FUNDAMENTOS DE REDES DE DATOS

CAPTULO 1 Introduccin a Networking Descripcin general Para entender el rol que los computadores juegan en un sistema de networking, considere la Internet. La Internet es un recurso valioso y estar conectado a ella es fundamental para la actividad empresarial, la industria y la educacin. La creacin de una red que permita la conexin a Internet requiere una cuidadosa planificacin. Aun para conectar computadores personales individuales (PC) a lnternet, se requiere alguna planificacin y la toma de ciertas decisiones. Se deben considerar los recursos computacionales necesarios para la conexin a Internet. Esto incluye el tipo de dispositivo que conecta el PC a Internet, tal como una tarjeta de interfaz de red (NIC) o modem. Se deben configurar protocolos o reglas antes que un computador se pueda conectar a Internet. Tambin es importante la seleccin correcta de un navegador de web. 1.1 Conexin a la Internet 1.1.1 Requisitos para la conexin a Internet La Internet es la red de datos ms importante del mundo. La Internet se compone de una gran cantidad de redes grandes y pequeas interconectadas. Computadores individuales son las fuentes y los destinos de la informacin a travs de la Internet. La conexin a Internet se puede dividir en conexin fsica, conexin lgica y aplicaciones. Se realiza una conexin fsica conectando un tarjeta adaptadora, tal como un mdem o una NIC, desde un PC a una red. La conexin fsica se utiliza para transferir las seales entre los distintos PC dentro de la red de rea local (LAN) y hacia los dispositivos remotos que se encuentran en Internet. La conexin lgica aplica estndares denominados protocolos. Un protocolo es una descripcin formal de un conjunto de reglas y convenciones que rigen la manera en que se comunican los dispositivos de una red; las conexiones a Internet pueden utilizar varios protocolos. El conjunto Protocolo de control de transporte/protocolo Internet (TCP/IP) es el

principal conjunto de protocolos que se utiliza en Internet. Los protocolos del conjunto TCP/IP trabajan juntos para transmitir o recibir datos e informacin. La aplicacin que interpreta los datos y muestra la informacin en un formato comprensible es la ltima parte de la conexin. Las aplicaciones trabajan junto con los protocolos para enviar y recibir datos a travs de Internet. Un navegador Web muestra el cdigo HTML como una pgina Web. Ejemplos de navegadores Web incluyen Internet Explorer y Netscape. . El Protocolo de transferencia de archivos (FTP) se utiliza para descargar archivos y programas de Internet. Los navegadores de Web tambin utilizan aplicaciones plug-in propietarias para mostrar tipos de datos especiales como, por ejemplo, pelculas o animaciones flash. Esta es simplemente una introduccin a Internet y, por la forma en que lo presentamos aqu, puede parecer un proceso sumamente simple. A medida que exploremos el tema con mayor profundidad, se ver que el envo de datos a travs de la Internet es una tarea complicada. 1.1.2 Tarjeta de interfaz de red Una tarjeta de interfaz de red (NIC), o adaptador LAN, provee capacidades de comunicacin en red desde y hacia un PC. En los sistemas computacionales de escritorio, es una tarjeta de circuito impreso que reside en una ranura en la tarjeta madre y provee una interfaz de conexin a los medios de red.

En los sistemas computacionales porttiles, est comnmente integrado en los sistemas o est disponible como una pequea tarjeta PCMCIA, del tamao de una tarjeta de crdito.

PCMCIA es el acrnimo para Personal Computer Memory Card International Association (Asociacin Internacional de Tarjetas de Memoria de Computadores Personales). Las tarjetas PCMCIA tambin se conocen como tarjetas PC. La NIC se comunica con la red a travs de una conexin serial y con el computador a travs de una conexin paralela. La NIC utiliza: una Peticin de interrupcin (IRQ), una direccin de E/S, y espacio de memoria superior para funcionar con el sistema operativo.

