cable coaxial y la fibra óptica.

FORMAS

Transmisión en Serie: los bits se transmiten de uno a uno sobre una línea única. Se utiliza para transmitir a larga distancia.

Transmisión en Paralelo: los bits se transmiten en grupo sobre varias líneas al mismo tiempo. Es utilizada dentro del computador.

La transmisión en paralela es más rápida que la transmisión en serie pero en la medida que la distancia entre equipos se incrementa, no solo se encarecen los cables sino que además aumenta la complejidad de los transmisores y los receptores de la línea a causa de la dificultad de transmitir y recibir señales de pulsos a través de cables largos.

TIPOS

Transmisión Simplex: la transmisión de datos se produce en un solo sentido. siempre existen un nodo emisor y un nodo receptor que no cambian sus funciones.

Transmisión Half-Duplex: la transmisión de los datos se produce en ambos sentidos pero alternativamente, en un solo sentido a la vez. Si se está recibiendo datos no se puede transmitir.

Transmisión Full-Duplex: la transmisión de los datos se produce en ambos sentidos al mismo tiempo. Un extremo que está recibiendo datos puede, al mismo tiempo, estar transmitiendo otros datos.

Transmisión Asíncrona: cada byte de datos incluye señales de arranque y parada al principio y al final. La misión de estas señales consiste en:

• Avisar al receptor de que está llegando un dato.

• Darle suficiente tiempo al receptor de realizar funciones de sincronismo antes de que llegue el siguiente byte.

Transmisión Síncrona: se utilizan canales separados de reloj que administran la recepción y transmisión de los datos. Al inicio de cada transmisión se emplean unas señales preliminares llamadas:

• Bytes de sincronización en los protocolos orientados a byte.

• Flags en los protocolos orientados a bit.

Su misión principal es alertar al receptor de la llegada de los datos.

Nota: Las señales de reloj determinan la velocidad a la cual se transmite o recibe.

PROTOCOLOS

Protocolo Conjunto de reglas que posibilitan la transferencia de datos entre dos o más computadores.

Arquitectura de Niveles: el propósito de la arquitectura de niveles es reducir la complejidad de la comunicación de datos agrupando lógicamente ciertas funciones en áreas de responsabilidad (niveles).

CARACTERÍSTICAS

Cada nivel provee servicios al nivel superior y recibe servicios del nivel inferior.

• Un mensaje proveniente de un nivel superior contiene una cabecera con información a ser usada en el nodo receptor.

• El conjunto de servicios que provee un nivel es llamado Entidad y cada entidad consiste en un manejador (manager) y un elemento (worker).

ESTANDARES

OSI ( International Standards Organization) IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) OSI ( International Standards Organization)

En este modelo, el propósito de cada nivel es proveer servicios al nivel superior, liberándolo de los detalles de implementación de cada servicio.

La información que se envía de un computador a otro debe pasar del nivel superior al nivel inferior atravesando todos los demás niveles de forma descendente, dentro del computador que origina los datos.

A su paso por cada nivel a los datos se les adiciona información que será removida al llegar a su destino. La información adicionada se clasifica en:

Información de Control, dirigida a su nivel correspondiente en el computador de destino. Cada nivel se comporta como si estuviera comunicándose con su contraparte en el otro computador.

Información de Interface, dirigida al nivel adyacente con el cual se está interactuando. El objeto de esta información es definir los servicios provistos por el nivel inferior, y como deben ser accesados estos servicios. Esta información tras ser empleada por el nivel adyacente es removida.

El modelo OSI se estructura en 7 niveles:

1. Nivel Físico

2. Nivel de Enlace de Datos

3. Nivel de Red

4. Nivel de Transporte

5. Nivel de Sesión

6. Nivel de Presentación

7. Nivel de Aplicación

IEEE

El modelo desarrollado por IEEE, también conocido como el proyecto 802, fue orientado a las redes locales. Este estándar esta de acuerdo, en general con el modelo ISO, difieren principalmente en el nivel de enlace de datos. Para IEEE este nivel está dividido en dos subniveles:

MAC (Medium Access Control) LLC (Logical Link Control)

CLASIFICACIÓN DE LOS PROTOCOLOS DE ENLACE DE DATOS

DE ACUERDO A SU ESTRUCTURA

Protocolos Orientados a Bit: son aquellos protocolos en los cuales los bits por si solos pueden proveer información, son protocolos muy eficientes y trabajan en tramas de longitud variable.

Protocolos Orientados a Byte: son aquellos en los que la información viene provista por la conjunción de bytes de información y bytes de control.

DE ACUERDO A SU DISCIPLINA DE COMPORTAMIENTO

Protocolos de Sondeo Selección: son aquellos que utilizan un DTE como nodo principal de canal. Este nodo primario controla todas las demás estaciones y determina si los dispositivos pueden comunicarse y, en caso afirmativo, cuando deben hacerlo.

Protocolos Peer to Peer: son aquellos en los cuales ningún nodo es el principal, y por lo general todos los nodos poseen la misma autoridad sobre el canal.

1.2 LOS PUERTOS DE COMUNICACIÓN

Los puertos de comunicación son herramientas que permiten manejar e intercambiar datos entre un computador (generalmente están integrados en las tarjetas madres) y sus diferentes periféricos, o entre dos computadores.

Entre los diferentes puertos de comunicación tenemos:

Puertos PS/2:

Estos puertos son en esencia puertos paralelos que se utilizan para conectar pequeños periféricos a la PC. Su nombre viene dado por las computadoras de modelo PS/2 de IBM, donde fueron utilizados por primera vez.

Características:

Este es un puerto serial, con conectores de tipo Mini DIN, el cual consta por lo general de 6 pines o conectores. La placa base tiene el conector hembra. En las placas de hoy en día se pueden distinguir el teclado del Mouse por sus colores, siendo el teclado (por lo general) el de color violeta y el Mouse el de color verde.

Existen 2 conectores diferentes para estos puertos. El primero es un DIN de 5 pines (conocido comúnmente como AT) y el segundo es un conector MiniDIN de 6 pines (normalmente llamado PS/2). Estos dos conectores son electrónicamente iguales, lo único que cambia es su apariencia interna.

Ubicación en el sistema informático:

Estos puertos son utilizados principalmente por teclados y ratones.

Puertos Seriales (COM):

Son adaptadores que se utilizan para enviar y recibir información de BIT en BIT fuera del computador a través de un único cable y de un determinado software de comunicación. Un ordenador o computadora en serie es la que posee una unidad aritmética sencilla en la cual la suma en serie es un cálculo digito a digito

Características:

Los puertos seriales se identifican típicamente dentro del ambiente de funcionamiento como puertos del COM (comunicaciones). Por ejemplo, un ratón pudo ser conectado con COM1 y un módem a COM2.

Los voltajes enviados por los pines pueden ser en 2 estados, encendido o apagado. Encendido (valor binario de 1) significa que el pin esta transmitiendo una señal entre -3 y -25 voltios, mientras que apagado (valor binario de 0) quiere decir que esta transmitiendo una señal entre +3 y +25 voltios.

Estos conectores son de tipo macho y los hay de 2 tamaños, uno estrecho, de 9 pines agrupados en dos hileras con una longitud aproximada de 17mm y otro ancho de 25 pines, con una longitud de unos 38mm, internamente son iguales (9 pines) y realizan las mismas funciones.

Ubicación en el sistema informático:

Estos puertos se utilizan para conectar el Mouse y el MODEM. Normalmente el Mouse se conecta a un puerto COM de 9 pines (comúnmente COM1) y el MODEM se conecta a un puerto de 25 pines (comúnmente COM2).

Puertos Paralelos (LPT):

Son conectores utilizados para realizar un enlace entre dos dispositivos; en el sistema lógico se le conoce como LPT. El primer puerto paralelo LPT1 es normalmente el mismo dispositivo PRN (nombre del dispositivo lógico de la impresora).

Características:

Unidireccional - puerto estándar 4-BIT que por defecto de la fábrica no tenía la capacidad de transferir datos ambas direcciones.

Bidireccional - puerto estándar 8-BIT que fue lanzado con la introducción del puerto PS/2 en 1987 por IBM y todavía se encuentra en computadoras hoy. El puerto bidireccional es capaz de enviar la entrada 8-bits y la salida. Hoy en las impresoras de múltiples funciones este puerto se puede referir como uno bidireccional

EPP - el puerto paralelo realzado (EPP) fue desarrollado en 1991 por Intel, Xircom y funciona cerca de velocidad de una tarjeta ISA y puede alcanzar transferencias hasta 1 a 2MB / por segundo de datos.

Estos puertos son del tipo hembra, de unos 38mm de longitud con 25 pines agrupados en dos hileras. El puerto paralelo está formado por 17 líneas de señales y 8 líneas de tierra.

