19

2 Redes de comunicación

Una red es un conjunto de dispositivos (a menudo denominados nodos)

conectados por enlaces de un medio físico, ya sea guiado (cables), o no

guiados (de conexión inalámbrica). Un nodo puede ser una computadora, una

impresora o cualquier otro dispositivo capaz de enviar y/o recibir datos

generados por otros nodos de la red (Forouzane, 2007).

2.1 Redes según su tecnología

2.1.1 Punto a punto

Es aquella que proporciona un enlace dedicado entre dos dispositivos,

reservando toda la capacidad del canal para la transmisión entre estos dos

elementos. Estas redes, por lo general, están conectadas por cable, pero

también es posible la conexión vía microondas (Forouzane, 2007).

Figura 1. Enlace punto a punto (Hillar, 2009)

2.1.2 Multipunto

También denominada multiconexión, es una configuración en la que

varios dispositivos comparten el mismo enlace y la capacidad de transmisión

del canal en el espacio o el tiempo. Si los dispositivos pueden usar el enlace

de forma simultánea se dice que hay una configuración de línea compartida

espacialmente, pero si tienen que compartir la línea por turnos se trata de una

configuración de tiempo compartido (Forouzane, 2007).

20

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2.2 Redes según su alcance

2.2.1 Redes de área local (LAN)

LAN son las siglas de Local Área Network, Red de área local. Una LAN

es una red que conecta los ordenadores en un área relativamente pequeña y

predeterminada (como una habitación, un edificio, o un conjunto de edificios)

(Hillar, 2009).

Las LAN´s más conocidas son Ethernet a 10Mb/s, la IEEE 802.5 o

Token Ring a 4 y a 16 Mb/s, la FDDI a 100 Mb/s. Este tipo de redes

permanecen prácticamente sin cambios desde los ochenta.

Las topologías básicas usadas suelen ser bus o de anillo, sin embargo,

pueden utilizarse topologías más complejas utilizando elementos adicionales,

como repetidores, puentes, conmutadores, etc. (Morillas, 2010).

21

Figura 3. Ejemplos de redes LAN (computacionunouah.blogspot.com).

2.2.2 Redes de área metropolitana (MAN)

Las redes de área metropolitana, comprenden una ubicación geográfica

determinada "ciudad o municipio" y su distancia de cobertura es mayor de 4

Km. Son redes con dos buses unidireccionales, cada uno de ellos es

independiente del otro en cuanto a la transferencia de datos.

Un caso de éxito de redes tipo MAN son las redes CATV o redes de

televisión por cable. Al principio eran sistemas de carácter local con fines

específicos, posteriormente, tras el impulso que supusieron para el desarrollo

de importantes negocios de difusión, se inicia el cableado de ciudades enteras

bajo concesión de los gobiernos. Con la llegada del internet, los operadores de

las redes se dieron cuenta de que con algunos cambios en el sistema, podrían

también proporcionar este servicio (Tanenbaum, 2012).

22

Figura 4. Red MAN (Forouzane, 2007).

2.2.3 Redes de área extensa (WAN)

Una red de área amplia puede ser descrita como un grupo de redes

individuales conectadas a través de extensas distancias geográficas. Los

componentes de una red WAN típica incluyen:

• Dos o más redes de área local (LANs) independientes.

• Routers conectados a cada LAN.

• Dispositivos de acceso al enlace (Link access devices, LADs)

conectados a cada router.

• Enlaces inter-red de área amplia conectados a cada LAD.

Estas redes se caracterizaban por su lentitud, coste y alta tasa de

errores, pero con la aparición de la fibra óptica y de las líneas digitales en las

infraestructuras de las compañías portadoras, se ha conseguido reducir estas

malas características de forma considerable (Morillas, 2010).

23

Figura 5. Red WAN (Forouzane, 2007).

2.3 Redes según su topología física

2.3.1 Topología estrella

La topología estrella es una red de conexión punto a punto. Utiliza un

dispositivo de cableado central llamado concentrador. Cada equipo se conecta

utilizando un cable independiente. Utiliza cables de par trenzado, tales como

10BaseT y 100BaseT (estándares para la conexión Ethernet vía cable par

trenzado).

