Fundamentos básicos de diseño de una red de área local

1) ALCANCE DE LAS REDES

El alcance de una red hace referencia a su tamaño geográfico. El tamaño de una red puede variar desde unos pocos equipos en una oficina hasta miles de equipos conectados a través de grandes distancias. Importante

Cuando se implementa correctamente una WAN, no se puede distinguir de una red de área local, y funciona como una LAN. El alcance de una red no hace referencia sólo al número de equipos en la red; también hace referencia a la distancia existente entre los equipos. El alcance de una red está determinado por el tamaño de la organización o la distancia entre los usuarios en la red.

El alcance determina el diseño de la red y los componentes físicos utilizados en su construcción. Existen dos tipos generales de alcance de una red:

• Redes de área local

• Redes de área extensa

Red de área local

Una red de área local (LAN) conecta equipos ubicados cerca unos de otros. Por ejemplo, dos equipos conectados en una oficina o dos edificios conectados mediante un cable de alta velocidad pueden considerarse una LAN. Una red corporativa que incluya varios edificios adyacentes también puede considerarse una LAN.

Protocolo TCP/IP

DEFINICION TCP / IP

Se han desarrollado diferentes familias de protocolos para comunicación por red de datos para los sistemas UNIX. El más ampliamente utilizado es elInternet 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.

LAS CAPAS CONCEPTUALES DEL SOFTWARE DE PROTOCOLOS

Pensemos los módulos del software de protocolos en una pila vertical constituida por capas. Cada capa tiene la responsabilidad de manejar una parte del problema.

Modelo OSI

El modelo de interconexión de sistemas abiertos, también llamado OSI (en inglés open system interconnection) es el modelo de red descriptivo creado por la Organización Internacional para la Estandarización en el año 1984. Es decir, es un marco de referencia para la definición de arquitecturas de interconexión de sistemas de comunicaciones.

Historia

A principios de 1980 el desarrollo de redes surgió con desorden en muchos sentidos. Se produjo un enorme crecimiento en la cantidad y tamaño de las redes. A medida que las empresas tomaron conciencia de las ventajas de usar tecnologías de conexión, las redes se agregaban o expandían a casi la misma velocidad a la que se introducían las nuevas tecnologías de red.

Para mediados de 1980, estas empresas comenzaron a sufrir las consecuencias de la rápida expansión. De la misma forma en que las personas que no hablan un mismo idioma tienen dificultades para comunicarse, las redes que utilizaban diferentes especificaciones e implementaciones tenían dificultades para intercambiar información. El mismo problema surgía con las empresas que desarrollaban tecnologías de conexiones privadas o propietarias. "Propietario" significa que una sola empresa o un pequeño grupo de empresas controlan todo uso de la tecnología. Las tecnologías de conexión que respetaban reglas propietarias en forma estricta no podían comunicarse con tecnologías que usaban reglas propietarias diferentes.

Para enfrentar el problema de incompatibilidad de redes, la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) investigó modelos de conexión como la red de Digital Equipment Corporation (DECnet), la Arquitectura de Sistemas de Red (Systems Network Architecture) y TCP/IP a fin de encontrar un conjunto de reglas aplicables de forma general a todas las redes. Con base en esta investigación, la ISO desarrolló un modelo de red que ayuda a los fabricantes a crear redes que sean compatibles con otras redes.

Infraestructura de una red de datos

Red de Datos La arquitectura de la red de datos es la que se presenta en la Figura 1, consiste de una dorsal basada en fibra óptica que conecta a todos los edificios del CICESE, y utiliza la tecnología Fast Ethernet para el transporte de la información a 100 Mbps. El equipo central de la dorsal es un switch router de 24 puertos Cisco Catalyst 3750, que interconecta todos los edificios del CICESE, así como algunos de los servidores (Proxy cache, Telefonía IP Nortel, Telefonía IP Cisco (para CPIC), Firewall y Detección de intrusos, servidor de correo, DHCP, tarificador telefónico, contestador telefónico). También se conectan los conmutadores de datos administrables que se localizan en cada uno de los edificios, y de esos conmutadores administrables se derivan las subredes dentro de los edificios mediante conmutadores de datos sencillos con velocidad final de usuarios de 100 Mbps, y en algunos casos de 1000 Mbps. Hay un total de 2651 puertos de datos instalados en toda la red CICESE, de los cuales se están ocupando 2145. Se tienen 6 enlaces hacia el exterior, el Enrutador Juniper M5 provee el acceso a Internet2 al CICESE, a la UABC (Campus Ensenada), al Instituto de Astronomía de la UNAM y al Centro de Ciencias de la Materia Condensada de la UNAM. También es donde se conecta el MCU, el cual permite las videoconferencias multipunto entre todos los Centros CONACYT. La conexión a Internet se hace a través de: el enrutador Cisco 2600, con dos enlaces de 2 Mbps cada uno; y el proxy-adsl, con 8 enlaces ADSL de 2 Mbps de bajada cada uno. El acceso por modems es a través del enrutador Cisco 3640, el cual cuenta con 16 modems de hasta 56 Kbps. El enrutador SmartSwitch Router 8000 permite separar el tráfico de paquetes de la red de datos de CICESE entre Internet e Internet2.Los equipos de Calidad de Servicio Packet Shaper y QoSWorks asignan calidad de servicio para las aplicaciones requeridas, tales como videocoferencias y telefonía IP, y también limitan el tráfico de aplicaciones no permitidas (bajar música y películas, por ejemplo).  En algunos edificios se han instalado puntos de acceso inalámbrico para extender los servicios de red a áreas públicas como auditorios, biblioteca, salas de juntas, y salones de clases. Estos puntos de acceso soportan los protocolos 802.11a, 802.11b y 802.11g. Se cuenta con un solo proveedor de servicios (Telnor) el cual nos hace llegar por enlaces de fibra óptica utilizando la tecnología SDH los servicios de telefonía (60 troncales digitales), dos enlaces a Internet de 2 Mbps, un enlace a Internet2 de 34 Mbps y 8 lineas ADSL de 2.048 Mbps cada una, además se tiene la capacidad para recibir otros 14 enlaces E1 de 2 Mbps, para aumentar los anchos de banda del acceso a Internet o conectar a otras instituciones a CICESE para acceder la red académica Internet2.