Las líneas de señales están formadas por tres grupos:

4 Líneas de control 5 Líneas de estado 8 Líneas de datos

Ubicación en el sistema informático:

Normalmente se utiliza para conectar impresoras, scanners y en algunos casos hasta dos PCs.

Los puertos de comunicación mayormente utilizados en el ambiente de las redes son el RJ-45 y el RJ-11.

Puertos RJ-11:

Es un conector utilizado por lo general en los sistemas telefónicos y es el que se utiliza para conectar el MODEM a la línea telefónica de manera que las computadoras puedan tener acceso a Internet.

Características:

El RJ11 se refiere expresamente al conector de medidas reducidas el cual está al cable telefónico y tiene cuatro contactos (pines) para cuatro hilos de cable telefónico aunque se suelen usar únicamente dos.

En España se usa en toda conexión telefónica. En Alemania, por el contrario, usan RJ45 como conectores telefónicos.

Tiene forma de cubo, y consta de cuatro cables de los cuales se utilizan solo dos para las conexiones telefónicas. Este es mayormente usado en España.

Puertos RJ-45:

Es una interfaz física utilizada comúnmente en las redes de computadoras, sus siglas corresponden a "Registered Jack" o "Clavija Registrada", que a su vez es parte del código de regulaciones de Estados Unidos.

Características:

Es utilizada comúnmente con estándares como EIA/TIA-568B, que define la disposición de los pines.

Para que todos los cables funcionen en cualquier red, se sigue un estándar a la hora de hacer las conexiones.

Este conector se utiliza en la mayoría de las tarjetas de ethernet (tarjetas de red) y va en los extremos de un cable UTP nivel 5.

Posee ocho pines o conexiones eléctricas, que normalmente se usan como extremos de cables de par trenzado.

Ubicación en el sistema informático:

Se conecta a la tarjeta de red. Puede tener el formato RJ45 (parecido al de un conector de teléfono) o BINC.

PUERTOS VGA

El puerto VGA es el puerto estandarizado para conexión del monitor a la PC.

Características:

Su conector es un HD 15, de 15 pines organizados en 3 hileras horizontales.

Es de forma rectangular, con un recubrimiento plástico para aislar las partes metálicas.

Ubicación en el sistema informático:

En la parte posterior de los monitores y en la parte trasera del PC, cerca del puerto de S-video.

PUERTOS RCA

El conector RCA es un tipo de conector eléctrico común en el mercado audiovisual. El nombre "RCA" deriva de la Radio Corporation of America, que introdujo el diseño en los 1940.

Características:

Un problema del sistema RCA es que cada señal necesita su propio cable. Para evitar líos, se usan otros tipos de conectores combinados, como el euroconector (SCART), presente en la mayoría de televisiones modernas. Además, también se encuentran adaptadores RCA-SCART.

El cable tiene un conector macho en el centro, rodeado de un pequeño anillo metálico (a veces con ranuras), que sobresale. En el lado del dispositivo, el conector es un agujero cubierto por otro aro de metal, más pequeño que el del cable para que éste se sujete sin problemas.

Ambos conectores (macho y hembra) tienen una parte de plástico. Los colores usados suelen ser:

Amarillo para el vídeo compuesto Rojo para el canal de sonido derecho Blanco o negro para el canal de sonido izquierdo (en sistemas

estéreo)

Ubicación en el sistema informático:

Se puede ubicar en las tarjetas capturadoras de video menos recientes ya que está siendo suplantado por la puerta de súper video.

1.3 INTERFASE RS232

RS-232 (también conocido como Electronic Industries Alliance RS-232C) es una interfaz que designa una norma para el intercambio serie de datos binarios entre un DTE (Equipo terminal de datos) y un DCE (Data Communication Equipment, Equipo de Comunicación de datos), aunque existen otras en las que también se utiliza la interfaz RS-232.

En particular, existen ocasiones en que interesa conectar otro tipo de equipamientos, como pueden ser computadores. Evidentemente, en el caso de interconexión entre los mismos, se requerirá la conexión de un DTE (Data Terminal Equipment) con otro DTE. Para ello se utiliza una conexión entre los dos DTE sin usar modem, por ello se llama: null modem ó modem nulo.

El RS-232 consiste en un conector tipo DB-25 (de 25 pines), aunque es normal encontrar la versión de 9 pines (DE-9), más barato e incluso más extendido para cierto tipo de periféricos (como el ratón serie del PC).

1.4 INTERFASE GPIB

Antes llamado Hewlett-Packard Instrument Bus (HP-IB) es un estándar bus de datos digital de corto rango desarrollado por Hewlett-Packard en los años 1970 la intención era crear un bus fiable, especialmente diseñado para conectar computadoras e instrumentos en una configuración de red que poseyera las características requeridas por un equipo de medida.El control remoto de los instrumentos es un aspecto relevante del bus, pero hay otros más importantes como el reconocimiento de recepción de datos (“data hardware handshake”), que dota a las operaciones de fiabilidad; o la capacidad de respuesta en tiempo real.El principal objetivo del bus GPIB consiste en gestionar la transferencia de información entre dos o más dispositivos.El elemento controlador del equipo GPIB es único (generalmente la tarjeta controladora instalada en un PC, en cuyo caso se le asigna la dirección 0), supervisa todas las operaciones que se realizan en el bus, y determina el dispositivo que envía la información y el momento en que se realiza su envío. El controlador puede designar un sustituto si en un determinado momento no puede atender los requisitos de control. El nuevo controlador recibe el nombre de controlador activo.El controlador asegura que no puede haber dos o más instrumentos enviando información al bus simultáneamente. Además, establece los dispositivos que permanecen en estado de recepción o escucha, ya que no todos los instrumentos están siempre interesados en captar la información del bus. Esta función la realiza “despertando” a los dispositivos en estado de “latencia” mediante una solicitud de reafirmación, y mediante órdenes que especifican los nuevos receptores y el nuevo emisor.Cuando el proceso de transmisión-recepción ha finalizado, el controlador del equipo se asegura de que todos los receptores han recibido la información enviada al bus por el emisor mediante el “data hardware handshake” o control de transferencia de datos. Este protocolo permite asegurar la recepción de la información por parte de los dispositivos más lentos. Como consecuencia, el dispositivo más lento limita la velocidad de operación del equipo GPIB.El IEEE-488 permite que hasta 15 dispositivos inteligentes compartan un simple bus paralelo de 8 bits, mediante conexión en cadena, con el dispositivo más lento determinando la velocidad de transferencia.

Las 16 líneas que componen el bus están agrupadas en tres grupos de acuerdo con sus funciones: 8 de bus de datos, 3 de bus de control de transferencia de datos y 5 de bus general. Algunas de ellas tienen retornos de corriente común y otras tienen un retorno propio, lo que provoca un aumento del número de líneas totales (8 masas).

1.5 INTERFASE UNIVERSAL USB

USB Universal Serial Bus es una interfase plug&play entre la PC y ciertos dispositivos tales como teclados, mouses, scanner, impresoras, módems, placas de sonido, camaras,etc) .

Una característica importante es que permite a los dispositivos trabajar a velocidades mayores, en promedio a unos 12 Mbps, esto es más o menos de 3 a 5 veces más rápido que un dispositivo de puerto paralelo y de 20 a 40 veces más rápido que un dispositivo de puerto serial.

Como Funciona

Trabaja como interfaz para transmisión de datos y distribución de energía, que ha sido introducida en el mercado de PC´s y periféricos para mejorar las lentas interfaces serie (RS-232) y paralelo. Esta interfaz de 4 hilos, 12 Mbps y "plug and play", distribuye 5V para alimentación, transmite datos y está siendo adoptada rápidamente por la industria informática.

Es un bus basado en el paso de un testigo, semejante a otros buses como los de las redes locales en anillo con paso de testigo y las redes FDDI. El controlador USB distribuye testigos por el bus. El dispositivo cuya dirección coincide con la que porta el testigo responde aceptando o enviando datos al controlador. Este también gestiona la distribución de energía a los periféricos que lo requieran.

Emplea una topología de estrellas apiladas que permite el funcionamiento simultáneo de 127 dispositivos a la vez. En la raíz o vértice de las capas, está el controlador anfitrión o host que controla todo el tráfico que circula por el bus. Esta topología permite a muchos dispositivos conectarse a un único bus lógico sin que los dispositivos que se encuentran más abajo en la pirámide sufran retardo. A diferencia de otras arquitecturas, USB no es un bus de almacenamiento y envío, de forma que no se produce retardo en el envío de un paquete de datos hacia capas inferiores.

El sistema de bus serie universal USB consta de tres componentes:

Controlador Hubs o Concentradores Periféricos

1.6 BUSES DE DATOS ISA/PCMCIA

Buses ISA de una placa base para Pentium I

El Industry Standard Architecture (en inglés, Arquitectura Estándar Industrial), casi siempre abreviado ISA, es una arquitectura de bus creada por IBM en 1980 en Boca Raton, Florida para ser empleado en los IBM PC.

