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De todas las organizaciones mencionadas aquí, TIA/EIA es la que ha causado el mayor impacto sobre los estándares de los medios para networking. Específicamente, TIA/EIA-568-A y TIA/EIA-569-A, han sido y continúan siendo los estándares más ampliamente utilizados para determinar el rendimiento de los medios para networking.

Las normas TIA/EIA especifican los requisitos mínimos para los entornos compuestos por varios productos diferentes, producidos por diversos fabricantes. Estas normas tienen en cuenta la planificación e instalación de sistemas de LAN sin imponer el uso de equipo específico, y, de ese modo, ofrecen a los diseñadores de las LAN la libertad de crear opciones con fines de perfeccionamiento y expansión.

Los repetidores regeneran y retemporizan las señales, lo que permite entonces que los cables se extiendan a mayor distancia. Solamente se encargan de los paquetes a nivel de los bits, por lo tanto, son dispositivos de Capa 1.

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Los repetidores son dispositivos de internetworking que existen en la capa física (la Capa 1) del modelo OSI. Pueden aumentar la cantidad de nodos que se pueden conectar a una red y, como consecuencia, la distancia a la cual se puede extender una red. Los repetidores modifican la forma, regeneran y retemporizan las señales antes de enviarlas por la red.

La desventaja del uso de repetidores es que no pueden filtrar el tráfico de red. Los datos (bits) que llegan a uno de los puertos del repetidor se envían a todos los demás puertos. Los datos se transfieren a todos los demás segmentos de la LAN sin considerar si deben dirigirse hacia allí o no.

Los repetidores multipuerto combinan las propiedades de amplificación y de retemporización de los

repetidores con la conectividad. Es normal que existan 4, 8, 12 y hasta 24 puertos en los

repetidores multipuerto. Esto permite que varios dispositivos se interconecten de forma económica

y sencilla. Los repetidores multipuerto a menudo se llaman hubs, en lugar de repetidores, cuando

se hace referencia a los dispositivos que sirven como centro de una red de topología en estrella.

Los hubs son dispositivos de internetworking muy comunes. Dado que el hub típico "no

administrado" simplemente requiere alimentación y jacks RJ-45 conectados, son excelentes para

configurar una red con rapidez. Al igual que los repetidores en los que se basan, sólo manejan bits

y son dispositivos de Capa 1.

Todos estos dispositivos (pasivos y activos) crean o actúan sobre bits. No reconocen patrones de

información en los bits, ni direcciones, ni datos. Su función es simplemente transportar los bits. La

Capa 1 es fundamental en el diagnóstico de fallas de las redes y su importancia no debe

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subestimarse. Muchos de los problemas de la red pueden deberse a malas inserciones o

terminaciones RJ-45, o a jacks, repetidores, hubs o transceivers dañados o que funcionan mal.

Algunas redes se encuentran directamente conectadas; todos los hosts comparten la Capa 1. Los ejemplos son:

entorno de medios compartidos: los entornos de medios compartidos se producen cuando múltiples hosts tienen acceso al mismo medio. Por ejemplo, si varios PC se encuentran conectados al mismo cable físico, a la misma fibra óptica, o si comparten el mismo espacio aéreo, entonces se dice que comparten el mismo entorno de medios. A veces puede ser que escuche a alguien decir que "todos los computadores están en el mismo alambre".Esto significa que todos comparten los mismos medios, aunque el "alambre" puede ser UTP CAT 5, que tiene cuatro pares de hilos.

entorno extendido de medios compartidos: es un tipo especial de entorno de medios compartidos, en el que los dispositivos de networking pueden extender el entorno para que se pueda implementar múltiple acceso o más usuarios. Sin embargo, esto tiene tanto aspectos negativos como positivos.

entorno de red punto a punto: se emplea típicamente para las conexiones de acceso telefónico a redes, y es el que resulta más familiar para la mayoría de los estudiantes. Se trata de un entorno de networking compartido en el que cada dispositivo se conecta a otro dispositivo único a través de un enlace, de la misma forma en que usted se conecta a su proveedor de servicios Internet a través de una línea telefónica.