La mayoría de las redes de área local usan la topología estrella. Aunque

cada equipo se conecta al concentrador con un cable independiente, el

concentrador transmite todas las señales que entran a cualquiera de sus

puertos al resto de los puertos. Por tanto, todas las señales que transmite cada

equipo de la red llegan al resto de equipos (Bigelow, 2003).

El inconveniente de esta topología y su máxima vulnerabilidad se

encuentra precisamente en el nodo central, ya que si este falla toda la red falla.

Sin embargo, como gran ventaja, presenta una gran modularidad, lo que

permite aislar una estación defectuosa con bastante sencillez y sin perjudicar al

resto de la red (Morillas, 2010).

Figura 6. Topología estrella (Hillar, 2009).

24

2.3.2 Topología bus

Esta es una red de conexión multipunto donde un cable largo actúa

como troncal conectando todos los dispositivos a la red (Morillas, 2010).

Todas las señales que se transmiten en la red, pasan por el troncal en

ambas direcciones, a través de todos los sistemas, hasta llegar a su destino.

Esta arquitectura, siempre tiene dos extremos abiertos, como muestra la

Figura 7. Los dos extremos deben terminar en resistencias eléctricas para que

las señales no vuelvan en dirección contraria, lo que provocaría interferencias

con las señales más recientes. Si no se termina el cable en uno o en los dos

extremos los equipos conectados a la topología no se comunican

correctamente (Bigelow, 2003).

Figura 7. Topología bus (ecured.cu)

Entre sus ventajas se incluye la sencillez de instalación. Y entre sus

desventajas más notables la dificultad de su reconfiguración y del aislamiento

de los fallos. Además de que un fallo o ruptura en el cable interrumpiría todas

las transmisiones, incluso entre los dispositivos que no se encuentran en la

parte de la red que está fallando (Forouzane, 2007).

2.3.3 Topología anillo

En una topología anillo cada dispositivo posee una línea de conexión

dedicada y punto a punto con los dos dispositivos que están a sus lados. Un

anillo es relativamente fácil de instalar. Para añadir o quitar dispositivos solo

hay que mover dos conexiones.

25

Las únicas restricciones están relacionadas con aspectos del medio

físico de tráfico. Además los fallos se pueden aislar de forma sencilla

(Forouzane, 2007).

Este tipo de topología provoca que las señales se propaguen de un

equipo al siguiente de modo circular, de manera que, al final, vuelven a su

punto de inicio.

Figura 8. Topología anillo (Hillar, 2009)

2.3.4 Topología mallada

En este caso todos los nodos están conectados con los demás. Esta es

una topología poco utilizada para medios guiados, debido al elevado coste que

supondría. Sin embargo es la más robusta frente al fallo de cualquier nodo

(Morillas, 2010).

Figura 9. Topología malla (Bigelow, 2003)

2.3.5 Topologías híbridas

Son las más frecuentes y se derivan de la unión de topologías puras, es

decir, bus – estrella, estrella – anillo, entre otras (Morillas, 2010).

26

Figura 10. Topología hibrida (Hillar, 2009)

2.4 Redes según la direccionalidad de los datos

2.4.1 Simplex

En el modo simplex, la comunicación es unidireccional, como en una

calle de sentido único, de forma que una de las dos estaciones de enlace

puede transmitir y la otra solo recibir (Forouzane, 2007).

Figura 11. Simplex (Forouzane, 2007)

2.4.2 Semi-Dúplex

En este caso cada estación puede tanto enviar como recibir, pero no al

mismo tiempo. Así, cuando un dispositivo está enviando, el otro solo puede

recibir y viceversa. La capacidad total del canal es usada por aquel de los

dispositivos que está transmitiendo. Los walkie-talkies son un ejemplo de estos

sistemas (Forouzane, 2007).

27

Figura 12. Semi-dúplex (es.wikipedia.org)

2.4.3 Full-Dúplex

También llamado Dúplex, es un modo donde ambas estaciones pueden

enviar y recibir simultáneamente.