Mbps, y en algunos casos de 

Clasificacion de las redes de datos

REDES DE ÁREA LOCAL: las redes de área local (local area networks ) llevan mensajes a velocidades relativamente grande entre computadores conectados a un único medio de comunicaciones : un cable de par trenzado. Un cable coaxial o una fibra óptica. Un segmento es una sección de cable que da servicio y que puede tener varios computadores conectados, el ancho de banda del mismo se reparte entre dichas computadores. Las redes de área local mayores están compuestas por varios segmentos interconectados por conmutadores(switches) o concentradores(hubs. El ancho de banda total del sistema es grande y la latencia pequeña, salvo cuando el tráfico es muy alto. En los años 70s se han desarrollado varias tecnologías de redes de área local, destacándose Ethernet como tecnología dominante para las redes de área amplia; estando esta carente de garantías necesarias sobre latencia y ancho de banda necesario para la aplicación multimedia. Como consecuencia de esta surge ATM para cubrir estas falencias impidiendo su costo su implementación en redes de área local. Entonces en su lugar se implementan las redes Ethernet de alta velocidad que resuelven estas limitaciones no superando la eficiencia de ATM.

REDES DE ÁREA EXTENSA: estas pueden llevar mensajes entre nodos que están a menudo en diferentes organizaciones y quizás separadas por grandes distancias, pero a una velocidad menor que las redes LAN. El medio de comunicación esta compuesto por un conjunto de círculos de enlazadas mediante computadores dedicados, llamados rotures o encaminadores. Esto gestiona la red de comunicaciones y encaminan mensajes o paquetes hacia su destino. En la mayoría de las redes se produce un retardo en cada punto de la ruta a causa de las operaciones de encaminamiento, por lo que la latencia total de la transmisión de un mensaje depende de la ruta seguida y de la carga de trafico en los distintos segmentos que atraviese. La velocidad de las señales electrónicas en la mayoría de los medios es cercana a la velocidad de la luz, y esto impone un límite inferior a la latencia de las transmisiones para las transmisiones de larga distancia.

REDES DE ÁREA METROPOLITANA: las redes de área metropolitana (metropolitan area networks)se basan en el gran ancho de banda de las cableadas de cobre y fibra óptica recientemente instalados para la transmisión de videos, voz, y otro tipo de datos. Varias han sido las tecnologías utilizadas para implementar el encaminamiento en las redes LAN, desde Ethernet hasta ATM. IEEE ha publicado la especificación 802.6[IEEE 1994], diseñado expresamente para satisfacer las necesidades de las redes WAN. Las conexiones de línea de suscripción digital ,DLS( digital subscribe line) y los MODEM de cable son un ejemplo de esto. DSL utiliza generalmente conmutadores digitales sobre par trenzado a velocidades entre 0.25 y 6.0 Mbps; la utilización de este par trenzado para las conexiones limita la distancia al conmutador a 1.5 kilómetros . una conexión de MODEM por cable utiliza una señalización análoga sobre el cable coaxil de televisión para conseguir velocidades de 1.5 Mbps con un alcance superior que DSL.

