Redes de computo

COMPUERTAS LÓGICAS:

Una puerta lógica, o compuerta lógica, es un dispositivo electrónico que es la expresión física de un operador booleano en la lógica de conmutación. Cada puerta lógica consiste en una red de dispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas para el operador particular. Son esencialmente circuitos de conmutación integrados en un chip.

Claude Elwood Shannon experimentaba con relés o interruptores electromagnéticos para conseguir las condiciones de cada compuerta lógica, por ejemplo, para la función booleana Y (AND) colocaba interruptores en circuito serie, ya que con uno solo de éstos que tuviera la condición «abierto», la salida de la compuerta Y sería = 0, mientras que para la implementación de una compuerta O (OR), la conexión de los interruptores tiene una configuración en circuito paralelo.

La tecnología microelectrónica actual permite la elevada integración de transistores actuando como conmutadores en redes lógicas dentro de un pequeño circuito integrado. El chip de la CPU es una de las máximas expresiones de este avance tecnológico.

En nanotecnología se está desarrollando el uso de una compuerta lógica molecular, que haga posible la miniaturización de circuitos.

LAS COMPUERTAS LOGICAS BASICAS:

Compuerta NOT

Se trata de un inversor, es decir, invierte el dato de entrada, por ejemplo; si pones su entrada a 1 (nivel alto) obtendrás en su salida un 0 (o nivel bajo), y viceversa. Esta compuerta dispone de una sola entrada. Su operación lógica es s igual a a invertida

Compuerta AND

Una compuerta AND tiene dos entradas como mínimo y su operación lógica es un producto entre ambas, no es un producto aritmético, aunque en este caso coincidan.*Observa que su salida será alta si sus dos entradas están a nivel alto*

Compuerta OR

Al igual que la anterior posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será una suma entre ambas... Bueno, todo va bien hasta que 1 + 1 = 1, eltema es que se trata de una compuerta O Inclusiva es como a y/o b*Es decir, basta que una de ellas sea 1 para que su salida sea también 1*

Compuerta OR-EX o XOR

Es OR EXclusiva en este caso con dos entradas (puede tener más) y lo que hará con ellas será una suma lógica entre a por b invertida y a invertida por b.*Al ser O Exclusiva su salida será 1si una y sólo una de sus entradas es 1*

Estas serían básicamente las compuertas más sencillas.

Compuertas Lógicas Combinadas

Al agregar una compuerta NOT a cada una de las compuertas anteriores los resultados de sus respectivas tablas de verdad se invierten, y dan origen a tres nuevas compuertas llamadas NAND, NOR y NOR-EX. Veamos ahora como son y cuál es el símbolo que las representa...

Compuerta NAND

Responde a la inversión del producto lógico de sus entradas, en su representación simbólica se reemplaza la compuerta NOT por un círculo a la salida de la compuerta AND.

Compuerta NOR

El resultado que se obtiene a la salida de esta compuerta resulta de la inversión de la operación lógica o inclusiva es como un no a y/o b. Igual que antes, solo agregas un círculo a la compuerta OR y ya tienes una NOR.

Compuerta NOR-EX

Es simplemente la inversión de la compuerta OR-EX, los resultados se pueden apreciar en la tabla de verdad, que bien podrías compararla con la anterior y notar la diferencia, el símbolo que la representa lo tienes en el siguiente gráfico.

Buffer's

En realidad no realiza ninguna operación lógica, su finalidad es amplificar un poco la señal (o refrescarla si se puede decir). Como puedes ver en el siguiente gráfico la señal de salida es la misma que de entrada.

Durante las últimas dos décadas ha habido un enorme crecimiento en la cantidad y tamaño de las redes. Muchas de ellas sin embargo, se desarrollaron utilizando implementaciones de hardware y software diferentes. Como resultado, muchas de las redes eran incompatibles y se volvió muy difícil para las redes que utilizaban especificaciones distintas poder comunicarse entre sí. Para solucionar este problema, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) realizó varias investigaciones acerca de los esquemas de red. La ISO reconoció que era necesario crear un modelo de red que pudiera ayudar a los diseñadores de red a implementar redes que pudieran comunicarse y trabajar en conjunto (interoperabilidad) y por lo tanto, elaboraron el modelo de referencia OSI en 1984.

