Las redes de datos permiten la comunicación de diferentes formas, de hecho, diariamente surgen nuevos servicios que aprovechan la red con este fin. Esto ha llevado a que el tamaño y complejidad de las redes aumente considerablemente. Para facilitar la comprensión de las plataformas modernas y facilitar el desarrollo de nuevas tecnologías, se han generado unos modelos globalmente aceptados que describen las reglas y las funciones de una red, los modelos más reconocidos son: TCP/IP y Open System Interconnection (OSI).

Existe actualmente, una tecnología LAN que es utilizada de manera masiva, la cual ha sido denominada Ethernet y su funcionamiento tiene lugar dentro de las capas de enlace de datos y física. Los estándares con los que cuenta Ethernet establecen varios aspectos de la comunicación de red, ya que definen los protocolos que deben ser usados en la capa de enlace y las tecnologías físicas adecuadas.

En esta unidad, se estudian las funciones y características principales de la capa física, comprendiendo el funcionamiento de los estándares y protocolos que realizan la gestión y envío de datos a través de los diferentes medios de transmisión. Además, se presentan las funciones de la capa de enlace de datos y las características y el funcionamiento de Ethernet.

Propósito general

Fundamentar al estudiante sobre las topologías y dispositivos que forman una red, comprendiendo la importancia de los protocolos y estándares que permiten la interoperabilidad de las comunicaciones y su acceso al medio de transmisión.

Propósitos específicos

• Entender cómo los dispositivos en una LAN acceden a los recursos de una red, mediante el uso de protocolos y servicios de la capa física y de enlace de datos.
• Comparar las técnicas de control de acceso al medio y topologías lógicas usadas en redes.
• Comprender el funcionamiento de Ethernet, identificando sus principales características y describiendo el propósito del direccionamiento MAC Ethernet.

La capacidad de comunicación ha sido un factor importante para el desarrollo de la sociedad, ya que la interacción con otros ha permitido progresar en diferentes campos, como el económico, social, comercial, educativo y el desarrollo personal. Ha resultado tan importante el intercambio de información en el proceso evolutivo, que el siglo pasado se dio la aparición de una gran cantidad de tecnologías cuyo fin era ampliar la cobertura y mejorar la habilidad para establecer una comunicación.

Entre los desarrollos más importantes, se tuvo el nacimiento de las redes telefónicas, la llegada masiva de la televisión y la radio a los hogares, la creación de las comunicaciones satelitales y por supuesto la consolidación de Internet, la cual tuvo lugar gracias al rápido avance tecnológico de la industria de la computación.

La integración entre computadores y sistemas de comunicaciones modificó la arquitectura que se tenía dispuesta para los sistemas de computación, dejando obsoleto el concepto de centralización, y dando lugar a una nueva estructura, donde millones de computadores se encuentran interconectados con la capacidad de intercambiar información. Esta estructura se conoce como redes de computadores. No cabe duda, que de las capacidades de estas redes que conforman la Internet, dependen cada día más nuestras relaciones comerciales y personales.

Las redes de datos cambiaron por completo la forma en la que nos comunicamos, convirtiéndose en el nuevo medio sobre el cual se sustentan las comunicaciones modernas.

Algunos términos que debemos tener presente en nuestro trabajo en redes de datos, son: Una interfaz hace referencia a un puerto de un dispositivo de interconexión de redes individuales. Los puertos de un enrutador son llamados interfaces de red, ya que estos equipos se utilizan para la interconexión de redes. Un puerto físico es un conector en un dispositivo de red donde se conectan los medios a un host u otro dispositivo de red.

Para conocer los componentes de las redes es necesario definir qué tamaño tiene nuestra red, ya que los elementos que la conformen van a depender de la complejidad de la misma. Existen redes simples conformadas por dos computadores y redes donde miles de computadores se encuentran interconectados.

Las redes basan su funcionamiento en el uso de hosts o dispositivos finales, los cuales se encargan de realizar la transmisión o recepción de los mensajes en la red. Los hosts pueden dividirse en dos categorías: clientes o servidores. De hecho, un host puede funcionar de ambas formas.

La infraestructura sobre la cual está operando la red puede tener varios niveles de complejidad, puede ser tan sencilla como la conexión entre dos computadores que forman una red del tipo punto a punto (peer to peer) o tan grande y compleja como una red que interconecta dos o más computadoras que se encuentran en lugares geográficos distantes. Por tanto, la infraestructura de red está conformada por tres componentes principales: dispositivos, medios de información y servicios.