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Algunas redes tienen conexiones indirectas, lo que significa que existen algunos dispositivos de networking de capa superior y/o distancia geográfica entre dos hosts que se comunican. Existen dos tipos:

conmutada por circuitos: red indirectamente conectada en la que se mantienen circuitos eléctricos reales durante la comunicación. El sistema telefónico actual es todavía, en parte, conmutado por circuitos, aunque los sistemas telefónicos de varios países ahora se concentran menos en las tecnologías con conmutación de circuitos.

conmutada por paquetes: en lugar de dedicar un enlace como conexión de circuito exclusiva entre dos hosts que se comunican, el origen manda mensajes en paquetes. Cada paquete contiene suficiente información para que se enrute al host destino correcto. La ventaja es que muchos hosts pueden compartir el mismo enlace; la desventaja es que se pueden producir conflictos.

Uno de los problemas que se puede producir, cuando dos bits se propagan al mismo tiempo en la misma red, es una colisión. En una red pequeña y de baja velocidad es posible implementar un sistema que permita que sólo dos computadores envíen mensajes, cada uno por turnos. Esto significa que ambas pueden mandar mensajes, pero sólo podría haber un bit en el sistema. El problema es que en las grandes redes hay muchos computadores conectados, cada uno de los cuales desea comunicar miles de millones de bits por segundo. También es importante recordar que los "bits" en realidad son paquetes que contienen muchos bits.

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Se pueden producir problemas graves como resultado del exceso de tráfico en la red. Si todos los dispositivos de la red están interconectados por medio de un solo cable, aumenta la probabilidad de que se produzcan conflictos cuando varios usuarios intenten enviar datos al mismo tiempo. Lo mismo sucede si los segmentos de una red están conectados únicamente con dispositivos no filtrantes tales como repetidores. Ethernet permite que sólo un paquete de datos por vez pueda acceder al cable. Si más de un nodo intenta transmitir simultáneamente, se produce una colisión y se dañan los datos de cada uno de los dispositivos.

El área dentro de la red donde los paquetes se originan y colisionan, se denomina dominio de colisión, e incluye todos los entornos de medios compartidos. Por ejemplo, un alambre puede estar conectado con otro a través de cables de conexión, transceivers, paneles de conexión, repetidores e incluso hubs. Todas estas interconexiones de Capa 1 forman parte del dominio de colisión.

Cuando se produce una colisión, los paquetes de datos involucrados se destruyen, bit por bit. Para evitar este problema, la red debe disponer de un sistema que pueda manejar la competencia por el medio (contención). Por ejemplo, un sistema digital sólo puede reconocer dos estados de voltaje, luz u ondas electromagnéticas. Por lo tanto en una colisión, las señales interfieren, o colisionan, entre sí. Al igual que lo que ocurre con dos automóviles, que no pueden ocupar el mismo espacio, o la misma carretera, al mismo tiempo, tampoco es posible que dos señales ocupen el mismo medio simultáneamente.

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En general, se cree que las colisiones son malas ya que degradan el rendimiento de la red. Sin embargo, una cierta cantidad de colisiones constituye una función natural de un entorno de medios compartidos (es decir, un dominio de colisión). Esto ocurre cuando una gran cantidad de computadores tratan de comunicarse entre sí al mismo tiempo utilizando el mismo cable.

La historia de la forma en que Ethernet administra las colisiones y los dominios de colisión se remonta a las investigaciones que se llevaron a cabo en la Universidad de Hawai. En su intento por desarrollar un sistema de comunicaciones inalámbricas para las Islas de Hawai, los investigadores universitarios desarrollaron un protocolo denominado Aloha. Este protocolo fue fundamental para el desarrollo de Ethernet.