Este capítulo explica de qué manera los estándares aseguran mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de tecnologías de red. En este capítulo, aprenderá cómo el esquema de networking del modelo de referencia OSI acomoda los estándares de networking. Además, verá cómo la información o los datos viajan desde los programas de aplicación (como por ejemplo las hojas de cálculo) a través de un medio de red (como los cables) a otros programas de aplicación ubicados en otros computadores de la red. A medida que avanza en este capítulo, aprenderá acerca de las funciones básicas que se producen en cada capa del modelo OSI, que le servirán de base para empezar a diseñar, desarrollar y diagnosticar las fallas de las redes. 

El Modelo OSI es un lineamiento funcional para tareas de comunicaciones y, por consiguiente, no especifica un estándar de comunicación para dichas tareas. Sin embargo, muchos estándares y protocolos cumplen con los lineamientos del Modelo OSI.

Como se mencionó anteriormente, OSI nace de la necesidad de uniformizar los elementos que participan en la solución del problema de comunicación entre equipos de cómputo de diferentes fabricantes.

Estos equipos presentan diferencias en:

·         Procesador Central.

·         Velocidad.

·         Memoria.

·         Dispositivos de Almacenamiento.

·         Interfaces para Comunicaciones.

·         Códigos de caracteres.

·         Sistemas Operativos.

NIVELES DEL MODELO OSI:

La descripción de los 7 niveles es la siguiente:

Nivel Físico: Define el medio de comunicación utilizado para la transferencia de información, dispone del control de este medio y especifica bits de control, mediante:

Definir conexiones físicas entre computadoras.

Describir el aspecto mecánico de la interface física.

Describir el aspecto eléctrico de la interface física.

Describir el aspecto funcional de la interface física.

Definir la Técnica de Transmisión.

Definir el Tipo de Transmisión.

Definir la Codificación de Línea.

Definir la Velocidad de Transmisión.

Definir el Modo de Operación de la Línea de Datos.

Nivel Enlace de Datos: Este nivel proporciona facilidades para la transmisión de bloques de datos entre dos estaciones de red. Esto es, organiza los 1's y los 0's del Nivel Físico en formatos o grupos lógicos de información. Para:

Detectar errores en el nivel físico.

Establecer esquema de detección de errores para las retransmisiones o reconfiguraciones de la red.

Establecer el método de acceso que la computadora debe seguir para transmitir y recibir mensajes. Realizar la transferencia de datos a través del enlace físico.

Enviar bloques de datos con el control necesario para la sincronía.

En general controla el nivel y es la interfaces con el nivel de red, al comunicarle a este una transmisión libre de errores.

Nivel de Red: Este nivel define el enrutamiento y el envío de paquetes entre redes.

Es responsabilidad de este nivel establecer, mantener y terminar las conexiones.

Este nivel proporciona el enrutamiento de mensajes, determinando si un mensaje en particular deberá enviarse al nivel 4 (Nivel de Transporte) o bien al nivel 2 (Enlace de datos).

Este nivel conmuta, enruta y controla la congestión de los paquetes de información en una sub-red.

Define el estado de los mensajes que se envían a nodos de la red.

Nivel de Transporte: Este nivel actúa como un puente entre los tres niveles inferiores totalmente orientados a las comunicaciones y los tres niveles superiores totalmente orientados a el procesamiento. Además, garantiza una entrega confiable de la información.

Asegura que la llegada de datos del nivel de red encuentra las características de transmisión y calidad de servicio requerido por el nivel 5 (Sesión).

Este nivel define como direccionar la localidad física de los dispositivos de la red.

Asigna una dirección única de transporte a cada usuario.

Define una posible multicanalización. Esto es, puede soportar múltiples conexiones.

Define la manera de habilitar y deshabilitar las conexiones entre los nodos.

Determina el protocolo que garantiza el envío del mensaje.

Establece la transparencia de datos así como la confiabilidad en la transferencia de información entre dos sistemas.

Nivel Sesión: proveer los servicios utilizados para la organización y sincronización del diálogo entre usuarios y el manejo e intercambio de datos.

Establece el inicio y termino de la sesión.

Recuperación de la sesión.