En el modo Full-Dúplex, las señales que van en cualquier dirección

deben compartir la capacidad del enlace. Este reparto se puede dar de dos

maneras: o bien el enlace tiene que tener caminos de transmisión físicamente

separados, uno para enviar y otro para recibir, o es necesario dividir la

capacidad del canal entre las señales que viajan en direcciones opuestas. Un

ejemplo de este sistema es la red telefónica. Cuando dos personas están

hablando por teléfono, ambas pueden hablar y escuchar al mismo tiempo

(Forouzane, 2007).

Figura 13. Full-dúplex (emagister.com)

28

2.5 Redes según su tipo de conexión

2.5.1 Medios guiados

2.5.1.1 Cable de par trenzado

Un cable de par trenzado, como su nombre indica, está compuesto por

cuatro pares de cables de cobre aislados, trenzados en forma helicoidal. Es

decir, tiene ocho cables, agrupados de dos en dos. Es el tipo de cable más

popular tanto para las comunicaciones de voz (línea telefónica convencional),

como para las de datos. Esto se debe a que es uno de los más sencillos de

instalar, de menor coste y soporta altas velocidades.

Los cables de par trenzado se puede dividir a su vez en tres grandes

variantes; UTP (Unshielded Twisted Pair – Par trenzado sin blindaje), también

conocido como par trenzado sin apantallar.

Figura 14. Cable par trenzado UPT categoría 5 (Hillar, 2009)

STP (Shielded Twisted Pair – Par trenzado con blindaje), también

conocido como par trenzado apantallado. Son más costosos que los UTP,

puesto que los pares de cobre se rodean con una malla metálica para reducir

las interferencias y alrededor del cable interior se añade un trenzado de hilo de

cobre, consiguiendo así mejorar las características de transmisión de datos.

29

Figura 15. Par trenzado blindado (Forouzane, 2007)

FTP (Foiled Twisted Pair – Par trenzado encintado). Cada uno de los

pares de cobre está cubierto por una lámina para reducir las interferencias

entre éstos, también utiliza otra lámina para recubrir todos los pares. Es una

variante que generalmente resulta más conocida que los STP (Hillar, 2009).

2.5.1.2 Cable coaxial

El cable coaxial, tiene un blindaje superior al de los cables de par

trenzado, por lo cual puede alcanzar mayores distancias. Está compuesto por

un alambre de cobre incrustado en un material aislante interno (dieléctrico), que

a su vez está cubierto con un conductor externo de aluminio o de cobre

entrelazado (malla), encargado de proteger al medio contra el ruido y las

interferencias de radiofrecuencia (RF). Todo esto queda envuelto en una funda

exterior de plástico ver Figura 16 (Hillar, 2009).

Figura 16. Cable coaxial (Hillar, 2009)

Se pueden encontrar diversos tipos de cable coaxial pero los más

usados son los de 50 ohms, que se usan por lo general para transmisiones

30

digitales y el de 75 ohms, que se utiliza para las

televisión por cable, pero que se ha vuelto muy pop

de internet a través de cable

2.5.1.3 Fibra óptica

La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o si

conduce la luz.

La luz es una forma de energía electromagnética que

km/seg en el vacio (aproximadamente 186.000 Millas/

Se requieren dos filamentos para un

grosor del filamento es comparable al grosor de un

aproximadamente de 0,1 mm.

Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo

recubrimiento, tensores y chaqueta. Estos cables pr

inmunidad al ruido y a las interferencias de radiof

alcanzan las mayores distancias de transmisión. Est

diferencia de los cables de cobre, conduce señales

eléctricas (Hillar, 2009).

Las fibras ópticas utilizadas actualmente en el áre

telecomunicaciones se clasifican fundamentalmente e

modo de propagación: Fibras Multimodo y Fibras Mono

Las fibras Multimodo son aq

rayos de luz por sucesivas reflexiones (modos de pr

hacer de dos maneras, por índice gradual o por índi

Figura 17

digitales y el de 75 ohms, que se utiliza para las transmisiones analógicas y de

televisión por cable, pero que se ha vuelto muy popular gracias al advenimiento

de internet a través de cable (Tanenbaum, 2012).