Un valor IRQ (peticin de interrupcin) es nmero asignado por medio del cual donde el computador puede esperar que un dispositivo especfico lo interrumpa cuando dicho dispositivo enva al computador seales acerca de su operacin. Por ejemplo, cuando una impresora ha terminado de imprimir, enva una seal de interrupcin al computador. La seal interrumpe momentneamente al computador de manera que este pueda decidir que procesamiento realizar a continuacin. Debido a que mltiples seales al computador en la misma lnea de interrupcin pueden no ser entendidas por el computador, se debe especificar un valor nico para cada dispositivo y su camino al computador. Antes de la existencia de los dispositivos Plug-and-Play (PnP), los usuarios a menudo tenan que configurar manualmente los valores de la IRQ, o estar al tanto de ellas, cuando se aada un nuevo dispositivo al computador. Al seleccionar una NIC, hay que tener en cuenta los siguientes factores: Protocolos: Ethernet, Token Ring o FDDI Tipos de medios: Cable de par trenzado, cable coaxial, inalmbrico o fibra ptica Tipo de bus de sistema: PCI o ISA

1.1. 3 Instalacin de NIC y mdem La conectividad a Internet requiere una tarjeta adaptadora, que puede ser un mdem o NIC. Un mdem, o modulador-demodulador, es un dispositivo que ofrece al computador conectividad a una lnea telefnica. El mdem convierte (modula) los datos de una seal digital en una seal analgica compatible con una lnea telefnica estndar. El mdem en el extremo receptor demodula la seal, convirtindola nuevamente en una seal digital. Los mdems pueden ser internos

o bien, pueden conectarse externamente al computador una interfaz de puerto serie USB.

La instalacin de una NIC, que proporciona la interfaz para un host a la red, es necesaria para cada dispositivo de la red. Se encuentran disponibles distintos tipos de NIC segn la

configuracin del dispositivo especfico. Los computadores notebook pueden tener una interfaz incorporada o utilizar una tarjeta PCMCIA.

La Figura muestra una PCMCIA almbrica, tarjetas de red inalmbricas, y un adaptador Ethernet USB (Universal Serial Bus /Bus Serial Universal). Los sistemas de escritorio pueden usar un adaptador de red interno llamado NIC

o un adaptador de red externo que se conecta a la red a travs del puerto USB.

Las situaciones que requieren la instalacin de una NIC incluyen las siguientes: Instalacin de una NIC en un PC que no tiene una. Reemplazo de una NIC defectuosa. Actualizacin desde una NIC de 10 Mbps a una NIC de 10/100/1000 Mbps. Cambio a un tipo diferente de NIC tal como una tarjeta wireless. Instalacin de una NIC secundaria o de respaldo por razones de seguridad de red.

Para realizar la instalacin de una NIC o un mdem se requieren los siguientes recursos: Conocimiento acerca de cmo debe configurarse el adaptador, incluyendo los

jumpers y el software plug-and-play Disponibilidad de herramientas de diagnstico Capacidad para resolver conflictos de recursos de hardware

1.1.4 Descripcin y configuracin TCP/IP El Protocolo de Control de Transporte/Protocolo Internet (TCP/IP) es un conjunto de protocolos o reglas desarrollados para permitir que los computadores que cooperan entre s puedan compartir recursos a travs de una red. Para habilitar TCP/IP en la estacin de trabajo, sta debe configurarse utilizando las herramientas del sistema operativo. Ya sea que se utilice un sistema operativo Windows o Mac, el proceso es muy similar.

1.1.5 Probar la conectividad con ping Ping es un programa bsico que verifica que una direccin IP particular existe y puede aceptar solicitudes. El acrnimo computacional ping es la sigla para Packet Internet or Inter-Network Groper. El nombre se ajust para coincidir el trmino usado en la jerga de submarinos para el sonido de un pulso de sonar que retorna desde un objeto sumergido. El comando ping funciona enviando paquetes IP especiales, llamados datagramas de peticin de eco ICMP (Internet Control Message Protocol/Protocolo de mensajes de control de Internet) a un destino especfico. Cada paquete que se enva es una peticin de respuesta. La pantalla de respuesta de un ping contiene la porcin de xito y el tiempo de ida y vuelta del envo hacia llegar a su destino. A partir de esta informacin, es posible determinar si existe conectividad a un destino. El comando ping se utiliza para probar la funcin de transmisin/recepcin de la NIC, la configuracin TCP/IP y la conectividad de red. Se pueden ejecutar los siguientes tipos de comando ping: ping 127.0.0.1: Este es un tipo especial de ping que se conoce como prueba interna de loopback. Se usa para verificar la configuracin de red TCP/IP. ping direccinc IP del computador host: Un ping a un PC host verifica la configuracin de la direccin TCP/IP para el host local y la conectividad al host.