Control del diálogo; establece el orden en que los mensajes deben fluir entre usuarios finales.

Referencia a los dispositivos por nombre y no por dirección.

Permite escribir programas que correrán en cualquier instalación de red.

Nivel Presentación: Traduce el formato y asignan una sintaxis a los datos para su transmisión en la red.

Determina la forma de presentación de los datos sin preocuparse de su significado o semántica.

Establece independencia a los procesos de aplicación considerando las diferencias en la representación de datos.

Proporciona servicios para el nivel de aplicaciones al interpretar el significado de los datos intercambiados.

Opera el intercambio.

Opera la visualización.

Nivel Aplicación: Proporciona servicios al usuario del Modelo OSI.

Proporciona comunicación entre dos procesos de aplicación, tales como: programas de aplicación, aplicaciones de red, etc.

Proporciona aspectos de comunicaciones para aplicaciones especificas entre usuarios de redes: manejo de la red, protocolos de transferencias dearchivos (ftp), etc.

Router

Un router es un conmutador de paquetes que opera en el nivel de red del modelo OSI. Sus principales características son:

Permiten interconectar tanto redes de área local como redes de área extensa.

Proporcionan un control del tráfico y funciones de filtrado a nivel de red, es decir, trabajan con direcciones de nivel de red, como por ejemplo, con direcciones IP.

Son capaces de rutear dinámicamente, es decir, son capaces de seleccionar el camino que debe seguir un paquete en el momento en el que les llega, teniendo en cuenta factores como líneas más rápidas, líneas más baratas, líneas menos saturadas, etc.

Los routers son más ``inteligentes'' que los switches, pues operan a un nivel mayor lo que los hace ser capaces de procesar una mayor cantidad de información. Esta mayor inteligencia, sin embargo, requiere más procesador, lo que también los hará más caros. A diferencia de los switches y bridges, que sólo leen la dirección MAC, los routers analizan la información contenida en un paquete de red leyendo la dirección de red. Los routers leen cada paquete y lo envían a través del camino más eficiente posible al destino apropiado, según una serie de reglas recogidas en sus tablas. Los routers se utilizan a menudo para conectar redes geográficamente separadas usando tecnologías WAN de relativa baja velocidad, como ISDN, una línea T1, Frame Relay, etc. El router es entonces la conexión vital entre una red y el resto de las redes. Un router también sabe cuándo mantener el tráfico de la red local dentro de ésta y cuándo conectarlo con otras LANs, es decir, permite filtrar los broadcasts de nivel de enlace. Esto es bueno, por ejemplo, si un router realiza una conexión WAN, así el tráfico de broadcast de nivel dos no es ruteado por el enlace WAN y se mantiene sólo en la red local. Eso es especialmente importante en conexiones conmutadas como RDSI. Un router dispondrá de una o más interfases de red local, las que le servirán para conectar múltiples redes locales usando protocolos de nivel de red. Eventualmente, también podrá tener una o más interfases para soportar cualquier conexión WAN.

Firewalls

Los Firewalls son barreras creadas entres redes privadas y redes públicas como por ejemplo, Internet. Originalmente, fueron diseñados por los directores de informática de las propias empresas, buscando una solución de seguridad. En la actualidad, los sistemas de seguridad proporcionados por terceras empresas, son la solución más escogida. Los Firewalls son simples en concepto, pero estructuralmente complejos. Examinan todo el tráfico de entrada y salida, permitiendo el paso solamente al tráfico autorizado. Se definen entonces ciertas políticas de seguridad las que son implementadas a través de reglas en el firewall donde estas políticas típicamente se diseñan de forma que todo lo que no es expresamente autorizado, es prohibido por defecto. Un Firewall protege la red interna de una organización, de los usuarios que residen en redes externas, permite el paso entre las dos redes a sólo los paquetes de información autorizados y puede ser usado internamente, para formar una barrera de seguridad entre diferentes partes de una organización, como por ejemplo a estudiantes y usuarios administrativos de una universidad. Un Firewall de nivel de red permite un control de acceso básico y poco flexible, pues permite aceptar o denegar el acceso a un nodo basándose sólo en la información que conoce a nivel de red. Es decir, se permite el acceso desde o hacia un nodo en forma total o simplemente no se permite. Por ejemplo, si una máquina es un servidor Web y a la vezservidor FTP, entonces puede resultar conveniente que sólo algunos clientes tengan acceso al servicio FTP, y que todos tengan acceso al servicio Web.Este tipo de control no es posible con un Firewall de nivel de red, pues no existe forma de hacer la diferenciación de servicios que existen en una misma máquina que, por lo tanto, tendrá una misma dirección de red. La solución a este problema se hace filtrando a niveles superiores al de red, con lo que se obtiene un Firewall flexible y eficiente, pero como desventaja se tiene un mayor consumo de procesador debido a la mayor cantidad de información que es necesario analizar.