La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que

La luz es una forma de energía electromagnética que viaja a 300.000

km/seg en el vacio (aproximadamente 186.000 Millas/seg).

Se requieren dos filamentos para una comunicación bi-

grosor del filamento es comparable al grosor de un cabello humano, es decir,

aproximadamente de 0,1 mm.

Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo

recubrimiento, tensores y chaqueta. Estos cables presentan

inmunidad al ruido y a las interferencias de radiofrecuencia (RF), mientras que

alcanzan las mayores distancias de transmisión. Esto se debe a que, a

diferencia de los cables de cobre, conduce señales de luz en vez de señales

Las fibras ópticas utilizadas actualmente en el áre

telecomunicaciones se clasifican fundamentalmente en dos grupos, según el

modo de propagación: Fibras Multimodo y Fibras Monomodo.

Las fibras Multimodo son aquellas que pueden guiar y transmitir varios

rayos de luz por sucesivas reflexiones (modos de propagación) y lo pueden

hacer de dos maneras, por índice gradual o por índice escalonado.

17. Fibra Multimodo de índice gradual

transmisiones analógicas y de

ular gracias al advenimiento

La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que

La luz es una forma de energía electromagnética que viaja a 300.000

-direccional. El

cabello humano, es decir,

Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo, manto,

esentan la mayor

recuencia (RF), mientras que

o se debe a que, a

de luz en vez de señales

Las fibras ópticas utilizadas actualmente en el área de las

n dos grupos, según el

uellas que pueden guiar y transmitir varios

opagación) y lo pueden

ce escalonado.

31

Figura 18.

Por otro lado las fibras Monomodo son aquellas que

diseño pueden guiar y transmitir un solo rayo de lu

y tiene la particularidad de poseer

caso, el aprovechamiento es menor, el coste es más

difícil y los acoples deben ser perfectos.

2.5.2 Medios no guiados

2.5.2.1 El espectro electromagnético

Cuando los electrones se mueven crean ondas electro

se puedan propagar por el espacio libre (aun en el

electromagnéticas se organizan en un esquema contin

longitudes de onda, obtenemos el espectro electromagnético, en el que l

ondas más largas (longitudes desde metros a kilómet

extremo (Radio) y las más cortas en el otro (longit

billonésima de metros) (Gamma).

. Fibra Multimodo de índice escalonado

Por otro lado las fibras Monomodo son aquellas que por su especial

diseño pueden guiar y transmitir un solo rayo de luz (un modo de propagación)

y tiene la particularidad de poseer un ancho de banda elevadísimo. En este

caso, el aprovechamiento es menor, el coste es más elevado, la fabricación

difícil y los acoples deben ser perfectos. (Forouzane, 2007). �

Figura 19. Fibra Monomodo

Medios no guiados

espectro electromagnético

Cuando los electrones se mueven crean ondas electromagnéticas que

se puedan propagar por el espacio libre (aun en el vacio). S

electromagnéticas se organizan en un esquema continuo de acuerdo a sus

obtenemos el espectro electromagnético, en el que l

ondas más largas (longitudes desde metros a kilómetros) se encuentran en un

extremo (Radio) y las más cortas en el otro (longitudes de onda de una

billonésima de metros) (Gamma).

Fibra Multimodo de índice escalonado

Por otro lado las fibras Monomodo son aquellas que por su especial

z (un modo de propagación)

un ancho de banda elevadísimo. En este

elevado, la fabricación

Cuando los electrones se mueven crean ondas electromagnéticas que

vacio). Si las ondas

uo de acuerdo a sus

obtenemos el espectro electromagnético, en el que las

ros) se encuentran en un

udes de onda de una

32

Figura 19. Espectro electromagnético (Forouzane, 2007)

Estas ondas son:

Ondas de Radio. En el año 1887, Heinrich Hertz (1857-1894), consiguió

detectar ondas de radio que tenían una longitud del orden de un metro. La

región de ondas de radio se extiende desde algunos Hertz hasta 109 Hz con

longitudes de onda desde muchos kilómetros hasta menos de 30 cm.