Como profesional de networking, una habilidad importante es la capacidad de reconocer los

dominios de colisión. Si conecta varios computadores a un solo medio que no tiene otros

dispositivos de networking conectados, esta constituye una situación básica de acceso compartido,

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y un dominio de colisión. Según la tecnología específica utilizada, esa situación limita la cantidad

de computadores que pueden usar esa parte del medio, también denominado segmento.

Los repetidores regeneran y retemporizan los bits, pero no pueden filtrar el flujo de tráfico que pasa

por ellos. Los datos (bits) que llegan a uno de los puertos del repetidor se envían a todos los

demás puertos. El uso de repetidor extiende el dominio de colisión, por lo tanto, la red a ambos

lados del repetidor es un dominio de colisión de mayor tamaño.

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Ya hemos aprendido que el otro nombre del hub es repetidor multipuerto. Cualquier señal que entre a un puerto del hub se regenera, retemporiza y se envía desde todos los demás puertos. Por lo tanto, los hubs, que son útiles para conectar grandes cantidades de computadores, extienden los dominios de colisión. El resultado final es el deterioro del rendimiento de la red si todos los computadores en esa red exigen anchos de banda elevados, simultáneamente.

Tanto los repetidores como los hubs son dispositivos de Capa 1 y, por lo tanto, no realizan ningún

filtrado del tráfico de la red. El uso de un repetidor para extender un tendido de cable, así como el

uso de un hub para terminar el tendido, produce un dominio de colisión más grande.

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La regla de los cuatro repetidores en Ethernet establece que no puede haber más de cuatro repetidores o hubs repetidores entre dos computadores en la red. Para garantizar que una red 10BASE-T con repetidores funcione adecuadamente, se debe cumplir con la siguiente condición: (retardos del repetidor + retardos del cable + retardos de la NIC) x 2 < máximo retardo de recorrido de ida y vuelta. Los retardos del repetidor para 10BASE-T normalmente son inferiores a 2 microsegundos por repetidor. Los retardos de cable son de aproximadamente 0,55 microsegundos por recorrido de 100 m. Los retardos de la NIC son de alrededor de 1 microsegundo por NIC, y el máximo retardo de recorrido de ida y vuelta (el tiempo de bit de 10BASE-T de 0,1 microsegundos temporiza el tamaño mínimo de trama de 512 bits) es de 51,2 microsegundos. Para una longitud de UTP de 500 m conectado por 4 repetidores (hubs) y 2 retardos de la NIC, el retardo total se encontraría muy por debajo del retardo máximo de recorrido de ida y vuelta. La latencia del repetidor, el retardo de propagación y la latencia de la NIC contribuyen a la regla de 4 repetidores. Si se supera la regla de los cuatro repetidores, esto puede llevar a la violación del límite de retardo máximo.

Cuando se supera este límite de retardo, la cantidad de colisiones tardías aumenta notablemente. Una colisión tardía ocurre cuando una colisión se produce después de que se transmiten los primeros 64 bytes de la trama. No se requiere que los conjuntos de chips en las NIC retransmitan automáticamente cuando se produce una colisión tardía. Estas tramas de colisión tardía agregan un retardo denominado retardo de consumo. Con el aumento del retardo de consumo y la latencia, se deteriora el rendimiento de la red. Esta regla de Ethernet también se conoce como la regla 5-4-3-2-1. Cinco secciones de la red, cuatro repetidores o hubs, tres secciones de la red que "mezclan" segmentos (con hosts), dos secciones son segmentos de enlace (para fines de enlace), y un gran dominio de colisión.

Si bien los repetidores y los hubs son dispositivos de networking útiles y económicos, tienen la desventaja de que extienden los dominios de colisión. Si se extiende demasiado el dominio de colisión, pueden producirse demasiadas colisiones y puede verse afectado el rendimiento de la red. Se puede reducir el tamaño de los dominios de colisión utilizando dispositivos inteligentes

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de networking que pueden dividir los dominios. Los puentes, switches y routers son ejemplos de este tipo de dispositivo de networking. Este proceso se denomina segmentación.