Slot ISA de 8 bits (arquitectura XT)

La arquitectura XT es una arquitectura de bus de 8 bits usada en los PC con procesadores Intel 8086 y 8088, como los IBM PC e IBM PC XT en los 80. Precede al la arquitectura AT de 16 bits usada en las máquinas compatibles IBM Personal Computer/AT.

El bus XT tiene cuatro canales DMA, de los que tres están en los slots de expansión. De esos tres, dos están normalmente asignados a funciones de la máquina:

Canal DMA

Expansión Función estándar

0 No Refresco de la RAM dinámica1 Sí Tarjetas de ampliación2 Sí Controladora de disquetes3 Sí Controladora de disco duro

CardBus

El estándar CardBus (a veces denominado PC Card de 32-bits) apareció en el año 1995, permitiendo la transferencia de datos a 32 bits a una velocidad de 33 MHz, con una carga de 3V (en contraste con los 5,5 V de PCMCIA).

BUS PCMCIA

PCMCIA significa Personal Computer Memory Card International Association, una asociación Internacional centrada en el desarrollo de tarjetas de memoria para ordenadores personales que permiten añadir al ordenador nuevas funciones

La asociación de fabricantes PCMCIA ha desarrollado un bus de 32 bits que presenta, como principales ventajas, la capacidad de configuración automática de los periféricos y la posibilidad de insertar o extraer tarjetas del equipo sin necesidad de apagarlo, pero al mismo tiempo adolece de inconvenientes potenciales en cuanto a posibilidad de intercambio de tarjetas entre equipos de distintos fabricantes.

Ya en 1991 PCMCIA había definido una interfaz I/O (entrada/salida) para el mismo conector de 68 pines que inicialmente se usaba en las tarjetas de memoria. A medida que los diseñadores se daban cuenta de la necesidad de un software común para aumentar la compatibilidad, se fueron añadiendo primero las especificaciones de servicios de socket, seguidos de los servicios de especificación de tarjeta.

 

Tipo I

Las tarjetas diseñadas para la especificación original (versión 1.x) son del Tipo I y tienen una interfaz de 16-bit y 3.3 mm de espesor. Las PCMCIA del Tipo I son usadas usualmente para dispositivos de memoria como RAM, memoria flash, OTP, y SRAM.

Tipo II

Las PCMCIA del Tipo II tienen una interfaz tanto de 16 y 32-bit, ambas con 5.0 mm de espesor. Introdujeron soporte para E/S, permitiendo a los dispositivos conectarse entre si o añadiendo conectores que la computadora portátil no poseía originalmente. Por ejemplo, módems, placas de red y capturadoras de TV. Debido a su delgadez, la mayoría de las tarjetas Tipo II tienen diminutos conectores que son usados para conectarse entre sí.

Tipo III

Al igual que las del Tipo II, las PC Card del Tipo III tienen una interfaz tanto de 16 y 32-bit, pero tienen 10.5 mm de espesor, permitiéndoles adaptar funciones que no entrarían en tarjetas del Tipo I o II. Por ejemplo, discos duros y conectores de gran tamaño.

Tipo IV

Las PCMCIA del Tipo IV, introducidas por Toshiba, no han sido oficialmente estandarizadas o sancionadas por la PCMCIA. Tienen 16 mm de espesor.

UNIDAD II. PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN

2.1 NIVELES DE PROTOCOLOS

La base de Internet, y razón principal de su éxito, son sus protocolos. Dentro de cada nivel se utilizan distintas normas o protocolos, llegando incluso a depender, dentro de un nivel, la norma utilizada del servicio a prestar.

Nivel de transporte

Es un protocolo orientado a la conexión queda establecida cuando un nodo determinado comienza a enviar paquetes a otro nodo. Todos los paquetes entre los dos nodos pasan por la misma ruta durante todo el tiempo que dura la conexión. Son protocolos orientados a conexión. Al tener una ruta fija y única durante el tiempo que dura la conexión si en un momento dado alguno de los enlaces o enrutadores involucrados en formar el circuito virtual tiene algún problema, la conexión entre los nodos origen y destino queda rota.

Nivel de interred

Se trata de un protocolo no orientado a conexión, encargado de las cuestiones relativas a direccionamiento de los paquetes que le suministra la capa de transporte.

De esta forma, el protocolo que principalmente se identifica con Internet es el Transmission Control Protocol / Internet Protocol, TCP/IP, si bien la parte fundamental de la estructura, en la que se basan todas las aplicaciones, es la establecida por la norma IP, encargado de determinar los procedimientos de direccionamiento y encaminamiento que deben seguir todas las informaciones transmitidas, independientemente de la red física que se utilice para la conexión.

Como cada servicio tiene sus propias necesidades, existen diferentes protocolos de niveles superiores que usan IP. Aunque el protocolo IP establece las normas para que los paquetes alcancen su destino, lo que no se garantiza es cuándo lo van a alcanzar, cuántos o en qué orden, es decir, ofrece un servicio no orientado a conexión.

Direcciones IP

Entre los conceptos aportados por el protocolo IP están las denominadas direcciones IP, encargadas de identificar de manera única cada máquina o nodo dentro Internet.

Las direcciones Internet son números de 32 bits, es decir, cubre desde 0 a 2^32, aunque en lugar de usarse un espacio de direcciones plano del tipo: 1,2,3,... se eligió establecer una estructura en las direcciones, de forma que una dirección IP consta de cuatro números separados por puntos. Como para la representación de cada número se han destinado ocho bits, estos pueden ir de 0 a 255, es la denominada notación numérica con puntos. Así, por ejemplo, la dirección Internet “195.76.188.1” se corresponde de forma única con un nodo dentro de la red, de forma que todo paquete que lleve este destino sólo acabará su viaje felizmente si llega a él.

Usuarios y dominios

Las direcciones IP son tratadas por los diversos nodos que deba atravesar nuestro paquete de información, sin embargo existe un modo alternativo de direccionamiento utilizando el concepto de dominio como alias de una dirección IP pura. A cada usuario en Internet se le asocia una dirección Internet única, formada por el identificador de usuario y el identificador del ordenador o dominio en que se encuentra, separados ambos por el carácter arroba (@).La sintaxis general de cualquier dirección Internet es: USERID@DOMINIO.

Números de puerto

Se trata de un concepto proveniente del mundo UNIX, nuevamente. Tanto TCP como UDP identifican una aplicación mediante un número de puerto de 16 bits. Así, los servidores, que son aplicaciones, tienen asignado igualmente un número de puerto. Existe un número de puerto típico para cada servicio, de forma que se dice que una aplicación servidora está “escuchando” en el puerto que se le ha asignado, su puerto típico normalmente, a la espera de peticiones de clientes. Cuando éstas llegan, se atienden, bien de forma secuencial o bien de forma concurrente.

Nivel de red/enlace

En los protocolos usados en Internet, según nos acercamos al medio físico, la diversidad de los mismos provoca que existan varios protocolos a nivel de red/enlace para adaptarse a las peculiaridades de cada medio físico.

Un usuario conectándose por una línea serie, tenemos la posibilidad de que se trata de una línea de la red telefónica conmutada (RTC) o una línea punto a punto. Ambos casos fueron contemplados, definiéndose sendos estándares para cada uno de ellos. Así, se definió el protocolo de Internet para líneas serie (Serial Line Internet Protocol, SLIP) y el protocolo para líneas punto a punto (Point to Point Protocol, PPP) destinados a implementar la funcionalidad del nivel de red y enlace sobre los citados medios físicos. De estos dos protocolos el primero de ellos, SLIP.

Si bien el protocolo SLIP está específicamente diseñado para el transporte de tráfico TCP/IP, la tendencia actual es hacia el uso cada vez mayor del protocolo PPP, ya que, aunque su nombre pueda despistarnos, también es apto para líneas telefónicas conmutadas, las normales en nuestra casa u oficina, siempre que nuestro proveedor de Internet disponga de un servidor PPP para atender nuestra llamada.

2.2 PROTOCOLO X.25

El protocolo X.25 es un estándar UIT-T para redes de área amplia de conmutación de paquetes. Su protocolo de enlace, LAPB, está basado en el protocolo HDLC (publicado por ISO, y el cual a su vez es una evolución del protocolo SDLC de IBM). Establece mecanismos de direccionamiento entre usuarios, negociación de características de comunicación, técnicas de recuperación de errores. Los servicios públicos de conmutación de paquetes admiten numerosos tipos de estaciones de distintos fabricantes. Por lo tanto, es de la mayor importancia definir la interfaz entre el equipo del usuario final y la red.