Como hemos visto existen diversos tipos de componentes de una red, por tanto, no debe resultarnos extraño que también existan diferentes tipos de redes, los cuales pueden ser clasificados de acuerdo a características como la cantidad de usuarios que van a estar conectados, el tipo de servicios que van a ser utilizados y el tamaño que la red va a ocupar.

El internet ofrece diferentes posibilidades para realizar la conexión a los usuarios, ya sea mediante el uso de la infraestructura de redes móviles, redes WAN, o banda ancha por línea de suscriptor digital (DSL), cada una de ellas es utilizada según las características del dispositivo, cobertura, ubicación, etc. Las opciones de conexión más utilizadas se muestran en la siguiente interactividad.

Actividad de aprendizaje

De acuerdo con lo estudiado hasta este punto, completa la siguiente tabla y pon a prueba lo aprendido.

Cada día que pasa, la comunicación de forma digital se hace más relevante para la ejecución de labores diarias o simplemente para mantenerse en contacto con familiares y amigos. Hace un par de décadas no existía internet, no había smartphones con servicios como WhatsApp, ni la posibilidad de realizar una video llamada con otra persona mediante Skype. Esto ha cambiado radicalmente. Ahora se tienen varios servicios que hacen parte de la cotidianidad y constantemente se diseñan nuevos desarrollos que siguen moldeando el estilo de vida moderno.

Los servicios tradicionales como la telefonía o la radio se mantenían aislados de las redes de datos e incluso entre ellos existían prácticas de canalización que no permitían el solapamiento de información, ni el compartir recursos, lo cual obligaba a que cada servicio utilizara una clase de tecnología diferente y debía gestionar sus propias reglas y modo de funcionamiento. Sin embargo, el avance tecnológico dio paso a lo que se conoce como una red convergente, en la cual sobre un mismo canal se puede enviar información de distintos servicios garantizando la calidad de los mismos.

Las reglas de la comunicación entre dispositivos tecnológicos tienen algunos rasgos similares al establecimiento de una comunicación humana. Debe existir un emisor, un mensaje de información y un receptor; además de eso, debe existir un acuerdo sobre el idioma a utilizar, la forma en la que se entrega el mensaje y posiblemente una confirmación de que ha sido recibido satisfactoriamente.

Los dispositivos, que se van a comunicar dentro de una red, deben utilizar diversos tipos de protocolos que les permitan llevar a cabo las acciones que conducen a una correcta comunicación en la red. Generalmente, se deben disponer de un grupo de protocolos que puedan ejecutar los requerimientos y acciones necesarias.

Para lograr una comunicación exitosa es necesario contar con los protocolos TCP/IP tanto en los dispositivos que están transmitiendo, así como en los equipos que están recibiendo la información. Sin embargo, no es el único conjunto de protocolos que existe, hay otros que también se han popularizado gracias a la buena descripción del funcionamiento que se produce en las diferentes etapas de la comunicación de red. Estas etapas usualmente son conocidas como capas y tienen la ventaja de explicar las tareas y habilidades de la red. Entre sus más importantes exponentes está el modelo OSI. A diferencia del modelo de referencia OSI, el modelo TCP/IP cuenta con cuatro capas que logran describir de manera acertada y eficiente el proceso completo del funcionamiento de red.

Los protocolos de comunicaciones son estándares desarrollados para regular la sintaxis y la sincronización en una comunicación de red. El modelo OSI y el TCP/IP presentan ciertas similitudes, esto sucede porque ambos tratan de describir un mismo proceso.

El fin de cualquier modelo de protocolos o de referencia es dar información sobre cómo un mensaje llega desde el emisor hasta el receptor. Actualmente el envío de datos como imágenes, audios, videos, textos, entre otros, predominan en el tránsito de archivos por los canales de información, esto conlleva a que los mensajes tengan una gran variedad de tamaños.

Actividad de aprendizaje

De acuerdo con lo estudiado hasta este punto, resuelve el siguiente crucigrama basado en el nombre de las capas y las funciones que realiza cada una de ellas dentro del modelo OSI y TCP/IP.

Según el modelo de protocolos TCP/IP, la capa física y la capa de enlace de datos vistas en el modelo OSI, están estrechamente relacionadas, tanto así, que en este modelo conforman una sola capa cuya denominación se conoce como acceso a la red.

En términos generales, la capa física se encarga de transferir los datos en forma de señales eléctricas a los medios físicos, mientras que en la recepción se realiza el proceso inverso, reconvirtiendo las señales eléctricas a datos para su correspondiente procesamiento.