Un puente puede eliminar el tráfico innecesario en una red con mucha actividad dividiendo la red en segmentos y filtrando el tráfico basándose en la dirección de la estación. El tráfico entre los dispositivos del mismo segmento no cruza el puente ni afecta a otros segmentos. Esto funciona bien, siempre y cuando el tráfico entre segmentos no sea demasiado pesado. En caso contrario, el puente se puede transformar en un cuello de botella, y de hecho puede reducir la velocidad de la comunicación.

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El término topología puede definirse como el "estudio de la ubicación". La topología es objeto de estudio en las matemáticas, donde los "mapas" de nodos (puntos) y los enlaces (líneas) a menudo forman patrones. En este capítulo, en primer lugar se examinarán las diversas topologías que se usan en networking desde un punto de vista matemático. Luego, usted aprenderá de qué modo la topología física describe el esquema para el cableado de los dispositivos físicos. Por último, usará una topología lógica para aprender cómo circula la información a través de una red para determinar el lugar donde se pueden producir colisiones.

Una red puede tener un tipo de topología física y un tipo de topología lógica completamente distinto. 10BASE-T de Ethernet usa una topología física en estrella extendida, pero actúa como si utilizara una topología de bus lógica. Token Ring usa una topología física en estrella y un anillo lógico. FDDI usa un anillo físico y lógico.

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Punto de vista matemático La topología de bus tiene todos sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene ninguna otra conexión entre nodos

Punto de vista físico Cada host está conectado a un cable común. En esta topología, los dispositivos clave son aquellos que permiten que el host se "una" o se "conecte" al único medio compartido. Una de las ventajas de esta topología es que todos los hosts están conectados entre sí y, de ese modo, se pueden comunicar directamente. Una desventaja de esta topología es que la ruptura del cable hace que los hosts queden desconectados

Punto de vista lógico Una topología de bus hace posible que todos los dispositivos de la red vean todas las señales de todos los demás dispositivos.. Esto representa una ventaja si desea que toda la información se dirija a todos los dispositivos. Sin embargo, puede representar una desventaja ya que es común que se produzcan problemas de tráfico y colisiones.

Punto de vista matemático Una topología de anillo se compone de un solo anillo cerrado formado por nodos y enlaces, en el que cada nodo está conectado con sólo dos nodos adyacentes.

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Punto de vista físico La topología muestra todos los dispositivos interconectados directamente en una configuración conocida como cadena margarita. Esto se parece a la manera en que el mouse de un computador Apple se conecta al teclado y luego al computador.

Punto de vista lógico Para que la información pueda circular, cada estación debe transferir la información a la estación adyacente.

Punto de vista matemático Una topología en anillo doble consta de dos anillos concéntricos, cada uno de los cuales se conecta solamente con el anillo vecino adyacente. Los dos anillos no están conectados.

Punto de vista físico La topología de anillo doble es igual a la topología de anillo, con la diferencia de que hay un segundo anillo redundante que conecta los mismos dispositivos. En otras palabras, para incrementar la confiabilidad y flexibilidad de la red, cada dispositivo de networking forma parte de dos topologías de anillo independiente.

Punto de vista lógico La topología de anillo doble actúa como si fueran dos anillos independientes, de los cuales se usa solamente uno por vez.

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Punto de vista matemático La topología en estrella tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces hacia los demás nodos y no permite otros enlaces.

Punto de vista físico La topología en estrella tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces. La ventaja principal es que permite que todos los demás nodos se comuniquen entre sí de manera conveniente. La desventaja principal es que si el nodo central falla, toda la red se desconecta. Según el tipo de dispositivo para networking que se use en el centro de la red en estrella, las colisiones pueden representar un problema.

Punto de vista lógico El flujo de toda la información pasaría entonces a través de un solo dispositivo. Esto podría ser aceptable por razones de seguridad o de acceso restringido, pero toda la red estaría expuesta a tener problemas si falla el nodo central de la estrella.