Enrutamiento.

La función principal del nivel de Internet es hacer llegar los paquetes de una máquina a otra dando igual cual sea el medio físico que utilicen y los datos que estén transmitiendo, el enrutamiento es justamentes eso. Una maquina tiene que conocer que maquinas están es su red y también debe conocer la maquina a la que enviar los paquetes que vallan a maquinas que no estén en su red (router, gateway). Así sabrá que debe hacer con cada paquete que quiera enviar. Existen varias formas de enrutar paquetes por Internet, el uso de una no excluye de otra, seria muy raro que un paquete que recorre una distancia larga no pasara por todas ellas o por lo menos por las más conocidas.

Entrega directa.

La entrega directa se realiza cuando los dos hosts que se comunican están en la misma red física, por lo que los paquetes se entregan de forma directa, sin pasar por routers. No es realmente una técnica de enrutado.

Salto al siguiente.

Es la forma más sencilla de enrutamiento, es usado en redes pequeñas que saben que todo lo que no esté en su red se lo va a tener que pasar a otro router mejor conectado. Por ejemplo si tenemos dos redes (A y B) A tiene un router hacia Internet y otro hacia la otra red.B solo tiene un router hacia la otra red (el router que conecta A y B es uno solo). El router A-B conoce las máquinas de la red de A y las de la red de B, por lo que si le piden que enrute una dirección que no está ni en A ni en B lo tendrá que pasar al router A-Internet.

RIP (Routing information protocolo, protocolo de información de enrutado).

RIP es un protocolo de enrutado interno, es decir para la parte interna de la red, la que no está conectada al backbone de Internet. Es muy usado en sistemas de conexión a internet como infovia, en el que muchos usuarios se conectan a una red y pueden acceder por lugares distintos.

Cuando un usuarios se conecta el servidor de terminales (equipo en el que finaliza la llamada) avisa con un mensaje RIP al router más cercano advirtiendo de la dirección IP que ahora le pertenece.

Así podemos ver que RIP es un protocolo usado por distintos routers para intercambiar información y así conocer por donde deberían enrutar un paquete para hacer que éste llegue a su destino.

OSPF (Open shortest path first, El camino más corto primero).

OSPF se usa, como RIP, en la parte interna de las redes, su forma de funcionar es bastante sencilla. Cada router conoce los routers cercanos y las direcciones que posee cada router de los cercanos. Además de esto cada router sabe a que distancia (medida en routers) está cada router. Así cuando tiene que enviar un paquete lo envía por la ruta por la que tenga que dar menos saltos.

Así por ejemplo un router que tenga tres conexiones a red, una a una red local en la que hay puesto de trabajo, otra (A) una red rápida frame relay de 48Mbps y una línea (B) RDSI de 64Kbps. Desde la red local va un paquete a W que esta por A a tres saltos y por B a dos saltos. El paquete iría por B sin tener en cuenta la saturación de la linea o el ancho de banda de la linea.

La O de OSPF viene de abierto, en este caso significa que los algoritmos que usa son de disposición pública.

BGP (Border gateway protocol, protocolo de la pasarela externa).

BGP es un protocolo muy complejo que se usa en la interconexión de redes conectadas por un backbone de internet. Este protocolo usa parámetros como ancho de banda, precio de la conexión, saturación de la red, denegación de paso de paquetes, etc. para enviar un paquete por una ruta o por otra. Un router BGP da a conocer sus direcciones IP a los routers BGP y esta información se difunde por los routers BGP cercanos y no tan cercanos. BGP tiene su propios mensajes entre routers, no utiliza RIP.