1.2 Matemtica de redes 1.2.1 Representacin binaria de datos Los computadores manipulan y almacenan los datos usando interruptores electrnicos que estn ENCENDIDOS o APAGADOS. Los computadores slo pueden entender y usar datos que estn en este formato binario, o sea, de dos estados. Los unos y los ceros se usan para representar los dos estados posibles de un componente electrnico de un computador. Se denominan dgitos binarios o bits. Los 1 representan el estado ENCENDIDO, y los 0 representan el estado APAGADO. El Cdigo americano normalizado para el intercambio de informacin (ASCII) es el cdigo que se usa ms a menudo para representar los datos alfanumricos de un computador.

ASCII usa dgitos binarios para representar los smbolos que se escriben con el teclado. Cuando los computadores envan estados de ENCENDIDO/APAGADO a travs de una red, se usan ondas elctricas, de luz o de radio para representar los unos y los ceros. Observe que cada carcter tiene un patrn exclusivo de ocho dgitos binarios asignados para representar al carcter.

Debido a que los computadores estn diseados para funcionar con los interruptores ENCENDIDO/APAGADO, los dgitos y los nmeros binarios les resultan naturales. Los seres humanos usan el sistema numrico decimal, que es relativamente simple en comparacin con las largas series de unos y ceros que usan los computadores. De modo que los nmeros binarios del computador se deben convertir en nmeros decimales.

A veces, los nmeros binarios se deben convertir en nmeros Hexadecimales (hex), lo que reduce una larga cadena de dgitos binarios a unos pocos caracteres hexadecimales. Esto hace que sea ms fcil recordar y trabajar con los nmeros. 1.2.2 Bits y bytes Un nmero binario 0 puede estar representado por 0 voltios de electricidad (0 = 0 voltios). Un nmero binario 1 puede estar representado por +5 voltios de electricidad (1 = +5 voltios). Los computadores estn diseados para usar agrupaciones de ocho bits. Esta agrupacin de ocho bits se denomina byte.

En un computador, un byte representa una sola ubicacin de almacenamiento direccionable. Estas ubicaciones de almacenamiento representan un valor o un solo carcter de datos como, por ejemplo, un cdigo ASCII. La cantidad total de combinaciones de los ocho interruptores que se encienden y se apagan es de 256. El intervalo de valores de un byte es de 0 a 255. De modo que un byte es un concepto importante que se debe entender si uno trabaja con computadores y redes

1.2.3 Sistema numrico de Base 10 Los sistemas numricos estn compuestos por smbolos y por las normas utilizadas para interpretar estos smbolos. El sistema numrico que se usa ms a menudo es el sistema numrico decimal, o de Base 10. El sistema numrico de Base 10 usa diez smbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9. Estos smbolos se pueden combinar para representar todos los valores numricos posibles. 1.2.4 Sistema numrico de Base 2 Los computadores reconocen y procesan datos utilizando el sistema numrico binario, o de Base 2. El sistema numrico binario usa slo dos smbolos, 0 y 1, en lugar de los diez smbolos que se utilizan en el sistema numrico decimal. Ejercicio de conversin Utilice el ejemplo siguiente para convertir el nmero decimal 168 en un nmero binario. 128 entra en 168. De modo que el bit que se ubica ms a la izquierda del nmero

binario es un 1. 168 - 128 es igual a 40. 64 no entra en 40. De modo que el segundo bit desde la izquierda es un 0. 32 entra en 40. De modo que el tercer bit desde la izquierda es un 1. 40 - 32 es igual

a 8. 16 no entra en 8, de modo que el cuarto bit desde la izquierda es un 0. 8 entra en 8. De modo que el quinto bit desde la izquierda es un 1. 8 - 8 es igual a 0.

De modo que, los bits restantes hacia la derecha son todos ceros.