Microondas. La región de las microondas se encuentra entre los

109 hasta aproximadamente 3x1011 Hz (con longitud de onda entre 30 cm a 1

mm).

Rayos infrarrojos. La radiación infrarroja se localiza en el espectro

entre 3x1011 Hz. hasta aproximadamente los 4x1014 Hz. La banda infrarroja se

divide en tres secciones de acuerdo a su distancia a la zona visible: próxima

(780 - 2500 nm), intermedia (2500 - 50000 nm) y lejana (50000 - 1mm). Toda

molécula que tenga un temperatura superior al cero absoluto (-273º K) emite

rayos infrarrojos y su cantidad está directamente relacionada con la

temperatura del objeto.

Radiación Ultravioleta. Sus longitudes de onda se extienden entre 10 y

400 nm, son por tanto menores que las de la luz visible.

33

Rayos X. En 1895 Wilhelm Röntgen inventó una máquina que producía

radiación electromagnética con una longitud de onda menor a 10 nm. Debido a

que no conocía la naturaleza de estas ondas las bautizó como X.

Rayos Gamma. Se localizan en la parte del espectro que tiene las

longitudes de onda más pequeñas entre 10 y 0.01 nm (Tanenbaum, 2012).

El espectro electromagnético se divide en 8 rangos regulados

normalmente autoridades gubernamentales (Forouzane, 2007).

Los términos LF (frecuencias bajas) MF (frecuencias medias) HF

(frecuencias altas) fueron los primeros en ser usados para explicar el espectro.

Como se puede observar cuando se asignaron los nombres nadie esperaba

que se sobre pasarían los 10MHz, por lo que posteriormente las bandas más

altas se redenominaron como, HF (frecuencias altas), VHF (frecuencias muy

alta), UHF (frecuencias ultra altas), SHF (frecuencias súper altas) y EHF

(frecuencias extremadamente altas).

2.5.2.2 Propagación de las ondas de radio

Las ondas de radio son fáciles de generar, pueden viajar distancias

largas, penetrar edificios sin problemas y su uso está muy generalizado en la

comunicación. También son omnidireccionales, lo que significa que viajan en

todas direcciones a partir de la fuente, por lo que no es necesario que el

transmisor y el receptor estén alineados físicamente.

Las propiedades de las ondas de radio dependen de la frecuencia. A

bajas frecuencias, estas ondas cruzan casi cualquier obstáculo, pero la

potencia se reduce de manera drástica a medida que se alejan de la fuente. A

frecuencias altas las ondas tienden a viajar en línea recta y a rebotar en los

obstáculos.

También son absorbidas por la lluvia, y están sujetas a interferencias por

motores y otros equipos eléctricos. Por la capacidad de viajar a largas

distancias, la interferencia entre usuarios es un problema, por esta razón los

gobiernos reglamentan estrictamente el uso de radiotransmisores (Tanenbaum,

2012).

34

2.5.2.3 Microondas terrestres

Las microondas terrestres se ven afectadas por la forma curva de la

tierra y por lo tanto necesitan equipos de transmisión y recepción por visión

directa.

La distancia que se puede cubrir por visión directa depende de la altura

de la antena, cuanta más altas sean las antenas mayor es la distancia a la que

se puede transmitir sin que interfiera la curvatura del planeta, sin mencionar

que se elevaría la señal por encima de muchos obstáculos de la superficie,

como colinas bajas y edificios altos. Por lo general las antenas se montan en

torres que a su vez se encuentran en lo alto de colinas o montañas.

Con el fin de incrementar el alcance de las microondas terrestres, se

usan sistemas de repetidores. La señal recibida por una antena se puede

convertir de nuevo a una forma transmisible y entregarla a la antena siguiente.

La distancia mínima entre repetidores varía con la frecuencia de la señal y el

entorno en el cual se encuentran las antenas.

Figura 20. Microondas terrestres (Forouzane, 2007)

2.5.2.4 Comunicación vía satélite

Los enlaces entre las estaciones terrestres y los satélites, o entre

satélites, están formados por radiación electromagnética, dirigida en línea

recta, en haces de mayor o menor concentración semejantes a los enlaces

entre estaciones ubicadas sobre la superficie terrestre.