Cada uno de los equipos donde son conectados los medios físicos presenta diferentes ventajas según el tipo de red, instalación y requerimientos, lo cual los lleva a tener un diferente desempeño.

Existen varios conceptos que son relevantes a nivel de la conexión física y los cuales incluso pueden ser considerados indicadores de desempeño de una conexión de red. En la siguiente interactividad se definen varios de estos conceptos.

Existen tres grandes categorías donde se pueden clasificar las diferentes señales utilizadas por los medios físicos, tal cual se presenta en el gráfico principal de esta pantalla.

Cada uno de los medios de transmisión tiene determinadas características que las hace especiales, de acuerdo a la función que desempeñan:

• Cable metálico
• Fibra óptica
• Espacio

A continuación, se presenta una comparación entre fibra óptica y cables metálicos.

Material de apoyo

Según el modelo de protocolos TCP/IP, el acceso a la red corresponde a las capas de enlace de datos y física del modelo OSI. La primera encargada de recibir la información de la capa de red y empaquetarla en “tramas”, para luego realizar el intercambio de estas unidades de datos, utilizando los medios físicos de red. Además, implementa funciones de control de acceso al medio y detección de error.

La capa de enlace de datos cuenta con dos subcapas en su interior, denominadas control de enlace lógico (LLC) y control de acceso al medio (MAC). La subcapa LLC determina el protocolo de red que se usa para la trama, como por ejemplo IPv6 o IPV4. La subcapa MAC direcciona y delimita la información de la capa de enlace de datos teniendo en cuenta la señalización y los protocolos que se estén usando (Comer, 2015).

Para que una trama pueda circular a través de los medios físicos y de la red es necesario que cuente con una estructura que permita un correcto funcionamiento. La estructura de la trama cuenta con tres partes principales denominadas: encabezado, datos y tráiler.

Debido a la gran cantidad de información que circula en una red, es necesario contar con ciertas reglas que controlen el flujo de los datos. Si hay varios dispositivos conectados a un mismo medio de transmisión se debe establecer la forma en la que van a compartir la información para así evitar colisiones entre los datos y posibles errores.

La topología de una red es la disposición que tienen los nodos entre sí en la capa de enlace de datos, mientras que la compartición de los medios está relacionada con el tipo de medio que se está usando.

Existen dos diferentes tipos de topología, la física que se refiere a como las conexiones están interconectando los diferentes equipos que conforman la red y la lógica que está enfocada en explicar cómo la red hace la transferencia de las tramas de un nodo a otro.

Para la capa de acceso a la red, es decir desde el modelo OSI, la capa de enlace de datos y la física, es común encontrar instalada la tecnología Ethernet para las redes LAN. El protocolo Ethernet determina varios de los factores relevantes para la comunicación de red, como lo son el tamaño y el formato de la trama.

Ethernet, al igual que varias tecnologías de amplia aceptación en las redes de datos, fue creado por la IEEE y estandarizado en sus normas 802.2 y 802.3, donde se definieron los siguientes anchos de banda en su utilización: 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1 Gb/s, 10 Gb/s, 40 Gb/s y 100 Gb/s. Un ejemplo de una trama de IEEE 802.3 se muestra en el gráfico que acompaña esta pantalla.

El tamaño mínimo de la trama está establecido en 64 bytes y el máximo en 1518 bytes.

El uso de las redes de datos ha modificado por completo la manera en que se planean y ejecutan la gran mayoría de actividades, como por ejemplo trabajar, estudiar o entretener. Estas redes pueden variar en tamaño, pueden ser dos equipos comunicados en una oficina o miles de equipos interconectados alrededor del mundo. Todas las redes están compuestas por dispositivos intermedios, dispositivos finales y medios de red.

Los dispositivos finales e intermedios deben regirse bajo estándares y protocolos que les permitan comunicarse. Los modelos más conocidos son TCP/IP y OSI, los cuales están divididos en capas que los hacen más sencillos de entender y permiten definir los dispositivos y servicios que tienen lugar en puntos específicos de una comunicación de red. En el modelo OSI, las primeras dos capas se denominan física y enlace de datos, respectivamente, las cuales tienen correspondencia con la capa de acceso a la red del modelo de protocolos TCP/IP.

Caso de estudio

Una vez finalizado el estudio el estudio de esta unidad, pon a prueba lo aprendido en el siguiente caso de estudio donde deberás realizar conexiones de red.