Para iniciar definamos lo que es una RED:

Una red de computadoras (también llamada red de ordenadores o red informática) es un conjunto equipos (computadoras y dispositivos), conectados por medio de cables, señales, ondas o cualquier otro método de transporte de datos, para compartir información (archivos), recursos (discos, impresoras, programas, etc.) y servicios (acceso a una base de datos, Internet, correo electrónico, chat, juegos, etc.). A cada una de las computadoras conectadas a la red se le denomina un nodo.


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CLASIFICACION (SEGUN SU TOPOLOGIA)

La topología o forma lógica de una red se define como la forma de tender el cable a estaciones de trabajo individuales, y se pueden clasificar en:

Estrella

La red se une en un único punto; un concentrador de cableado o HUB que a través de él los bloques de información son dirigidos hacia las estaciones. Su ventaja es que el concentrador monitorea el tráfico y evita las colisiones y una conexión interrumpida no afecta al resto de la red. La desventaja es que los mensajes son enviados a todas las estaciones, aunque vaya dirigido a una.



Anillo

Las estaciones están unidas unas con otras formando un círculo por medio de un cable común. Las señales circulan en un solo sentido alrededor del círculo, regenerándose en cada nodo. Cada nodo examina la información que es enviada a través del anillo, si no está dirigida a él la pasa al siguiente nodo. La desventaja es que si se rompe una conexión, se cae la red completa.


Bus

Las estaciones están conectadas por un único segmento de cable. A diferencia del anillo, el bus es pasivo, no se produce regeneración de las señales en cada nodo.

Los nodos en una red de "bus" transmiten la información y esperan que ésta no vaya a chocar con otra información transmitida por otro de los nodos. Si esto ocurre, cada nodo espera una pequeña cantidad de tiempo al azar, después intenta retransmitir la información.


Jerárquica


Los nodos están colocados en forma de árbol. Es parecida a una serie de redes en estrella interconectadas, con la diferencia que no tiene un nodo central sino un nodo de enlace troncal, generalmente ocupado por un hub o switch, desde el que se ramifican los demás nodos. Es una variación de la red en bus, la falla de un nodo no implica interrupción en las comunicaciones porque se comparte el mismo canal de comunicaciones.


Híbridas

El bus, la estrella y el anillo se combinan algunas veces para formar redes híbridas.

*Anillo en estrella: se utiliza con el fin de facilitar la administración de la red. Físicamente, la red es una estrella centralizada en un concentrador, mientras que a nivel lógico, la red es un anillo.

* Bus en estrella: el fin es igual a la topología anterior. En este caso la red es un "bus" que se cablea físicamente como una estrella por medio de concentradores.

* Estrella jerárquica: esta estructura de cableado se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales, por medio de concentradores dispuestos en cascada para formar una red jerárquica.

Según su cobertura

PAN.- (red de área Personal): es una red de ordenadores usada para la comunicación entre los dispositivos de la computadora (teléfonos incluyendo las ayudantes digitales personales) cerca de una persona. El alcance de una PAN es de algunos metros. Se pueden conectar con cables a los USB y FireWire de la computadora.


Una red personal sin hilos del área (WPAN) se puede también hacer posible con tecnologías de red tales como IrDA (Infrared Data Association , “Asociación de Datos Infra-rojos”, define un estándar físico en la forma de transmisión y recepción de datos por rayos infrarrojos.) y Bluetooth es una especificación industrial para Redes Inalámbricas de área Personal (WPAN) creado por Bluetooth Special Interest Group, Inc. que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2.4 GHz. Los principales objetivos que se pretenden conseguir con esta norma son:

Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles.
Eliminar los cables y conectores entre estos.
Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de datos entre equipos personales.

LAN.- (red de área local): una red que se limita a un área tal como un cuarto, un solo edificio o una nave. Una LAN grande se divide generalmente en segmentos lógicos más pequeños llamados grupos de trabajo.

MAN.- (red de área metropolitana): una red que conecta las redes de dos o más locales pero no se extiende más allá de los límites de la una ciudad.

WAN.- (red de área mundial): es una red que cubre un área geográfica amplia y en gran parte de su estructura utiliza instalaciones de transmisión telefónicas.

Según su relación funcional

Cliente-Servidor: en este caso el servidor es una máquina específica que usa un sistema operativo desarrollado especialmente para este tipo de red. Las estaciones de trabajo comparten recursos disponibles a partir de este servidor. La ejecución de las tareas está dividida entre el cliente (o estación) y el servidor. Este tipo de red proporciona un mejor rendimiento y niveles de seguridad más adecuados para el trabajo profesional en red.

