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Transmisión de datos en la capa física
Papel de una interfaz de red
Inicialmente vamos a examinar los parámetros que permiten configurar los periféricos de un PC y más concretamente una tarjeta de red.
1. Principios
La interfaz de red tiene el papel de intermediario entre el ordenador y el soporte de transmisión. Puede ser un pequeño componente soldado a la placa base o una tarjeta de red (NIC - Network Interface Card) independiente. En este último caso se instala en una ranura de expansión (slot). Su papel es preparar los datos que deben transmitirse antes de enviarlos, e interpretar los recibidos. Para ello, contiene un transmisor-receptor.
El controlador (driver) del periférico se encarga del vínculo entre la tarjeta y el sistema operativo. Este componente informático corresponde a la capa de Conexión de datos del modelo OSI.
2. Preparación de los datos
La capa física prepara los datos (bits) que deben transmitirse en forma de señales. Los intercambios entre el ordenador y la tarjeta se efectúan en paralelo mediante el bus de la máquina. La tarjeta de red ordenará la información en series antes de transmitir las señales a través del soporte físico.
Opciones y parámetros de configuración
Cualquier punto de entrada/salida en una red debe definirse para que la trama sea recibida (aceptada) por el periférico adecuado. Una tarjeta de red o un puerto de serie deben tener un número que permita ubicarlos en el nivel más bajo (del modelo OSI).
1. Dirección física
Es una dirección física de seis bytes que permite identificar la interfaz de red en una red local de tipo Ethernet (la más frecuente y que trataremos más adelante). El IEEE asigna los tres primeros bytes de esta dirección para identificar el fabricante del hardware (p. ej., 00AA00 para el fabricante Intel y 00A024 para 3Com). Los tres bytes restantes se dejan a disposición del fabricante, que debe combinarlos en las tarjetas de tal manera que ninguna tenga la misma dirección física en una red de nivel 2.
Una dirección MAC puede identificar una tarjeta de red única (I = 0) o una asociada a un grupo de tarjetas (G = 1). Esta dirección puede ser única globalmente (U = 0) o simplemente única en un perímetro limitado (L = 1).
Teóricamente, nada impide al sistema operativo trabajar con direcciones físicas diferentes de las del fabricante. Por ejemplo, en Windows, al acceder a las propiedades de la tarjeta de red, podemos configurar una nueva dirección física diferente de la asignada por defecto. Basta con validar para que la nueva dirección MAC se haga efectiva inmediatamente.
Visualización de opciones avanzadas de una tarjeta de red en Windows
El comando ipconfig /all en Windows o if address en Unix/Linux permite comprobarlo.
Esta dirección se utiliza cada vez que un equipo, o más bien su tarjeta de red, tiene que emitir una trama hacia otra tarjeta de red. Sin embargo, es posible enviar un paquete no a una, sino a varias tarjetas sustituyendo la dirección única del destinatario por una dirección múltiple (a menudo una dirección de difusión, que se representa como FFFFFFFFFFFF, es decir, todos los bits de los seis bytes a 1).
Así, cada dirección que se refiera a varios equipos tendrá su bit más significativo (el de la izquierda) con ’1’ (p. ej., FFFFFF.FFFFFF), con ’0’ en el caso contrario (p. ej., 00AA00.123456).
Por ejemplo, cuando una tarjeta...
Arranque desde la red
1. Principios
En algunas empresas, el sistema operativo de red, a nivel de las estaciones trabajo, se carga a partir de un programa escrito en memoria de solo lectura (PROM - Programmable Read Only Memory). Esto evita que las estaciones de trabajo deban tener obligatoriamente almacenamiento local (discos duros); entonces se utilizará una configuración de tipo Cliente Ultra Ligero o Cliente cero.
Cliente Ultra ligero (Cliente cero) - Axel
Por el contrario, los clientes ligeros disponen de almacenamiento local (ver capítulo Presentación de los conceptos de red).
Esta solución garantiza que no tenga lugar ningún intercambio de información entre los puestos de trabajo. Así se obtiene una mayor confidencialidad de los datos de la empresa y al mismo tiempo se evita la introducción de virus.
El equipo utilizado ofrece una tarjeta de red que arranca directamente sobre la red. En el arranque, la tarjeta de red, que conoce su propia dirección física, envía una difusión (una trama dirigida a todo el mundo) que es reconocida por un servidor. El servidor sabe entonces qué configuración de sistema operativo de red debe asociar a esta dirección.
2. Protocolos
Son varios los protocolos que posibilitan la inicialización a través de la red.
a. La conexión entre las direcciones física y lógica
El protocolo Address Resolution Protocol (ARP) resuelve la dirección lógica IPv4 de nivel 3 en dirección lógica MAC de nivel 2.
La inversa, Reverse Address Resolution Protocol (RARP) permite, a través de la dirección física, determinar la dirección lógica. Así pues, en su inicialización (bootstrap), la estación de trabajo envía una petición RARP, con el fin de obtener una dirección IPv4 correspondiente a la dirección MAC transmitida.
Una vez obtenida la dirección IP, el equipo también dispone de la dirección IP del servidor que respondió y entonces le pide un archivo a través del protocolo Trivial FTP (TFTP). Este archivo, de algunas decenas de kilobytes, una vez descargado, se ejecuta y permite, finalmente, contactar con un servidor BOOTPARAM utilizando las llamadas a procedimientos remotos (RPC - Remote Procedure Call). La dirección IP del servidor se transmite, por último...