REDES INALÁMBRICAS: la conexión de los dispositivos portátiles y de mano necesitan redes de comunicaciones inalámbricas(wireless networks). Algunos de ellos son la IEEE 802?.11(wave lan) son verdaderas redes LAN inalámbricas (wireless local área networks;WLAN) diseñados para ser utilizados en vez de los LAN . También se encuentran las redes de area personal inalámbricas, incluida la red europea mediante el Sistema Global para Comunicaciones Moviles, GSM( global system for mobile communication). En los Estados Unidos , la mayoría de los teléfonos móviles están actualmente basados en la análoga red de radio celular AMPS, sobre la cual se encuentra la red digital de comunicaciones de Paquetes de Datos Digitales Celular, CDPD( Cellular Digital Packet Data). Dado el restringido ancho de banda disponible y las otras limitaciones de los conjuntos de protocolos llamados Protocolos de Aplicación Inalámbrica WAP(Wireless Aplication Protocol)

Programación Estructurada

La programación estructurada es una técnica para escribir programas (programación de computadora) de manera clara. Para ello se utilizan únicamente tres estructuras: secuencia, selección e iteración; siendo innecesario el uso de la instrucción o instrucciones de transferencia incondicional (GOTO, EXIT FUNCTION, EXIT SUB o múltiples RETURN).

Hoy en día las aplicaciones informáticas son mucho más ambiciosas que las necesidades de programación existentes en los años 1960, principalmente debido a las aplicaciones gráficas, por lo que las técnicas de programación estructurada no son suficientes. Ello ha llevado al desarrollo de nuevas técnicas, tales como la programación orientada a objetos y el desarrollo de entornos de programación que facilitan la programación de grandes aplicaciones.

Tipos de programación

Existen varias clases de programación, dependiendo de los métodos utilizados y las técnicas empleadas.

Los tipos o técnicas de programación son bastante variados, aunque puede que muchos de los lectores sólo conozcan una metodología para realizar programas. En la mayoría de los casos, las técnicas se centran en programación modular y programación estructurada, pero existen otros tipos de programación. Los explicaremos a lo largo del artículo. 

Programación estructurada (PE)

La programación estructurada esta compuesta por un conjunto de técnicas que han ido evolucionando aumentando considerablemente la productividad del programa reduciendo el tiempo de depuración y mantenimiento del mismo.

Esta programación estructurada utiliza un número limitado de estructuras de control, reduciendo así considerablemente los errores.

Esta técnica incorpora:

• Diseño descendente (top-dow): el problema se descompone en etapas o estructuras jerárquicas.
• Recursos abstractos (simplicidad): consiste en descompones las acciones complejas en otras más simples capaces de ser resueltas con mayor facilidad.
• Estructuras básicas: existen tres tipos de estructuras básicas:
  • Estructuras secuénciales: cada acción sigue a otra acción secuencialmente. La salida de una acción es la entrada de otra.
  • Estructuras selectivas: en estas estructuras se evalúan las condiciones y en función del resultado de las mismas se realizan unas acciones u otras. Se utilizan expresiones lógicas.
  • Estructuras repetitivas: son secuencias de instrucciones que se repiten un número determinado de veces.
  • Las principales ventajas de la programación estructurada son:

• Los programas son mas fáciles de entender
• Se reduce la complejidad de las pruebas
• Aumenta la productividad del programador
• Los programas queden mejor documentados internamente.

Un programa esta estructurado si posee un único punto de entrada y sólo uno de salida, existen de "1 a n" caminos desde el principio hasta el fin del programa y por último, que todas las instrucciones son ejecutables sin que aparezcan bucles infinitos.

Programación modular

En la programación modular consta de varias secciones dividas de forma que interactúan a través de llamadas a procedimientos, que integran el programa en su totalidad.
En la programación modular, el programa principal coordina las llamadas a los módulos secundarios y pasa los datos necesarios en forma de parámetros.
A su vez cada modulo puede contener sus propios datos y llamar a otros módulos o funciones.
Programación orientada a objetos (POO)

Se trata de una técnica que aumenta considerablemente la velocidad de desarrollo de los programas gracias a la reutilización de los objetos.
El elemento principal de la programación orientada a objetos es el objeto.
El objeto es un conjunto complejo de datos y programas que poseen estructura y forman parte de una organización.
Un objeto contiene varios datos bien estructurados y pueden ser visibles o no dependiendo del programador y las acciones del programa en ese momento.
El polimorfismo y la herencia son unas de sus principales características y por ello dedicaremos más adelante un artículo exclusivamente a tratar estos dos términos.
En DesarrolloWeb.com hemos publicado anteriormente una explicación de lo que es la programación orientada a objetos.

Programación concurrente

Este tipo de programación se utiliza cuando tenemos que realizar varias acciones a la vez.
Se suele utilizar para controlar los accesos de usuarios y programas a un recurso de forma simultanea.
Se trata de una programación más lenta y laboriosa, obteniendo unos resultados lentos en las acciones.

Programación funcional

Se caracteriza principalmente por permitir declarar y llamar a funciones dentro de otras funciones.

Programación lógica

Se suele utilizar en la inteligencia artificial y pequeños programas infantiles. Se trata de una programación basada en el cálculo de predicados (una teoría matemática que permite lograr que un ordenador basándose en hecho y reglas lógicas, pueda dar soluciones inteligentes).