Par a par: punto a punto (P2P) es un tipo de red donde todos los equipos conectados pueden desempeñar el papel de servidor y de estación de trabajo al mismo tiempo. En este caso, si alguien quisiera compartir un recurso podría ofrecerlo a los demás. Este es un tipo de red para trabajos simples, donde el volumen de información intercambiado es pequeño y la seguridad no es un factor crítico.

Componentes Básicos

Computadoras y Periféricos


Placas de comunicación


Tarjeta de Red LAN (cable) Tarjeta red LAN (Inalambrica)

Placa (tarjeta) de red: permite la conexión con otras computadoras utilizando un cable. Alcanza gran velocidad de transmisión.

Módem: cuando la PC se conecta por medio de la línea telefónica.

La función de un módem es modular y desmodular una señal analógica. El proceso de modulación es el que convierte las señales digitales en analógicas, el proceso de desmodulación hace lo contrario, de señal analógica a digital. ¿Para qué? Para poder enviar la señal y establecer una conexión mediante líneas analógicas de telefonía. Es básicamente el que hace posible que Internet llegue a un hogar mediante la línea del teléfono fijo.

El módem por lo tanto es el que permite conectar la señal que ofrece el proveedor de Internet/operador/ISP al ordenador u otros dispositivos digitales. Dado que la señal que proviene del proveedor es analógica y llega por cable coaxial o fibra, se requiere de un aparato capaz de transformarla en digital. Lo mismo ocurre cuando se envían datos desde los dispositivos del hogar hacia el exterior.


Cables de conexión

Coaxial: similar al utilizado para la TV por cable. Transmite información a 10 Mbps sobre distancias de casi 600 metros. Ej.: RG58 o banda base (utilizado en redes LAN de pequeña cobertura) y RG59 (utilizado para señales de televisión).

Par trenzado: sus alambres conductores están enrollados, logra mayor inmunidad al ruido electromagnético. Velocidad de hasta 1 Mbps a aprox. de 100 metros. Es similar a los que conectan los aparatos telefónicos. Ej.: STP y UTP (se utiliza en redes de computadoras en topología de estrella).

Fibra óptica: en lugar de usar señales eléctricas para transmitir la información usa señales de luz, solucionando el problema de ruido. Ofrecen un ancho de banda mucho mayor, por eso transmite a velocidades de cientos de Mbps

Transmisiones Inalámbricas

Definición: subred de comunicación con cobertura geográfica limitada, cuyo medio físico de comunicación es el aire.

No pretende reemplazar una red cableada, sólo la complementa en situaciones donde es difícil realizar una conexión o para alcanzar grandes distancias.

Presenta la desventaja de cobertura y velocidad limitada y es una tecnología relativamente nueva. Este tipo de comunicación es hecha por compañías especializadas que además suministran los equipos como antenas, codificadores, etc.

Aplicación: para expandir una red, movilidad de equipos, crear una nueva red, instalación de red en áreas poco accesibles para cablear, colocación de LAN temporal, enlace entre edificios, etc.

Ejemplos: Radio, Infrarrojos, Microondas, BlueTooth, Satélite.


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Tecnología Ethernet

Evolución de Ethernet

En la década de los 70’s Norman Abramson y sus colegas de la universidad de Hawaii inventaron un método novedoso y elegante para resolver el problema de la asignación del canal. Desde entonces su trabajo ha sido extendido por muchos investigadores. Este sistema llamado ALOHA, usó la radio difusión basada en tierra, la idea básica es aplicable a cualquier sistema en que los usuarios no coordinados compiten por el uso de un solo canal compartido.

Se mencionan dos versiones el ALOHA puro y ranurado.

ALOHA puro

La idea básica de un sistema ALOHA es sencilla: permitir que los usuarios transmitan cuando tengan datos que enviar. Por supuesto habrá colisiones y las tramas en colisión se dañaran. Sin embargo, debido a la propiedad de retroalimentación de la difusión, un emisor siempre puede saber si la trama fue destruida o no escuchando el canal, de la misma manera que los demás usuarios. Con una LAN la retroalimentación es inmediata. Si la trama fue destruida, el emisor simplemente espera un tiempo aleatorio y la envía de nuevo. El tiempo de espera debe de ser aleatorio o las mismas tramas chocaran una y otra vez, en sincronía. Los sistemas en los cuales varios usuarios comparten un canal común de modo tal que puede dar pie a conflictos se conocen como sistemas de contención.