X.25 y su relación con el modelo OSI

OSI ha sido la base para la implementación de varios protocolos. Entre los protocolos comúnmente asociados con el modelo OSI, el conjunto de protocolos conocido como X.25 es probablemente el mejor conocido y el más ampliamente utilizado. X.25 fue establecido como una recomendación de la ITU-TS (Telecommunications Section de la International Telecommunications Union), una organización internacional que recomienda estándares para los servicios telefónicos internacionales. X.25 ha sido adoptado para las redes públicas de datos y es especialmente popular en Europa.

2.3 PROTOCOLO DE LÍNEA HDCL

HDLC (High-Level Data Link Control, control de enlace síncrono de datos) es un protocolo de comunicaciones de propósito general punto a punto, que opera a nivel de enlace de datos. Se basa en ISO 3309 e ISO 4335. Surge como una evolución del anterior SDLC. Proporciona recuperación de errores en caso de pérdida de paquetes de datos, fallos de secuencia y otros, por lo que ofrece una comunicación confiable entre el transmisor y el receptor.

De este protocolo derivan otros como LAPB, LAPF y PPP.

Características básicas del HDLC

HDLC define tres tipos de estaciones, tres configuraciones del enlace y tres modos de operación para la transferencia de los datos.

Los tres tipos de estaciones son:

Estación primaria: se caracteriza porque tiene la responsabilidad de controlar el funcionamiento del enlace. Las tramas generadas por la primaria se denominan órdenes.

Estación secundaria: funciona bajo el control de la estación primaria. Las tramas generadas por la estación secundaria se denominan respuestas. La primaria establece un enlace lógico independiente para cada una de las secundarias presentes en la línea.

Estación combinada: es una mezcla entre las características de las primarias y las secundarias. Una estación de este tipo puede generar tanto órdenes como respuestas.

Las tres posibles configuraciones del enlace son:

Configuración no balanceada: está formada por una estación primaria y una o más secundarias. Permite transmisión full-duplex y semi-duplex.

Configuración balanceada: consiste en dos estaciones combinadas. Permite igualmente transmisión full-duplex o semi-duplex.

Configuración simétrica: dos estaciones físicas, cada una con una estación lógica, de forma que se conectan una primaria de una estación física con la secundaria de la otra estación física.

Los tres modos de transferencia de datos son:

Modo de respuesta normal (NRM, Normal Response Mode): se utiliza en la configuración no balanceada. La estación primaria puede iniciar la transferencia de datos a la secundaria, pero la secundaria solo puede transmitir datos usando respuestas a las órdenes emitidas por la primaria.

Modo balanceado asíncrono (ABM, Asynchronous Balanced Mode): se utiliza en la configuración balanceada. En este modo cualquier estación combinada podrá iniciar la transmisión sin necesidad de recibir permiso por parte de la otra estación combinada.

Modo de respuesta asíncrono (ARM, Asynchronous Response Mode): se utiliza en la configuración no balanceada. La estación secundaria puede iniciar la transmisión sin tener permiso explicito por parte de la primaria. La estación primaria sigue teniendo la responsabilidad del funcionamiento de la línea, incluyendo la iniciación, la recuperación de errores, y la desconexión lógica.

El NRM suele usarse en líneas con múltiples conexiones y en enlaces punto a punto, mientras que el ABM es el más utilizado de los tres modos; debido a que en ABM no se necesitan hacer sondeos, la utilización de los enlaces punto a punto con full-duplex es más eficiente con este modo. ARM solo se usa en casos muy particulares.

2.4 MODELO ISO/OSI

El modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI, Open System Interconnection) fue el modelo de red descriptivo creado por la Organización Internacional para la Estandarización lanzado en 1984. Es decir, fue un marco de referencia para la definición de arquitecturas de interconexión de sistemas de comunicaciones.

Modelo de referencia OSI

Siguiendo el esquema de este modelo se crearon numerosos protocolos, por ejemplo X.25, que durante muchos años ocuparon el centro de la escena de las comunicaciones informáticas. El advenimiento de protocolos más flexibles donde las capas no están tan demarcadas y la correspondencia con los niveles no era tan clara puso a este esquema en un segundo plano. Sin embargo es muy usado en la enseñanza como una manera de mostrar como puede estructurarse una "pila" de protocolos de comunicaciones.

El modelo en sí mismo no puede ser considerado una arquitectura, ya que no especifica el protocolo que debe ser usado en cada capa, sino que suele hablarse de modelo de referencia. Este modelo está dividido en siete capas:

Capa Física (Capa 1)

La Capa Física del modelo de referencia OSI es la que se encarga de las conexiones físicas de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico (medios guiados: cable coaxial, cable de par trenzado, fibra óptica y otros tipos de cables; medios no guiados: radio, infrarrojos, microondas, láser y otras redes inalámbricas); características del medio (p.e. tipo de cable o calidad del mismo; tipo de conectores normalizados o en su caso tipo de antena; etc.) y la forma en la que se transmite la información (codificación de señal, niveles de tensión/intensidad de corriente eléctrica, modulación, tasa binaria, etc.)

Es la encargada de transmitir los bits de información a través del medio utilizado para la transmisión. Se ocupa de las propiedades físicas y características eléctricas de los diversos componentes; de la velocidad de transmisión, si ésta es uni o bidireccional (símplex, dúplex o full-

dúplex). También de aspectos mecánicos de las conexiones y terminales, incluyendo la interpretación de las señales eléctricas/electromagnéticas.

Se encarga de transformar una trama de datos proveniente del nivel de enlace en una señal adecuada al medio físico utilizado en la transmisión. Estos impulsos pueden ser eléctricos (transmisión por cable) o electromagnéticos (transmisión sin cables). Estos últimos, dependiendo de la frecuencia / longitud de onda de la señal pueden ser ópticos, de micro-ondas o de radio. Cuando actúa en modo recepción el trabajo es inverso; se encarga de transformar la señal transmitida en tramas de datos binarios que serán entregados al nivel de enlace.

Sus principales funciones se pueden resumir como:

Definir el medio o medios físicos por los que va a viajar la comunicación: cable de pares trenzados (o no, como en RS232/EIA232), coaxial, guías de onda, aire, fibra óptica.

Definir las características materiales (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas (niveles de tensión) que se van a usar en la transmisión de los datos por los medios físicos.

Definir las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico).

Transmitir el flujo de bits a través del medio. Manejar las señales eléctricas/electromagnéticas Especificar cables, conectores y componentes de interfaz con el medio de transmisión,

polos en un enchufe, etc. Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad de ésta).

Codificación de la señal

El nivel físico recibe una trama binaria que debe convertir a una señal eléctrica, electromagnética u otra dependiendo del medio, de tal forma que a pesar de la degradación que pueda sufrir en el medio de transmisión vuelva a ser interpretable correctamente en el receptor.

En el caso más sencillo el medio es directamente digital, como en el caso de las fibras ópticas, dado que por ellas se transmiten pulsos de luz.

Cuando el medio no es digital hay que codificar la señal, en los casos más sencillos la codificación puede ser por pulsos de tensión (PCM o Pulse Code Modulation) (por ejemplo 5 V para los "unos" y 0 V para los "ceros"), es lo que se llama codificación unipolar RZ. Otros medios se codifican mediante presencia o ausencia de corriente. En general estas codificaciones son muy simples y no usan bien la capacidad de medio. Cuando se quiere sacar más partido al medio se usan técnicas de modulación más complejas, y suelen ser muy dependientes de las características del medio concreto.

En los casos más complejos, como suelen ser las comunicaciones inalámbricas, se pueden dar modulaciones muy sofisticadas, este es el caso de los estándares Wi-Fi, en el que se utiliza codificación OFDM.

Topología y medios compartidos

Indirectamente, el tipo de conexión que se haga en la capa física puede influir en el diseño de la capa de Enlace. Atendiendo al número de equipos que comparten un medio hay dos posibilidades:

Conexiones punto a punto: que se establecen entre dos equipos y que no admiten ser compartidas por terceros

Conexiones multipunto: en la que más de dos equipos pueden usar el medio.

Así por ejemplo la fibra óptica no permite fácilmente conexiones multipunto (sin embargo, véase FDDI) y por el contrario las conexiones inalámbricas son inherentemente multipunto (sin embargo, véanse los enlaces infrarrojos). Hay topologías por ejemplo la topología de anillo, que permiten conectar muchas máquinas a partir de una serie de conexiones punto a punto (Directa entre dos maquinas).

Capa de enlace de datos (Capa 2)

Cualquier medio de transmisión debe ser capaz de proporcionar una transmisión sin errores, es decir, un tránsito de datos fiable a través de un enlace físico. Debe crear y reconocer los límites de las tramas, así como resolver los problemas derivados del deterioro, pérdida o duplicidad de las tramas. También puede incluir algún mecanismo de regulación del tráfico que evite la saturación de un receptor que sea más lento que el emisor.

La capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico, de la topología de la red, del acceso a la red, de la notificación de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo.

Se hace un direccionamiento de los datos en la red ya sea en la distribución adecuada desde un emisor a un receptor, la notificación de errores, de la topología de la red de cualquier tipo. La tarjeta NIC (Network Interface Card, Tarjeta de Interfaz de Red en español o Tarjeta de Red) que se encarga de que tengamos conexión, posee una dirección MAC (control de acceso al medio) y la LLC (control de enlace lógico).

Los Switches realizan su función en esta capa siempre y cuando este encendido el nodo.

Capa de red (Capa 3)

El cometido de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aun cuando ambos no estén conectados directamente. Los dispositivos que facilitan tal tarea se denominan en castellano encaminadores, aunque es más frecuente encontrar el nombre inglés routers y, en ocasiones enrutadores.

Adicionalmente la capa de red lleva un control de la congestión de red, que es el fenómeno que se produce cuando una saturación de un nodo tira abajo toda la red (similar a un atasco en un cruce importante en una ciudad grande). La PDU(Unidad de Datos del Protocolo, por sus siglas en inglés) de la capa 3 es el paquete.

Los routers trabajan en esta capa, aunque pueden actuar como switch de nivel 2 en determinados casos, dependiendo de la función que se le asigne. Los firewalls actúan sobre esta capa principalmente, para descartar direcciones de máquinas.

En este nivel se realiza el direccionamiento lógico y la determinación de la ruta de los datos hasta su receptor final.

Capa de transporte (Capa 4)

Su función básica es aceptar los datos enviados por las capas superiores, dividirlos en pequeñas partes si es necesario, y pasarlos a la capa de red. En el caso del modelo OSI, también se asegura que lleguen correctamente al otro lado de la comunicación. Otra característica a destacar es que debe aislar a las capas superiores de las distintas posibles implementaciones de tecnologías de red en las capas inferiores, lo que la convierte en el corazón de la comunicación. En esta capa se proveen servicios de conexión para la capa de sesión que serán utilizados finalmente por los usuarios de la red al enviar y recibir paquetes. Estos servicios estarán asociados al tipo de comunicación empleada, la cual puede ser diferente según el requerimiento que se le haga a la capa de transporte. Por ejemplo, la comunicación puede ser manejada para que los paquetes sean entregados en el orden exacto en que se enviaron, asegurando una comunicación punto a punto libre de errores, o sin tener en cuenta el orden de envío. Una de las dos modalidades debe establecerse antes de comenzar la comunicación para que una sesión determinada envíe paquetes, y ése será el tipo de servicio brindado por la capa de transporte hasta que la sesión finalice. De la explicación del funcionamiento de esta capa se desprende que no está tan encadenada a capas inferiores como en el caso de las capas 1 a 3, sino que el servicio a prestar se determina cada vez que una sesión desea establecer una comunicación. Todo el servicio que presta la capa está gestionado por las cabeceras que agrega al paquete a transmitir.

Capa de sesión (Capa 5)

Esta capa establece, gestiona y finaliza las conexiones entre usuarios (procesos o aplicaciones) finales. Ofrece varios servicios que son cruciales para la comunicación, como son:

Control de la sesión a establecer entre el emisor y el receptor (quién transmite, quién escucha y seguimiento de ésta).

Control de la concurrencia (que dos comunicaciones a la misma operación crítica no se efectúen al mismo tiempo).

Mantener puntos de verificación (checkpoints), que sirven para que, ante una interrupción de transmisión por cualquier causa, la misma se pueda reanudar desde el último punto de verificación en lugar de repetirla desde el principio.

Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. En muchos casos, los servicios de la capa de sesión son parcial o totalmente prescindibles.

En conclusión esta capa es la que se encarga de mantener el enlace entre los dos computadores que estén transmitiendo datos de cualquier índole.

Capa de presentación (Capa 6)

El objetivo de la capa de presentación es encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres (ASCII, Unicode, EBCDIC), números (little-endian tipo Intel, big-endian tipo Motorola), sonido o imágenes, los datos lleguen de manera reconocible.

Esta capa es la primera en trabajar más el contenido de la comunicación que el cómo se establece la misma. En ella se tratan aspectos tales como la semántica y la sintaxis de los datos transmitidos, ya que distintas computadoras pueden tener diferentes formas de manejarlas.

Esta capa también permite cifrar los datos y comprimirlos. En pocas palabras es un traductor.

Por todo ello, podemos resumir la definición de esta capa como aquella encargada de manejar la estructura de datos abstracta y realizar las conversiones de representación de los datos necesarios para la correcta interpretación de los mismos.

Capa de aplicación (Capa 7)

Ofrece a las aplicaciones (de usuario o no) la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico (POP y SMTP), gestores de bases de datos y servidor de ficheros (FTP). Hay tantos protocolos como aplicaciones distintas y puesto que continuamente se desarrollan nuevas aplicaciones el número de protocolos crece sin parar.

Cabe aclarar que el usuario normalmente no interactúa directamente con el nivel de aplicación. Suele interactuar con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación pero ocultando la complejidad subyacente. Así por ejemplo un usuario no manda una petición "GET index.html HTTP/1.0" para conseguir una página en html, ni lee directamente el código html/xml.

Entre los protocolos (refiriéndose a protocolos genéricos, no a protocolos de la capa de aplicación de OSI) más conocidos destacan:

HTTP (HyperText Transfer Protocol = Protocolo de Transferencia de Hipertexto) el protocolo bajo la www.

FTP (File Transfer Protocol = Protocolo de Transferencia de Archivos) ( FTAM, fuera de TCP/IP) transferencia de ficheros.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol = Protocolo Simple de Correo) (X.400 fuera de tcp/ip) envío y distribución de correo electrónico.

POP (Post Office Protocol = Protocolo de Oficina de Correo)/IMAP: reparto de correo al usuario final.

SSH (Secure Shell = Capa Segura) principalmente terminal remoto, aunque en realidad cifra casi cualquier tipo de transmisión.

Telnet otro terminal remoto, ha caído en desuso por su inseguridad intrínseca, ya que las claves viajan sin cifrar por la red.

Hay otros protocolos de nivel de aplicación que facilitan el uso y administración de la red:

SNMP (Simple Network Management Protocol) DNS (Domain Name System)...

2.5 TCP/IP

Se han desarrollado diferentes familias de protocolos para comunicación por red de datos para los sistemas UNIX. El más ampliamente utilizado es el Internet Protocol Suite, comúnmente conocido como TCP / IP.

Es un protocolo DARPA que proporciona transmisión fiable de paquetes de datos sobre redes. El nombre TCP / IP Proviene de dos protocolos importantes de la familia, el Transmission Contorl Protocol (TCP) y el Internet Protocol (IP). Todos juntos llegan a ser más de 100 protocolos diferentes definidos en este conjunto.

El TCP / IP es la base del Internet que sirve para enlazar computadoras que utilizan diferentes sistemas operativos, incluyendo PC, minicomputadoras y computadoras centrales sobre redes de área local y área extensa. TCP / IP fue desarrollado y demostrado por primera vez en 1972 por el departamento de defensa de los Estados Unidos, ejecutándolo en el ARPANET una red de área extensa del departamento de defensa.

Comandos TCP/IP

TCP/IP incluye dos grupos de comandos utilizados para suministrar servicios de red:

Los comandos remotos BERKELEY Los comandos DARPA

Los comandos remotos BERKELEY, que fueron desarrollados en la Universidad Berkeley (California), incluyen órdenes para comunicaciones entre sistemas operativos UNIX, como copia remota de archivos, conexión remota, ejecución de shell remoto, etc.

Permiten utilizar recursos con otros hosts, pudiendo tratar distintas redes como si fueran una sola.

En la versión 4 para UNIX Sistema V, se pueden distinguir los siguientes comandos más comunes:

RCP Realiza una copia de archivos al mismo o a otro servidor RLOGINGL-RLOGINVT Se utiliza para hacer una conexión al mismo o a otro servidor REXEC-RSH Permite ejecutar comandos del sistema operativo en el mismo o en otro

servidor.

Los comandos DARPA incluyen facilidades para emulación de terminales, transferencia de archivos, correo y obtención de información sobre usuarios. Pueden ser utilizadas para comunicación con computadores que ejecutan distintos sistemas operativos.

UNIDAD III Arquitectura de redes

3.1 TOPOLOGÍAS DE REDES

La topología o forma lógica de una red se define como la forma de tender el cable a estaciones de trabajo individuales; por muros, suelos y techos del edificio. Existe un número de factores a considerar para determinar cual topología es la más apropiada para una situación dada.

La topología en una red es la configuración adoptada por las estaciones de trabajo para conectarse entre sí.

