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Fundamentos de Redes de Área Local (LAN): Arquitectura, Topologías y Protocolos
Introducción a las Redes de Área Local (LAN)
Una LAN (Local Area Network) es un sistema que permite la comunicación entre ordenadores que están próximos geográficamente.
Características Principales de las LAN
- Distancia: Su alcance va desde metros hasta pocos kilómetros.
- Velocidad: Al ser las dimensiones de la red reducidas, las velocidades de transmisión de datos suelen ser altas.
- Privacidad: Una red de área local ofrece privacidad, ya que la organización es la propietaria de la red.
- Fiabilidad: Suelen presentar una tasa de errores muy baja.
Topologías de Red LAN
Existen varias formas de estructurar físicamente una LAN. Se identifican comúnmente 8 topologías de red LAN, entre las más comunes se encuentran:
Topología de Bus
Une todas las estaciones de red a través de un único canal de comunicación.
Topología de Anillo (Ring)
Consiste en conectar cada ordenador a dos más, formando así un anillo.
Topología de Estrella (Star)
Consiste en conectar cada ordenador a un nodo central. Este nodo central puede ser un hub, un switch u otro dispositivo de red.
Relación entre LAN y el Modelo OSI
Los niveles necesarios para implementar una LAN son principalmente la Capa Física y la Capa de Enlace de Datos, además de la interacción con la Capa de Aplicación superior.
Capa Física (Nivel 1)
Corresponde a:
- La tarjeta de red.
- Las señales electromagnéticas que viajan por el medio de transmisión. Los dispositivos generan esta señal a partir de bits.
Capa de Enlace de Datos (Nivel 2)
Proporciona fiabilidad en el intercambio de tramas entre las estaciones, controlando básicamente el flujo y los errores.
Subniveles de la Capa de Enlace
El nivel de enlace se divide en dos subniveles:
- LLC (Logical Link Control): Se encarga de los servicios típicos del enlace, como el control de errores y el control de flujo.
- MAC (Medium Access Control): Se encarga de la política de acceso al medio.
Control de Acceso al Medio (MAC)
El Control de Acceso al Medio (MAC) es un mecanismo que decide qué estación tiene acceso al medio de transmisión para enviar una trama de información.
Dominios de Colisión
- Un hub crea un único dominio de colisión.
- Un switch y un router: cada puerto es un dominio de colisión independiente.
Dominio de Difusión (Broadcast)
El dominio de difusión (broadcast) es el área lógica en una red de computadoras en la que cualquier computadora conectada puede transmitir directamente a cualquier otra computadora en el dominio sin precisar ningún dispositivo de encaminamiento, dado que comparten la misma subred, dirección de puerta de enlace y están en la misma Red de Área Local (LAN).
Funcionamiento de CSMA/CD
El Control de Acceso al Medio con Detección de Colisiones (CSMA/CD) funciona de la siguiente manera:
- Los ordenadores escuchan constantemente el medio.
- Cuando tienen una trama por transmitir, si detectan que no hay actividad, la envían.
- En caso contrario, escuchan hasta que el medio quede libre y entonces transmiten su trama.
- Si no tienen nada que transmitir, cuando detectan una trama en el medio, la capturan y la procesan.
Es un algoritmo diseñado para detectar el medio y gestionar la posibilidad de colisiones.
Diferencias entre Switch y Router
Existen diferencias fundamentales en su operación:
| Característica | Switch | Router |
|---|---|---|
| Capa OSI | Actúa en la Capa 2 (Enlace de Datos). | Actúa en la Capa 3 (Red). |
| Direccionamiento | Se basa en la dirección MAC para enviar paquetes. | Se basa en la dirección IP para enviar paquetes. |
| Segmentación | Sirve para segmentar dominios de colisión. | Sirve para segmentar dominios de colisión y dominios de broadcast. |
Encapsulamiento TCP/IP
El proceso de encapsulamiento en la pila TCP/IP implica:
- Inicialmente, se realiza alguna acción en el nivel superior, la capa de Aplicación (espacio del usuario).
- La capa correspondiente del modelo TCP/IP añade información de control (header o encabezado) a los datos de la aplicación.
- Finalmente, se llega a la trama de Ethernet (Ethernet Frame), que contiene toda la información que viajará por la red.
Estándar IEEE 802.3 (Ethernet)
IEEE 802.3 fue el primer intento para estandarizar redes basadas en Ethernet, incluyendo las especificaciones del medio físico subyacente. Aunque hubo una diferencia en un campo de la cabecera inicialmente, posteriormente hubo ampliaciones sucesivas al estándar que cubrieron las ampliaciones de velocidad (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet y 10 Gigabit Ethernet), redes virtuales, hubs, conmutadores y distintos tipos de medios, tanto de fibra óptica como de cables de cobre (par trenzado y coaxial).
Conceptos de Direccionamiento IP
La dirección IP son 32 bits. Se representa con 4 números decimales separados por puntos, que van de 0 a 255. Cada número decimal corresponde a 8 dígitos binarios.
Glosario de Direcciones IP
- IP pública: IP visible desde Internet.
- IP privada: IP no visible desde Internet y visible solo desde nuestra LAN.
- IP fija (o estática): IP fijada, no cambia.
- IP dinámica: IP que se obtiene a partir del servicio DHCP y que, por lo tanto, puede variar.
Fragmentación de Paquetes IP
La fragmentación de paquetes IP es un mecanismo que permite separar o fragmentar un datagrama IP en diversos bloques de datos llamados fragmentos si su tamaño sobrepasa la Unidad Máxima de Transferencia (MTU). El protocolo IP solamente fragmenta un datagrama cuando la MTU del medio por donde se tiene que encaminar tiene un tamaño menor que el del datagrama.
Unidad Máxima de Transferencia (MTU)
La Unidad Máxima de Transferencia (Maximum Transmission Unit – MTU) es un término de redes de computadoras que expresa el tamaño en bytes de la unidad de datos más grande que puede enviarse usando un protocolo de comunicaciones.