ALOHA ranurado

En 1972, Roberts publicó un método para para duplicar la capacidad de un sistema ALOHA. Su propuesta fue dividir el tiempo en intervalos discretos cada uno de los cuales correspondía a una trama. Este enfoque requiere que los usuarios acuerden límites de ranura de tiempo. Una manera de lograr la sincronización sería tener una estación especial que emitiera una señal al comienzo de cada intervalo, como un reloj. En este sistema no se permite que envíe cada vez que se pulse un ENTER. En cambio, se le obliga a esperar el comienzo de la siguiente ranura. Por lo tanto el ALOHA puro continuo se convierte en uno discreto. Dado que el periodo vulnerable es ahora de la mitad, se puede esperar 37% de ranuras vacías, 37% de éxitos y 26% de colisiones.

El ALOHA ranurado es importante por una razón que al principio tal vez no sea obvia. Se diseñó en 1970 y se utilizó en algunos sistemas experimentales iniciales, después casi se olvidó por completo. Cuando se inventó el acceso a Internet a través de cable, de repente surgió el problema de como asignar un canal compartido entre varios competidores, por lo que el ALOHA ranurado se saco del cesto de basura para resolver el problema.

Los protocolos en los que las estaciones escuchan una portadora (es decir, una transmisión) y actúan de acuerdo con ello se llaman protocolos de contención de portadora. A continuación mencionaremos varias versiones de los protocolos de detección de portadora.

CSMA persistente

Cuando una estación tiene datos por transmitir, primero escucha el canal para saber si otra esta transmitiendo en ese momento. Si el canal esta ocupado, la estación espera a que se desocupe. Cuando la estación detecta un canal inactivo, trasmite una trama. Si ocurre una colisión, la estación espera una cantidad aleatoria de tiempo y comienza de nuevo. El retardo de propagación tiene un efecto importante en el desempeño del protocolo. Hay una pequeña probabilidad de que, justo después de que una estación empieza a trasmitir, otra estación esta lista para enviar y detectar el canal. Si la señal de la primera estación no ha llegado aún a la segunda, esta última detectará un canal inactivo y comenzará a enviar también, lo que dará como resultado una colisión. Cuanto mayor sea el tiempo de propagación, más importante será este efecto, y peor el desempeño del protocolo.

CSMA no persistente

En este se hace un intento consciente de ser menos egoísta que en el previo. Antes de enviar, una estación escucha el canal. Si nadie más esta transmitiendo, la estación comienza a hacerlo. Sin embargo, si el canal ya esta en uso, la estación no lo escucha de manera continúa al fin de tomarlo de inmediato al detectar el final de la transmisión previa. En cambio, espera un periodo aleatorio y repite el algoritmo. En consecuencia, este algoritmo conduce a un mejor uso del canal pero produce mayores retardos que el CSMA persistente.

CSMA con detección de colisiones

Los protocolos CSMA persistentes y no persistentes ciertamente son una mejora respecto a ALOHA porque aseguran que ninguna estación comienza a transmitir cuando detecta que el canal está ocupado. Otra mejora es que las estaciones aborten sus trasmisiones tan pronto como detecten una colisión. En otras palabras, si dos estaciones detectan que el canal está inactivo y comienzan a transmitir en forma simultánea, ambas detectaran la colisión casi de inmediato. En lugar de terminar la transmisión de sus tramas, que de todos modos están irremediablemente alteradas, deben de detener de manera abrupta la transmisión tan pronto detecten la colisión. La terminación pronta de la tramas dañadas ahorra tiempo y ancho de banda. Este protocolo es conocido como CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), se usa ampliamente en la LANs Ethernet en la subcapa MAC.

Ahora si una estación ha terminado de transmitir su trama, cualquier otra estación que tenga una trama por enviar ahora puede intentar hacerlo. Si dos o mas estaciones deciden transmitir de forma simultánea, habrá una colisión. Las colisiones pueden detectarse comparando la potencia o el ancho del pulso de la señal recibida con el de la señal transmitida. Una vez que una estación detecta una colisión, aborta la transmisión, espera un tiempo aleatorio e intenta de nuevo, suponiendo que ninguna otra estación ha comenzado a transmitir durante ese lapso. Por lo tanto CSMA/CD consistirá en periodos alternantes de contención y transmisión, ocurriendo periodos de inactividad cuando todas la estaciones están en reposo (idle).