TOPOLOGÍAS MÁS COMUNES

Red en malla

La Red en malla es una topología de red en la que cada nodo está conectado a uno o más de los otros nodos. De esta manera es posible llevar los mensajes de un nodo a otro por diferentes caminos.

Si la red de malla está completamente conectada no puede existir absolutamente ninguna interrupción en las comunicaciones. Cada servidor tiene sus propias conexiones con todos los demás servidores.

Red en bus

Topología de red en la que todas las estaciones están conectadas a un único canal de comunicaciones por medio de unidades interfaz y derivadores. Las estaciones utilizan este canal para comunicarse con el resto.

La topología de bus tiene todos sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene ninguna otra conexión entre nodos. Físicamente cada host está conectado a un cable común, por lo que se pueden comunicar directamente, aunque la ruptura del cable hace que los hosts queden desconectados.

La topología de bus permite que todos los dispositivos de la red puedan ver todas las señales de todos los demás dispositivos, lo que puede ser ventajoso si desea que todos los dispositivos obtengan esta información. Sin embargo, puede representar una desventaja, ya que es común que se produzcan problemas de tráfico y colisiones, que se pueden paliar segmentando la red en varias partes. Es la topología más común en pequeñas LAN, con hub o switch final en uno de los extremos.

Red en estrella

Red en la cual las estaciones están conectadas directamente al servidor u ordenador y todas las comunicaciones se han de hacer necesariamente a través de él. Todas las estaciones están conectadas por separado a un centro de comunicaciones, concentrador o nodo central, pero no están conectadas entre sí. Esta red crea una mayor facilidad de supervisión y control de información ya que para pasar los mensajes deben pasar por el hub o concentrador, el cual gestiona la redistribución de la información a los demás nodos. La fiabilidad de este tipo de red es que el malfuncionamiento de un ordenador no afecta en nada a la red entera, puesto que cada ordenar se conecta independientemente del hub, el costo del cableado puede llegar a ser muy alto. Su punto débil consta en el hub ya que es el que sostiene la red en uno.

Red Inalámbrica Wi-Fi

Wi-Fi es una marca de la Wi-Fi Alliance (anteriormente la Wireless Ethernet Compatibility Alliance), la organización comercial que prueba y certifica que los equipos cumplen los estándares IEEE 802.11x.

Las nuevas redes sin cables hacen posible que se pueda conectar a una red local cualquier dispositivo sin necesidad de instalación, lo que permite que nos podamos pasear libremente por la oficina con nuestro ordenador portátil conectado a la red o conectar sin cables cámaras de vigilancia en los lugares más inaccesibles. También se puede instalar en locales públicos y dar el servicio de acceso a Internet sin cables.

La norma IEEE 802.11b dio carácter universal a esta tecnología que permite la conexión de cualquier equipo informático a una red de datos Ethernet sin necesidad de cableado, que actualmente se puede integrar también con los equipos de acceso ADSL para Internet.

3.2 REDES LAN

Una red de área local, red local o LAN (del inglés Local Area Network) es la interconexión de varios ordenadores y periféricos. Su extensión está limitada físicamente a un edificio o a un entorno de 200 metros o con repetidores podríamos llegar a la distancia de un campo de 1 kilómetro. Su aplicación más extendida es la interconexión de ordenadores personales y estaciones de trabajo en oficinas, fábricas, etc., para compartir recursos e intercambiar datos y aplicaciones. En definitiva, permite que dos o más máquinas se comuniquen.

El término red local incluye tanto el hardware como el software necesario para la interconexión de los distintos dispositivos y el tratamiento de la información.

Características importantes Tecnología broadcast (difusión) con el medio de transmisión compartido. Capacidad de transmisión comprendida entre 1 Mbps y 1 Gbps. Extensión máxima no superior a 3 km (una FDDI puede llegar a 200 km) Uso de un medio de comunicación privado La simplicidad del medio de transmisión que utiliza (cable coaxial, cables telefónicos y fibra

óptica) La facilidad con que se pueden efectuar cambios en el hardware y el software Gran variedad y número de dispositivos conectados Posibilidad de conexión con otras redes Limitante de 100 m

Topología de la redLa topología de red define la estructura de una red. Una parte de la definición topológica es la topología física, que es la disposición real de los cables o medios. La otra parte es la topología lógica, que define la forma en que los hosts acceden a los medios para enviar datos. Las topologías más comúnmente usadas son las siguientes:

Topologías físicas Una topología de bus circular usa un solo cable backbone que debe terminarse en ambos

extremos. Todos los hosts se conectan directamente a este backbone. 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. Una topología en estrella extendida conecta estrellas individuales entre sí mediante la

conexión de hubs o switches. Esta topología puede extender el alcance y la cobertura de la red.

Una topología jerárquica es similar a una estrella extendida. Pero en lugar de conectar los HUBs o switches entre sí, el sistema se conecta con un computador que controla el tráfico de la topología.

3.3 REDES WAN

Una Red de Área Amplia (Wide Area Network o WAN, del inglés), es un tipo de red de computadoras capaz de cubrir distancias desde unos 100km hasta unos 1000 km, dando el servicio a un país o un continente. Un ejemplo de este tipo de redes sería RedIRIS, Internet o cualquier red en la cual no estén en un mismo edificio todos sus miembros (sobre la distancia hay discusión posible). Muchas WAN son construidas por y para una organización o empresa particular y son de uso privado, otras son construidas por los proveedores de Internet (ISP) para proveer de conexión a sus clientes.

Hoy en día Internet proporciona WAN de alta velocidad, y la necesidad de redes privadas WAN se ha reducido drásticamente mientras que las VPN que utilizan cifrado y otras técnicas para hacer esa red dedicada aumentan continuamente.

Normalmente la WAN es una red punto a punto, es decir, red de paquete conmutado. Las redes WAN pueden usar sistemas de comunicación vía satélite o de radio. Fue la aparición de los portátiles y los PDA la que trajo el concepto de redes inalámbricas.

Una red de área amplia o WAN (Wide Area Network) se extiende sobre un área geográfica extensa, a veces un país o un continente, y su función fundamental está orientada a la interconexión de redes o equipos terminales que se encuentran ubicados a grandes distancias entre sí. Para ello cuentan con una infraestructura basada en poderosos nodos de conmutación que llevan a cabo la interconexión de dichos elementos, por los que además fluyen un volumen apreciable de información de manera continúa. Los elementos de conmutación también son dispositivos de altas prestaciones, pues deben ser capaces de manejar la cantidad de tráfico que por ellos circula. De manera general, a estos dispositivos les llegan los datos por una línea de entrada, y este debe encargarse de escoger una línea de salida para reenviarlos.

A continuación se presentan las topologías usadas en redes WAN:

Punto a Punto

En esta topología cada nodo se conecta a otro a través de circuitos dedicados, es decir, canales que son arrendados por empresas o instituciones a las compañías telefónicas. Dichos canales están siempre disponibles para la comunicación entre los dos puntos.

Esta configuración es solo funcional para pequeñas WANs ya que todos los nodos deben participar en el tráfico, es decir que si aumenta la cantidad de nodos aumenta la cantidad de tráfico y esto con el consiguiente encarecimiento de la red.

Anillo

En la topología de anillo cada nodo es conectado a otros dos más formando un patrón de anillo. Esta topología tiene dos ventajas: por un lado si existe algún problema en las conexiones en un cable, la información le sigue llegando al nodo usando otro recorrido y si algún nodo está muy ocupado el tráfico se puede derivar hacia otros nodos.

Extender este tipo de redes es más caro que extender una red punto-a-punto ya que se necesita al menos un enlace más.

Estrella

En esta configuración un nodo actúa como punto central de conexión para todos los demás, permitiendo así que en caso de que exista un fallo en alguno de los cables los demás nodos no pierdan conexión con el nodo central. La principal desventaja de esta topología es que algún problema que exista en el nodo central se convierte en un desastre total para la red ya que se pierde la conexión de todos los nodos.

Malla

En esta topología la esencia es buscar la interconexión de los nodos de tal manera que si uno falla los demás puedan redireccionar los datos rápida y fácilmente. Esta topología es la que más tolerancia tiene a los fallos porque es la que provee más caminos por donde puedan viajar los datos que van de un punto a otro.

La principal desventaja de las redes tipo malla es su costo, es por esto que se ha creado una alternativa que es la red de malla parcial en la cual los nodos más críticos (por los que pasa más trafico) se interconectan entre ellos y los demás nodos se interconectan a través de otra topología (estrella, anillo).

3.4 COMPONENTES DE UNA RED

Componentes básicos de una red

Servidor

Es una computadora utilizada para gestionar el sistema de archivos de la red, da servicio a las impresoras, controla las comunicaciones y realiza otras funciones. Puede ser dedicado o no dedicado.