Resultado: Decimal 168 = 10101000 Para adquirir ms prctica, trate de convertir el decimal 255 en un nmero binario. La respuesta correcta es 11111111. 1.2.5 Representacin en notacin decimal separada por puntos de cuatro octetos de nmeros binarios de 32 bits Actualmente, las direcciones que se asignan a los computadores en Internet son nmeros binarios de 32 bits.

Para facilitar el trabajo con estas direcciones, el nmero binario de 32 bits se divide en una serie de nmeros decimales. Para hacer esto, se divide el nmero binario en cuatro grupos de ocho dgitos binarios. Luego, se convierte cada grupo de ocho bits, tambin denominados octetos, en su equivalente decimal. Haga esta conversin exactamente como se indica en la explicacin de conversin de binario a decimal que aparece en la pgina anterior. Una vez que est escrito, el nmero binario completo se representa como cuatro grupos de dgitos decimales separados por puntos. Esto se denomina notacin decimal separada por puntos y ofrece una manera compacta y fcil de recordar para referirse a las direcciones de 32 bits. Esta representacin se usar frecuentemente con posterioridad durante este curso, de modo que es necesario comprenderla bien. Al realizar la conversin de binario a decimal separado por puntos, recuerde que cada grupo, que est formado por uno a tres dgitos decimales, representa un grupo de ocho dgitos binarios. Si el nmero decimal que se est convirtiendo es menor que 128, ser necesario agregar ceros a la izquierda del nmero binario equivalente hasta que se alcance un total de ocho bits. Ejemplo: Convierta 200.114.6.51 en su equivalente binario de 32 bits. Convierta 10000000 01011101 00001111 10101010 en su equivalente decimal separado por puntos 1.2.6 Hexadecimal El sistema numrico hexadecimal (hex) se usa frecuentemente cuando se trabaja con computadores porque se puede usar para representar nmeros binarios de manera ms legible.

El computador ejecuta clculos en nmeros binarios, pero hay varios casos en los que el resultado del computador en nmeros binarios se expresa en nmeros hexadecimales para facilitar su lectura. La conversin de un nmero hexadecimal en binario, y de un nmero binario en hexadecimal, es una tarea comn cuando se trabaja con el registro de configuracin de los routers de Cisco. Los routers de Cisco poseen un registro de configuracin de 16 bits de longitud. El nmero binario de 16 bits se puede representar como un nmero hexadecimal de cuatro dgitos. Por ejemplo, 0010000100000010 en nmeros binarios es igual a 2102 en nmeros hexadecimales. La palabra hexadecimal a menudo se abrevia como 0x cuando se utiliza con un valor como el que aparece en el nmero anterior. 0x2102. Al igual que los sistemas binario y decimal, el sistema hexadecimal se basa en el uso de smbolos, potencias y posiciones.

Los smbolos que se usan en hexadecimal son los nmeros 0 - 9 y las letras A, B, C, D, E y F.

Observe que todas las combinaciones posibles de cuatro dgitos binarios tienen slo un smbolo hexadecimal, mientras que en el sistema decimal se utilizan dos. La razn por la que se utiliza el sistema hexadecimal es que dos dgitos hexadecimales, al contrario de lo que ocurre en el sistema decimal que requiere hasta cuatro dgitos, pueden representar eficientemente cualquier combinacin de ocho dgitos binarios. 1.2.7 Lgica booleana o binaria La lgica booleana se basa en circuitos digitales que aceptan uno o dos voltajes entrantes.

Basndose en los voltajes de entrada, se genera el voltaje de salida. Para los fines de los computadores, la diferencia de voltaje se asocia con dos estados, activado (encendido) o desactivado (apagado). Estos dos estados, a su vez, se asocian como un 1 o un 0, que son los dos dgitos del sistema numrico binario. La lgica booleana es una lgica binaria que permite que se realice una comparacin entre dos nmeros y que se genere una eleccin en base a esos dos nmeros. Estas elecciones son las operaciones lgicas AND, OR y NOT. Con la excepcin de NOT, las operaciones booleanas tienen la misma funcin. Aceptan dos nmeros, que pueden ser 1 0, y generan un resultado basado en la regla de lgica. La operacin NOT toma cualquier valor que se le presente, 0 1, y lo invierte.