Ethernet

Cuando comúnmente se habla de Ethernet se hace referencia a Ethernet basada en la norma IEEE 802.3, la cual describe Ethernet como medio compartido que además es dominio de colisión y difusión. En Ethernet dos estaciones no pueden transmitir simultáneamente y cuantas mas estaciones existan en ele segmento más probabilidad existe de colisión, esto ocurre en modo half-duplex, en el que una estación no es capaz de transmitir y recibir a la vez.

Ethernet esta basada en la tecnología CSMA/CD, que describe un modo de operación de sistemas de contienda o de máximo esfuerzo.
En enlaces conmutados Ethernet se puede solucionar el problema del medio compartido dedicando a cada estación un puerto del switch, de esta forma cada estación podría tener su propio dominio de colisión o al menos estas colisiones podrían ser menos repetitivas.

En el caso de full-duplex una estación podría enviar y recibir tramas de forma simultánea, lo cual hará que el rendimiento del medio, por ejemplo de 10 Mbps ascienda hasta 20Mbps, 10 para la Tx y 10 para la Rx.

En cuanto al medio utilizado en Ethernet el más común es el UTP, con un máximo de distancia de 100mts. 10Base2, 10Base5 son tecnologías que han caído en desuso.
FastEthernet

Esta definido en el estándar 802.3u, el cual define un nuevo estándar que compartiendo la subcapa de acceso al medio (MAC) con IEEE 802.3 pueda transmitir a 100Mbps.

La diferencia con el 802.3 estriba en la modificación del medio físico manteniendo la operación de CSMA/CD y la subcapa MAC.

Aunque el medio más utilizado en Fast Ethernet es el UTP cat 5, existe la posibilidad de utilizar cableado UTP de menor calidad o por el contrario la utilización de fibra óptica monomodo y multimodo con las que se obtiene una mayor longitud en el segmento.

Fast Ethernet proporciona la capacidad de full-duplex al igual que Ethernet, mejorando su rendimiento hasta 200Mbps, y proporcionando la autonegociación.
La especificación Fast Ethernet dispone la compatibilidad con Ethernet tradicional, así que los puertos en caso de 100Base-T pueden ser 10/100, además de la velocidad es posible negociar el dúplex en la transmisión.

100Base-T2(full dúplex)
100Base-TX(full dúplex)
100Base-T2(half dúplex)
100Base-T4
100Base-TX
10Base-T(full dúplex)
10Base-T

Se recomienda no utilizar la autonegociación y configurar los puertos de manera manual para asegurar el modo de operación deseado.


ESTANDARES DE IEEE (802.x)

En comunicaciones, CSMA/CD (del inglés Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), es un algoritmo de acceso al medio compartido. Su uso está especialmente extendido en redes Ethernet donde es empleado para mejorar sus prestaciones. En CSMA/CD, los dispositivos de red escuchan el medio antes de transmitir, es decir, es necesario determinar si el canal y sus recursos se encuentran disponibles para realizar una transmisión. Además, mejora el rendimiento de CSMA finalizando el envío cuando se ha detectado una colisión.

El siguiente procedimiento se usa para iniciar una transmisión. El procedimiento se completa cuando la trama se transmite con éxito o se detecta una colisión durante la transmisión.

¿Hay una trama lista para transmitir? Si no, esperar por una trama.
¿Está el medio inactivo? Si no, esperar hasta que esté listo.
Comenzar a transmitir y monitorear colisiones durante la transmisión.
¿Ocurrió una colisión? De ser así, ir al procedimiento de colisión detectada.
Restablecer los contadores de retransmisión y completar la transmisión de la trama.
El siguiente procedimiento se usa para resolver una colisión detectada. El procedimiento se completa cuando se inicia la retransmisión o se cancela la retransmisión debido a numerosas colisiones.

Continuar la transmisión (con una señal de atasco en lugar de un encabezado de trama/datos/CRC) hasta que se alcance el tiempo mínimo para garantizar que todos los receptores detecten la colisión.
Incrementar el contador de retransmisión
¿Se alcanzó el número máximo de intentos de transmisión? Si es así, abortar la transmisión.
Calcular y esperar el período de espera aleatorio según el número de colisiones.
Volver a ingresar al procedimiento principal en el paso 1.

802.1
Define la relación entre los estándares 802 del IEEE y el Modelo de Referencia para Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) de la ISO (Organización Internacional de Estándares).