La tarea de un servidor dedicado es procesar las peticiones realizadas por la estación de trabajo. Estas peticiones pueden ser de acceso a disco, a colas de impresión o de comunicaciones con otros dispositivos. La recepción, gestión y realización de estas peticiones puede requerir un tiempo considerable, que se incrementa de forma paralela al número de estaciones de trabajo activas en la red. Como el servidor gestiona las peticiones de todas las estaciones de trabajo, su carga puede ser muy pesada.

Estaciones de Trabajo

Se pueden conectar a través de la placa de conexión de red y el cableado correspondiente. Los terminales "tontos" utilizados con las grandes computadoras y mini computadoras son también utilizadas en las redes, y no poseen capacidad propia de procesamiento.

Sin embargo las estaciones de trabajo son, generalmente, sistemas inteligentes. Los terminales inteligentes son los que se encargan de sus propias tareas de procesamiento, así que cuanto mayor y más rápido sea el equipo, mejor.

Los terminales tontos en cambio, utilizan el espacio de almacenamiento así como los recursos disponibles en el servidor.

Tarjetas de Conexión de Red (Interface Cards)

Permiten conectar el cableado entre servidores y estaciones de trabajo. En la actualidad existen numerosos tipos de placas que soportan distintos tipos de cables y topologías de red.

Las placas contienen los protocolos y órdenes necesarios para soportar el tipo de red al que está destinada. Muchas tienen memoria adicional para almacenar temporalmente los paquetes de datos enviados y recibidos, mejorando el rendimiento de la red.

La compatibilidad a nivel físico y lógico se convierte en una cuestión relevante cuando se considera el uso de cualquier placa de red. Hay que asegurarse que la placa pueda funcionar en la estación deseada, y de que existen programas controladores que permitan al sistema operativo enlazarlo con sus protocolos y características a nivel físico.

Cableado

Una vez que tenemos las estaciones de trabajo, el servidor y las placas de red, requerimos interconectar todo el conjunto. El tipo de cable utilizado depende de muchos factores, que se mencionarán a continuación:Los tipos de cableado de red más populares son: par trenzado, cable coaxial y fibra óptica. Además se pueden realizar conexiones a través de radio o microondas. Cada tipo de cable o método tiene sus ventajas y desventajas. Algunos son propensos a interferencias, mientras otros no pueden usarse por razones de seguridad. La velocidad y longitud del tendido son otros factores a tener en cuenta el tipo de cable a utilizar.

3.5 SISTEMA OPERATIVO DE RED

Un sistema operativo de red (Network Operating System) es un componente software de una computadora que tiene como objetivo coordinar y manejar las actividades de los recursos del ordenador en una red de equipos. Consiste en un software que posibilita la comunicación de un sistema informático con otros equipos en el ámbito de una red.

Dependiendo del fabricante del sistema operativo de red, tenemos que el software de red para un equipo personal se puede añadir al propio sistema operativo del equipo o integrarse con él. Netware de Novell es el ejemplo más familiar y famoso de sistema operativo de red donde el software de red del equipo cliente se incorpora en el sistema operativo del equipo. El equipo personal necesita ambos sistema operativos para gestionar conjuntamente las funciones de red y las funciones individuales.

TIPOS DE SISTEMAS OPERATIVOS

En esta sección se describirán las características que clasifican a los sistemas operativos, básicamente se cubrirán tres clasificaciones: sistemas operativos por su estructura (visión interna), sistemas operativos por los servicios que ofrecen y, finalmente, sistemas operativos por la forma en que ofrecen sus servicios (visión externa).

Sistemas Operativos por Servicios

Monousuarios

Los sistemas operativos monousuarios son aquéllos que soportan a un usuario a la vez, sin importar el número de procesadores que tenga la computadora o el número de procesos o tareas que el usuario pueda ejecutar en un mismo instante de tiempo. Las computadoras personales típicamente se han clasificado en este renglón.

Multiusuarios

Los sistemas operativos multiusuarios son capaces de dar servicio a más de un usuario a la vez, ya sea por medio de varias terminales conectadas a la computadora o por medio de sesiones remotas en una red de comunicaciones. No importa el número de procesadores en la máquina ni el número de procesos que cada usuario puede ejecutar simultáneamente.

Monotareas

Los sistemas monotarea son aquellos que sólo permiten una tarea a la vez por usuario. Puede darse el caso de un sistema multiusuario y monotarea, en el cual se admiten varios usuarios al mismo tiempo pero cada uno de ellos puede estar haciendo solo una tarea a la vez.

Multitareas

Un sistema operativo multitarea es aquél que le permite al usuario estar realizando varias labores al mismo tiempo. Por ejemplo, puede estar editando el código fuente de un programa durante su depuración mientras compila otro programa, a la vez que está recibiendo correo electrónico en un

proceso en background. Es común encontrar en ellos interfaces gráficas orientadas al uso de menús y el ratón, lo cual permite un rápido intercambio entre las tareas para el usuario, mejorando su productividad.

Uniproceso

Un sistema operativo uniproceso es aquél que es capaz de manejar solamente un procesador de la computadora, de manera que si la computadora tuviese más de uno le sería inútil. El ejemplo más típico de este tipo de sistemas es el DOS y MacOS.

Multiproceso

Un sistema operativo multiproceso se refiere al número de procesadores del sistema, que es más de uno y éste es capaz de usarlos todos para distribuir su carga de trabajo. Generalmente estos sistemas trabajan de dos formas: simétrica o asimétricamente. Cuando se trabaja de manera asimétrica, el sistema operativo selecciona a uno de los procesadores el cual jugará el papel de procesador maestro y servirá como pivote para distribuir la carga a los demás procesadores, que reciben el nombre de esclavos. Cuando se trabaja de manera simétrica, los procesos o partes de ellos (threads) son enviados indistintamente a cualesquira de los procesadores disponibles, teniendo, teóricamente, una mejor distribución y equilibrio en la carga de trabajo bajo este esquema.

Sistemas Operativos de Red

Los sistemas operativos de red se definen como aquellos que tiene la capacidad de interactuar con sistemas operativos en otras computadoras por medio de un medio de transmisión con el objeto de intercambiar información, transferir archivos, ejecutar comandos remotos y un sin fin de otras actividades. El punto crucial de estos sistemas es que el usuario debe saber la sintaxis de un conjunto de comandos o llamadas al sistema para ejecutar estas operaciones, además de la ubicación de los recursos que desee accesar. Por ejemplo, si un usuario en la computadora hidalgo necesita el archivo matriz.pas que se localiza en el directorio

Sistemas Operativos Distribuidos

Los sistemas operativos distribuidos abarcan los servicios de los de red, logrando integrar recursos (impresoras, unidades de respaldo, memoria, procesos, unidades centrales de proceso) en una sola máquina virtual que a la que el usuario accede en forma transparente. Es decir, ahora el usuario ya no necesita saber la ubicación de los recursos, sino que los conoce por nombre y simplemente los usa como si todos ellos fuesen locales a su lugar de trabajo habitual.

UNIDAD IV. REDES INDUSTRIALES

4.1 PROFIBUS

Profibus es un estándar de comunicaciones para bus de campo. Deriva de las palabras PROcess FIeld BUS.

Versiones

Profibus tiene tres versiones o variantes:

Profibus DP (Periferia Descentralizada; Descentralised Peripherals), desarrollada en 1993, es la más extendida. Está orientada a control a nivel sensor/actuador.

Profibus FMS, diseñada para control a nivel de célula. Si bien fue la primera versión de Profibus, es una versión prácticamente obsoleta.

Profibus PA, es la solución integrada para control a nivel de proceso.

Conexiones físicas

Profibus tiene, conforme al estándar, cinco diferentes tecnologías de transmisión, que son identificadas como:

RS-485. Utiliza un par de cobre trenzado apantallado, y permite velocidades entre 9.6 kbps y 12 Mbps. Hasta 32 estaciones, o más si se utilizan repetidores.

MBP. Manchester Coding y Bus Powered, es transmisión sincrónica con una velocidad fija de 31.25 Kbps.

RS-485 IS. Las versiones IS son intrínsicamente seguras, utilizadas en zonas peligrosas (explosivas).

Fibra óptica. Incluye versiones de fibra de vidrio multimodo y monomodo, fibra plástica y fibra HCS.

Comunicaciones

Desde el punto de vista del control de las comunicaciones, el protocolo Profibus es maestro esclavo, pero permite:

Aplicaciones mono maestro. Un sólo maestro está activo en el bus, usualmente un PLC. Los demás dispositivos son esclavos. Este esquema es el que permite los ciclos de lectura más cortos

Aplicaciones multi maestro. Permite más de un maestro. Pueden ser aplicaciones de sistemas independientes, en que cada maestro tenga sus propios esclavos. U otro tipo de configuraciones con dispositivos de diagnóstico y otros.