Punto de vista matemático La topología en estrella extendida es igual a la topología en estrella, con la diferencia de que cada nodo que se conecta con el nodo central también es el centro de otra estrella.

Punto de vista físico La topología en estrella extendida tiene una topología en estrella central, en la que cada uno de los nodos finales actúa como el centro de su propia topología en estrella. La ventaja de esto es que el cableado es más corto y limita la cantidad de dispositivos que se deben interconectar con cualquier nodo central.

Punto de vista lógico La topología en estrella extendida es sumamente jerárquica, y "busca" que la información se mantenga local. Esta es la forma de conexión utilizada actualmente por el sistema telefónico.

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Punto de vista matemático La topología en árbol es similar a la topología en estrella extendida; la diferencia principal es que no tiene un nodo central. En cambio, tiene un nodo de enlace troncal desde el que se ramifican los demás nodos. Hay dos tipos de topologías en árbol: El árbol binario (cada nodo se divide en dos enlaces); y el árbol backbone (un tronco backbone tiene nodos ramificados con enlaces que salen de ellos).

Punto de vista físico El enlace troncal es un cable con varias capas de ramificaciones.

Punto de vista lógico

El flujo de información es jerárquico.

Punto de vista matemático En la topología de red irregular no existe un patrón obvio de enlaces y nodos.

Punto de vista físico El cableado no sigue un patrón; de los nodos salen cantidades variables de cables. Las redes que se encuentran en las primeras etapas de construcción, o se encuentran mal planificadas, a menudo se conectan de esta manera.

Punto de vista lógico

Los enlaces y nodos no forman ningún patrón evidente.

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Punto de vista matemático En una topología de malla completa, cada nodo se enlaza directamente con los demás nodos.

Punto de vista físico Este tipo de cableado tiene ventajas y desventajas muy específicas. Una de las ventajas es que cada nodo está físicamente conectado a todos los demás nodos (lo cual crea una conexión redundante). Si fallara cualquier enlace, la información podrá fluir a través de una gran cantidad de enlaces alternativos para llegar a su destino. Además, esta topología permite que la información circule por varias rutas al regresar por la red. La desventaja física principal es que es que sólo funciona con una pequeña cantidad de nodos, ya que de lo contrario la cantidad de medios necesarios para los enlaces y la cantidad de conexiones con los enlaces se torna abrumadora.

Punto de vista lógico El comportamiento de una topología de malla completa depende enormemente de los dispositivos utilizados.

Punto de vista matemático La topología celular está compuesta por áreas circulares o hexagonales, cada una de las cuales tiene un nodo individual en el centro.

Punto de vista físico La topología celular es un área geográfica dividida en regiones (celdas) para los fines de la tecnología inalámbrica – una tecnología que se torna más importante cada día. En la topología celular, no hay enlaces físicos, sólo ondas electromagnéticas. A veces los nodos receptores se desplazan (por ej., teléfono celular de un automóvil) y a veces se desplazan los nodos emisores (por ej., enlaces de comunicaciones satelitales).

La ventaja obvia de una topología celular (inalámbrica) es que no existe ningún medio tangible aparte de la atmósfera terrestre o el del vacío del espacio exterior (y los satélites). Las desventajas son que las señales se encuentran presentes en cualquier lugar de la celda y, de ese modo, pueden sufrir disturbios (provocados por el hombre o por el medio ambiente) y violaciones de seguridad (monitoreo electrónico y robo de servicio).

Punto de vista lógico Las tecnologías celulares se pueden comunicar entre sí directamente (aunque los límites de distancia y la interferencia a veces hacen que esto sea sumamente difícil), o se pueden comunicar solamente con las celdas adyacentes (lo que es sumamente ineficiente). Como norma, las topologías basadas en celdas se integran con otras topologías, ya sea que usen la atmósfera o los satélites