35

Para lograr que las transmisiones por satélite cumplan con los requisitos

de una determinada red de comunicación deben considerarse las

características de los equipos para las estaciones terrestres, la de los

transpondedores de los satélites, las del medio de propagación y las

radiaciones no deseadas de origen externo.

La señal emitida por la estación transmisora debe llegar a la receptora

con la potencia suficiente para garantizar la calidad esperada de la

comunicación (Rosado, 2003).

Estas transmisiones usan los mismos principios de las transmisiones de

microondas terrestres, excepto que estando el satélite en órbita, actúa como

una antena súper alta que reduce las limitaciones impuestas sobre la distancia

por la curvatura de la tierra, aun cuando la transmisión se haga igualmente en

línea recta. De esta forma, los satélites retransmisores permiten que las

señales de microondas se puedan transmitir a través de continentes y océanos,

con un único salto (Forouzane, 2007).

Figura 21. Comunicaciones por satélite (Forouzane, 2007)

2.5.2.5 Telefonía celular

Se diseñó para proporcionar conexiones de comunicaciones estables

entre dos dispositivos móviles, o entre una unidad móvil y una estacionaria

(tierra).

Un proveedor de servicios debe de ser capaz de localizar y seguir el

dispositivo móvil, asignando un canal a la llamada y transfiriendo la señal de un

36

canal a otro a medida que el dispositivo se mueve fuera del rango de un canal y

dentro del rango de otro.

Para que este seguimiento sea posible, cada área de servicio celular se

divide en regiones pequeñas denominadas células. Cada célula contiene una

antena y es controlada por una pequeña central, denominada central de célula.

A su vez, cada central de célula está controlada por una central conmutada

llamada MTSO (Mobile Telephone Switching Office).

La MTSO coordina las comunicaciones entre todas las centrales de

células telefónicas. Es un centro computarizado que se encarga de conectar las

llamadas y de grabar la información sobre la misma, así como de su

facturación, ver Figura 22.

Figura 22. Sistema celular (Forouzane, 2007)

La dimensión de la célula no es fija y puede ser mayor o menor,

dependiendo del tamaño de la población del área. El típico radio de una célula

está entre 2 a 20 Km. Las áreas con alta densidad de población necesitan

células geográficamente más pequeñas para satisfacer la demanda de tráfico

(Forouzane, 2007).

2.6 Parámetros de caracterización de las redes

2.6.1 Velocidad de transmisión

Es la relación que hay entre la información transmitida a través de la red

y el tiempo que se tarda en realizarla. Así cuanto mayor sea esta velocidad

mayor será la anchura de la red (Morillas, 2010).

37

2.6.2 Ancho de banda

El ancho de banda se indica generalmente en bites por segundo (bps),

kilobites por segundo (kbps) o megabites por segundo (mps) y constituye una

medida de la capacidad.

Por ejemplo, para conexiones de Internet, el ancho de banda es la

cantidad de información o de datos que se pueden enviar a través de una

conexión de red en un período de tiempo dado, es decir, cuanto mayor sea el

ancho de banda de la red, mayor será la cantidad de información que está

soportaría durante un periodo de tiempo.

En las redes de ordenadores, el ancho de banda a menudo se utiliza

como sinónimo de la tasa de transferencia de datos - la cantidad de datos que

se puedan llevar de un punto a otro en un período dado (generalmente un

segundo). Un módem que funciona a 57.600 bps tiene dos veces el ancho de

banda de un módem que funcione a 28.800 bps.

Debe recordarse que una comunicación consiste generalmente en una

sucesión de conexiones, cada una con su propio ancho de banda. Si una de

estas conexiones es mucho más lenta que el resto actuará como cuello de

botella haciendo que la comunicación sea lenta (Morillas, 2010).

2.6.3 Capacidad efectiva y nominal

Es la capacidad que tiene la red para recibir información, es decir, la

cantidad de bits por segundo que se puede introducir en el punto extremo de la

red, dicha capacidad depende del estado de la red en el instante de introducir

información en ella (Morillas, 2010).