Codificación de los datos
Hablamos de datos para precisar la información original que queremos intercambiar.
De todos modos, estos datos deben utilizar uno o más canales de comunicación para llegar a los destinatarios. Por ejemplo, la voz humana puede transmitirse a través del aire o de la red telefónica conmutada una vez digitalizada.
A continuación definimos como señal la información que transita por un canal de comunicación. El paso de un lado al otro a menudo implica diferentes etapas de transformación.
1. Tipos de datos y de señales
Distinguiremos los datos digitales de los datos analógicos. Del mismo modo, hablaremos de señal digital cuando su representación implique un número finito de estados (p. ej., tensiones cuadradas de amplitud 20 ms). Una señal analógica está representada por una onda sinusoidal que puede tomar un sinfín de valores.
a. La señal analógica
Basta con lanzar una piedra al agua para constatar que una onda omnidireccional se propaga en forma de sinusoide. Los sonidos se propagan siguiendo los mismos principios, pero operando sobre variaciones de presión en el aire.
Este tipo de señal es fácilmente reproducible incluso en soportes limitados (físicos, por ejemplo, cables).
Una onda es una señal analógica periódica. Su primera característica es la frecuencia, cuya medida de unidad es el Hertz o hercio (Hz), y que representa el número de oscilaciones por segundo.
El periodo designa la duración de una oscilación completa en segundos. El periodo es inverso a la frecuencia. Se puede calcular también la longitud de onda, distancia en metros recorrida por una oscilación. La altura de la onda se designa como amplitud. La fase indica el sentido de la onda.
b. La señal digital
Este tipo de señal, que se basa en la sincronización por señal de reloj, permite codificar la información haciendo variar la amplitud.
La velocidad de estas señales se expresa en baudios, es decir, en el número de símbolos cifrados por segundo.
Atención: según el algoritmo utilizado para transformar la información en señal, puede que el baudio tenga o no un significado de bit por segundo. Así, si se cifra un bit elemental...
Conversión de las señales
1. Definiciones
El nivel físico trabaja con las señales emitidas entre dos puntos; por un lado, en el equipo del usuario, llamado Equipo Terminal de Tratamiento de Datos (ETTD), en inglés Data Terminal Equipment (DTE), y en el otro lado de la red, en el Equipo Terminal de Circuito de Datos (ETCD), en inglés Data Communications Equipment (DCE).
Equipos terminales e intermedios
Un ETTD puede ser un ordenador o un router, mientras que un ETCD puede ser un módem, un conmutador o un multiplexor.
Equipos terminales e intermedios
2. Módem
TP-Link Modem Routeur ADSL2+ Wi-Fi FastEthernet
La función del módem es MOdular y DEModular, es decir, codificar datos digitales convirtiéndolos en señales analógicas con el fin de hacerlas recorrer distancias considerables.
Módem y ETTD
Un módem se puede utilizar para compartir un canal (en el caso de señales analógicas) a través de portadores con frecuencias diferentes.
Para distancias cortas, por ejemplo, en una oficina, no es necesario un módem, ya que se pueden utilizar señales digitales (p. ej., RS232-C).
La mayoría de las veces, el módem se utiliza para establecer una conexión de punto a punto mediante la red telefónica, entre dos lugares distantes.
3. CODEC
La función del CODEC, COdificador DECodificacor, es la codificación de una señal...
Soportes de transmisión
Un soporte de transmisión transporta datos en forma de señales entre las interfaces de red.
Hay distintos tipos de soporte en función del precio, de la simplicidad de la instalación, la velocidad, la resistencia a las interferencias, etc.
Entre estos, se distinguen los soportes limitados y los no limitados.
1. Soportes limitados
Son soportes físicos, como los cables que conducen la electricidad.
Los principales soportes limitados son el par trenzado, el cable coaxial y la fibra óptica.
a. El par trenzado
Un par trenzado en su forma más simple está compuesto por dos cables trenzados de cobre, cada uno protegido con una cubierta aislante. Hay varios tipos de pares trenzados: el par trenzado no blindado Unshielded Twisted Pair (UTP) y el par blindado Shielded Twisted Pair (STP) son los más extendidos.
El par trenzado blindado (STP) añade una protección por par.
Existe igualmente un tipo de pares FTP (Foiled Twisted Pair), que proporciona protección utilizando una tira de aluminio alrededor de los cuatro pares.
Se puede encontrar también una combinación de los dos anteriores llamada S/FTP o Shield/Foiled Twisted Pair.
Finalmente, otro tipo de protección consistirá en una hoja doble por par y en general. Se trata de F/FTP.
El número de pares por cable varía. El trenzado de los cables disminuye las interferencias eléctricas procedentes de los pares adyacentes y del entorno exterior.
Par trenzado no blindado
Es el tipo de par trenzado más utilizado en las redes locales. Un segmento de cable UTP puede alcanzar los 100 metros.
La mayoría de los sistemas telefónicos utilizan el tipo UTP. La popularidad de este tipo de cable se debe al hecho de que en un gran número de edificios se realiza un cableado previo para los sistemas telefónicos. No obstante, el sistema telefónico debe respetar las características propias de las redes informáticas (como el trenzado) para garantizar una buena calidad de transmisión.
Cable de pares trenzados
Par trenzado blindado
El cable UTP es especialmente propenso a las interferencias (mezcla de señales debida a pares vecinos). El cable STP mejora la transmisión utilizando una envoltura trenzada de cobre de mejor calidad y más protectora que la empleada para el cableado UTP. Además, una envoltura...