El uno se transforma en cero, y el cero se transforma en uno. Recuerde que las compuertas lgicas son dispositivos electrnicos creados especficamente con este propsito. La regla de lgica que siguen es que cualquiera sea la entrada, el resultado ser lo opuesto. La operacin AND toma dos valores de entrada. Si ambos valores son 1, la compuerta lgica genera un resultado de 1. De lo contrario, genera un 0 como resultado. Hay cuatro combinaciones de valores de entrada. Tres de estas combinaciones generan un 0, y slo una combinacin genera un 1.

La operacin OR tambin toma dos valores de entrada.

Si por lo menos uno de los valores de entrada es 1, el valor del resultado es 1. Nuevamente, hay cuatro combinaciones de valores de entrada. Esta vez tres combinaciones generan un resultado de 1 y la cuarta genera un resultado de 0. Las dos operaciones de networking que utilizan la lgica booleana son las mscaras wildcard y de subred. Las operaciones de mscara brindan una manera de filtrar direcciones. Las direcciones identifican a los dispositivos de la red y permiten que las direcciones se agrupen o sean controladas por otras operaciones de red. Estas funciones se explicarn en profundidad ms adelante en el currculum. 1.2.8 Direcciones IP y mscaras de red Las direcciones binarias de 32 bits que se usan en Internet se denominan direcciones de Protocolo Internet (IP).

En esta seccin se describe la relacin entre las direcciones IP y las mscaras de red. Cuando se asignan direcciones IP a los computadores, algunos de los bits del lado izquierdo del nmero IP de 32 bits representan una red. La cantidad de bits designados depende de la clase de direccin. Los bits restantes en la direccin IP de 32 bits identifican un computador de la red en particular. El computador se denomina host. La direccin IP de un computador est formada por una parte de red y otra de host que representa a un computador en particular de una red en particular. Para informarle al computador cmo se ha dividido la direccin IP de 32 bits, se usa un segundo nmero de 32 bits denominado mscara de subred. Esta mscara es una gua que

indica cmo se debe interpretar la direccin IP al identificar cuntos de los bits se utilizan para identificar la red del computador. La mscara de subred completa los unos desde la parte izquierda de la mscara de forma secuencial. Una mscara de subred siempre estar formada por unos hasta que se identifique la direccin de red y luego estar formada por ceros desde ese punto hasta el extremo derecho de la mscara. Los bits de la mscara de subred que son ceros identifican al computador o host en esa red. A continuacin se suministran algunos ejemplos de mscaras de subred: 11111111000000000000000000000000 escrito en notacin decimal separada por puntos es 255.0.0.0 O bien, 11111111111111110000000000000000 escrito en notacin decimal separada por puntos es 255.255.0.0 En el primer ejemplo, los primeros ocho bits desde la izquierda representan la parte de red de la direccin y los ltimos 24 bits representan la parte de host de la direccin. En el segundo ejemplo, los primeros 16 bits representan la parte de red de la direccin y los ltimos 16 bits representan la parte de host de la direccin. La conversin de la direccin IP 10.34.23.134 en nmeros binarios dara como resultado lo siguiente: 00001010.00100010.00010111.10000110 La ejecucin de una operacin AND booleana de la direccin IP 10.34.23.134 y la mscara de subred 255.0.0.0 da como resultado la direccin de red de este host: 00001010.00100010.00010111.10000110 11111111.00000000.00000000.00000000 00001010.00000000.00000000.00000000 00001010.00100010.00010111.10000110 11111111.11111111.00000000.00000000 00001010.00100010.00000000.00000000

Convirtiendo el resultado a una notacin decimal separada por puntos, se obtiene 10.0.0.0 que es la parte de red de la direccin IP cuando se utiliza la mscara 255.0.0.0. La ejecucin de una operacin AND booleana de la direccin IP 10.34.23.134 y la mscara de subred 255.255.0.0 da como resultado la direccin de red de este host: Convirtiendo el resultado a una notacin decimal separada por puntos, se obtiene 10.34.0.0 que es la parte de red de la direccin IP cuando se utiliza la mscara 255.255.0.0. La siguiente es una ilustracin breve del efecto que tiene la mscara de red sobre una direccin IP. La importancia de las mscaras se har mucho ms evidente a medida que se trabaje ms con las direcciones IP. Por el momento, slo hay que comprender el concepto de lo que es una mscara. Resumen

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