Características:

Velocidades de transmisión: 9.6, 19.2, 93.75, 187.5, 500, 1500, 3000, 6000 y 12000 Kbps. Número máximo de estaciones: 127 (32 sin utilizar repetidores). Distancias máximas alcanzables (cable de 0.22 mm de diámetro): Hasta 93.75 KBaudios:

1200 metros 187.5 KBaudios: 600 metros 500 KBaudios: 200 metros. Estaciones pueden ser activas (maestros) o pasivas (esclavos). Conexiones de tipo bidireccionales, multicast o broadcast.

4.2 MODBUS

Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del Modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor, diseñado en 1979 por Modicon para su gama de controladores lógicos programables (PLCs). Convertido en un protocolo de comunicaciones estándar de facto en la industria es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones son:

1. Es público

2. Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo

3. Maneja bloques de datos sin suponer restricciones

Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a un ordenador. Modbus también se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión adquisición de datos (SCADA). Existen versiones del protocolo Modbus para puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP).

4.3 MODBUS PLUS

La comunicación mediante Modbus Plus permite intercambiar datos entre todos los equipos conectados al bus. El protocolo Modbus Plus se basa en el principio de un bus de token lógico (Logical Token passing). Cada estación de una misma red se identifica mediante una dirección comprendida entre 1 y 64 y cada estación puede acceder a la red tras recibir un token. Las direcciones duplicadas no son válidas.

Una vía de comunicación Modbus Plus consta de tres funciones principales:

Intercambios punto a punto de datos por mensajes utilizando el protocolo Modbus. Intercambios en difusión de datos globales entre todas las estaciones que participan en

dicho intercambio y Intercambios en multipunto de datos específicos por les servicios Peer Cop.

El tamaño del número de objetos por función de comunicación es de 1 a 125 palabras de datos útiles en modo lectura y de 1 a 120 palabras de datos útiles en modo escritura (la trama máxima de 256 bytes).

4.4 FIELD BUS

Es una red de tipo industrial que permite realizar la comunicación entre un Sistema de Control y los dispositivos de campo.

Soporta tanto señales análogas como discretas.

Como otros, remplaza a nuestro viejo estándar de señales análogas de 4-20 mA, llevando por un sólo cable varios instrumentos de campo.

Ventajas del protocolo:

Fue concebido para el control de procesos puede funcionar en ambientes industriales y/o peligrosos lleva la energía por el mismo cable puede reutilizar cables existentes soporta seguridad intrínseca control determinístico mantiene informado al usuario

4.5 UNITEL WAY

Se trata de una comunicación Multipunto , o sea el modem es un elemento más del bus UTW desde el cual podemos acceder a todos los PLC’a del bus . En realidad la misión del modem es la de convertir (modular / demodular ) las señales que llegan o salen del bus.

El bus UTW es un bus RS-485, por lo tanto para conectar en él un modem RS-232 será necesario utilizar un conversor lo cual implica que se van a conectar dos equipos DCE para poder acceder al bus.

Es imprescindible que el conversor RS-232/485 a conectar al modem, sea capaz de conmutar automaticamente la emisión / recepción (DE, driver enable) ya que no existe ninguna señal en el RS232 del modem que pueda servir para tal función.

Por lo demás, es como una comunicación Punto a Punto.

UNIDAD V. INTERNET

5.1 TELNET

Telnet (TELecommunication NETwork) es el nombre de un protocolo de red (y del programa informático que implementa el cliente), que sirve para acceder mediante una red a otra máquina, para manejarla remotamente como si estuviéramos sentados delante de ella. Para que la conexión funcione, como en todos los servicios de Internet, la máquina a la que se acceda debe tener un programa especial que reciba y gestione las conexiones. El puerto que se utiliza generalmente es el 23.

Telnet sólo sirve para acceder en modo terminal, es decir, sin gráficos, pero fue una herramienta muy útil para arreglar fallos a distancia, sin necesidad de estar físicamente en el mismo sitio que la máquina que los tenía. También se usaba para consultar datos a distancia, como datos personales en máquinas accesibles por red, información bibliográfica, etc.

Aparte de estos usos, en general telnet se ha utilizado (y aún hoy se puede utilizar en su variante SSH) para abrir una sesión con una máquina UNIX, de modo que múltiples usuarios con cuenta en la máquina, se conectan, abren sesión y pueden trabajar utilizando esa máquina. Es una forma muy usual de trabajar con sistemas UNIX.

5.2 INTERNET

Internet es un conjunto descentralizado de redes de comunicación interconectadas, que utilizan la familia de protocolos TCP/IP, garantizando que las redes físicas heterogéneas que la componen funcionen como una red lógica única, de alcance mundial. Sus orígenes se remontan a 1969, cuando se estableció la primera conexión de computadoras, conocida como ARPANET, entre tres universidades en California y una en Utah, Estados Unidos.

Uno de los servicios que más éxito ha tenido en Internet ha sido la World Wide Web (WWW, o "la Web"), hasta tal punto que es habitual la confusión entre ambos términos. La WWW es un conjunto de protocolos que permite, de forma sencilla, la consulta remota de archivos de hipertexto. Ésta fue un desarrollo posterior (1990) y utiliza Internet como medio de transmisión.

Existen, por tanto, muchos otros servicios y protocolos en Internet, aparte de la Web: el envío de correo electrónico (SMTP), la transmisión de archivos (FTP y P2P), las conversaciones en línea (IRC), la mensajería instantánea y presencia, la transmisión de contenido y comunicación multimedia -telefonía (VoIP), televisión (IPTV)-, los boletines electrónicos (NNTP), el acceso remoto a otras máquinas (SSH y Telnet) o los juegos en línea.

5.3 CONTROL DE DISPOSITIVOS A TRAVÉS DE INTERNET

Control Remoto Vía Internet

Hoy en día los dispositivos de control a distancia; principalmente los domésticos, se han vuelto muy populares debido a la necesidad que se genera por las prolongadas ausencias de las personas en general, de sus viviendas. Se hace necesario, buscar la forma de automatizar y controlar diferentes actividades domésticas.

RED

La red Internet es una herramienta eficiente para lograr la comunicación entre equipos de computo a lo largo del mundo; se aprovecharon las facilidades de conexión entre equipos de computo para enlazar las PC, la computadora que controla los dispositivos corre un software que determina que tipo de acción desea el usuario, pudiendo ser esta, la activación manual de algún dispositivo ó la programación de éste, para su posterior activación/desactivación. La computadora será encarga de enviar una señal a través de la red eléctrica de la casa habitación, y activar o desactivar el dispositivo.

TCP/IP

Internet es una red que enlaza millones de computadoras en el mundo, prácticamente, soporta todas las plataformas de hardware que existen, pues basa sus mecanismos de conexión en un conjunto de protocolos común, la llamada familia de protocolos TCP/IP (Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo Internet) estos protocolos fueron desarrollados para permitir la cooperación de las computadoras enlazadas en la transmisión y recepción de paquetes conteniendo la información a transferir. estos paquetes se encargan de intercambiar la información de una forma altamente eficiente y segura. A través de estos se enlazaran las computadoras.

La línea telefónica será nuestro mecanismo de enlace físico entre las computadoras proyectamos enlazar la PC del usuario remoto, a través de su conexión telefónica , utilizando un enlace a Internet -TCP/IP- a través de un ISP (Internet Service Provider); en este caso la propia Universidad de Guadalajara. A una PC conectada a un sistema de red, esta última debe poseer un dirección IP (con la cual se identifica de forma única en la totalidad de la red) y correr la misma versión de sistema operativo que la otra computadora.

5.4 MANIPULACIÓN VIRTUAL

La realidad virtual

La realidad virtual (RV) es por esencia una "realidad alternativa": imagen tridimensional de un mundo ficticio o de un mundo real pero que no está dentro del rango normal de alcance de los órganos de percepción del observador. No se limita, por ello, a los videojuegos ni tampoco a aplicaciones científicas de alto nivel. Tiende a transformarse, en verdad, en un nuevo medio de comunicación y podrá influenciar todos los campos del saber, de la enseñanza, de los negocios y de la entretención.

Uno de los problemas no técnicos de la RV es saber cómo el ser humano hará -desde ahora- la distinción entre el mundo de la experiencia y el ciberespacio.

Telepresencia

La "telepresencia" -fuera del ámbito de los juegos- constituye un aspecto que también puede ser de gran importancia para la investigación. Si un operador se mantiene conectado a un robot que se desplaza en un ambiente desconocido, a través de su "data suit" podrá ayudar a construir una representación de este entorno más adecuado para el cumplimiento de los objetivos de los investigadores. No sólo se podría visualizar así -por ejemplo- el suelo marciano sino también palparlo, experimentar el peso o la resistencia de su atmósfera, etc. de modo tal que otro investigador o estudiante pueda, después, repetir o incluso profundizar la experiencia sin estar directamente conectado al robot que esté en la superficie marciana (o de otro cuerpo celeste).