802.2
Control de Enlaces Lógicos. Define el protocolo de control de enlaces lógicos (LLC) del IEEE, el cual asegura que los datos sean transmitidos de forma confiable por medio del enlace de comunicación. La capa de Datos-Enlace en el protocolo OSI esta subdividida en las subcapas de Control de Acceso a Medios (MAC) y de Control de Enlaces Lógicos (LLC).

802.3
Redes CSMA/CD (del inglés Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) o, en español, acceso múltiple con escucha de portadora y detección de colisiones, es un algoritmo de acceso al medio compartido). El estándar 802.3 del IEEE (ISO 8802-3), que define cómo opera el método de Acceso Múltiple con Detección de Colisiones (CSMA/CD) sobre varios medios. El estándar define la conexión de redes sobre cable coaxial, cable de par trenzado, y medios de fibra óptica. La tasa de transmisión original es de 10 Mbits/seg, pero nuevas implementaciones transmiten arriba de los 100 Mbits/seg calidad de datos en cables de par trenzado.

802.4
Redes Token Bus. El estándar token bus define esquemas de red de anchos de banda grandes, usados en la industria de manufactura. Se deriva del Protocolo de Automatización de Manufactura (MAP).

802.5
Redes Token Ring. También llamado ANSI 802.1-1985, define los protocolos de acceso, cableado e interfase para la LAN token ring. IBM hizo popular este estándar. Usa un método de acceso de paso de tokens y es físicamente conectada en topología estrella, pero lógicamente forma un anillo. Los nodos son conectados a una unidad de acceso central (concentrador) que repite las señales de una estación a la siguiente.

802.6
Redes de área Metropolitana (MAN). Define un protocolo de alta velocidad donde las estaciones enlazadas comparten un bus dual de fibra óptica usando un método de acceso llamado Bus Dual de Cola Distribuida (DQDB). El bus dual provee tolerancia de fallos para mantener las conexiones si el bus se rompe. El estándar MAN esta diseñado para proveer servicios de datos, voz y vídeo en un área metropolitana de aproximadamente 50 kilómetros a tasas de 1.5, 45, y 155 Mbits/seg.

802.7
Grupo Asesor Técnico de Anchos de Banda. Este comité provee consejos técnicos a otros subcomités en técnicas sobre anchos de banda de redes.

802.8
Grupo Asesor Técnico de Fibra óptica. Provee consejo a otros sub-comités en redes por fibra óptica como una alternativa a las redes basadas en cable de cobre. Los estándares propuestos están todavía bajo desarrollo.

802.9
Redes Integradas de Datos y Voz. El grupo de trabajo del IEEE 802.9 trabaja en la integración de tráfico de voz, datos y vídeo para las LAN 802 y Redes Digitales de Servicios Integrados (ISDN's). Los nodos definidos en la especificación incluyen teléfonos, computadoras y codificadores/decodificadores de vídeo (codecs). La especificación ha sido llamada Datos y Voz Integrados (IVD).

802.10
Grupo Asesor Técnico de Seguridad en Redes. Este grupo esta trabajando en la definición de un modelo de seguridad estándar que opera sobre una variedad de redes e incorpora métodos de autenticación y encriptamiento. Los estándares propuestos están todavía bajo desarrollo en este momento.

802.11
Redes Inalámbricas. Este comité esta definiendo estándares para redes inalámbricas. Esta trabajando en la estandarización de medios como el radio de espectro de expansión, radio de banda angosta, infrarrojo, y transmisión sobre líneas de energía. Dos enfoques para redes inalámbricas se han planeado. En el enfoque distribuido, cada estación de trabajo controla su acceso a la red. En el enfoque de punto  de coordinación, un hub central enlazado a una red alámbrica controla la transmisión de estaciones de trabajo inalámbricas.

802.12
Prioridad de Demanda (100VG-ANYLAN). Este comité está definiendo el estándar Ethernet de 100 Mbits/seg. Con el método de acceso por Prioridad de Demanda propuesto por Hewlett Packard y otros vendedores. El cable especificado es un par trenzado de 4 alambres de cobre y el método de acceso por Prioridad de Demanda usa un hub central para controlar el acceso al cable. Hay prioridades disponibles para soportar envío en tiempo real de información multimedia.

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Un ejemplo de lo que puedes realizar en la red local es como esto




https://concepto.de/red-2/
https://es.wikipedia.org/wiki/Carrier_sense_multiple_access_with_collision_detection
https://www.redeszone.net/tutoriales/redes-cable/tipos-redes-informaticas/
https://www.profesionalreview.com/redes/
https://www.ionos.mx/digitalguide/servidores/know-how/los-tipos-de-redes-mas-conocidos/