Redes Convergentes: Diseño e Implementación

Terán, David

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La obra detalla los temas más relevantes de las redes de computadoras, hasta llegar al desarrollo e implementación de una moderna red convergente privada. Al concluir su lectura podrá presentar el examen de certificación CCNA 1 de CISCO, asimismo servirá como apoyo complementario para la presentación del examen CCNA 2, ya que los temas tratados están totalmente actualizados. *Ventajas competitivas: Se ha dispuesto en la web de la editorial y del autor, material auxiliar suficiente para que el lector consulte información que le permita actualizarse en temas selectos sobre redes de computadoras y sus aplicaciones en la convergencia. *Aprenda: Cómo realizar un proyecto ejecutivo para diseñar e implementar una red de computadoras convergente. *Conozca: Los conceptos básicos de las redes de área local, los fundamentos de la transmisión de datos y voz sobre tecnología IP; los temas selectos para desarrollar una red de computadoras convergente. *Desarrolle sus habilidades para: Solucionar problemas de comunicaciones mediante el uso de las redes convergentes; aplicar, diseñar e implantar una red de computadoras convergente, confiable y segura a partir de los estándares internacionales.

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Índice

Cap¡tulo 1 CONCEPTOS GENERALES SOBRE REDES DE COMPUTADORAS ......... 1 Evidencias de las capacidades desarrolladas ............................................... 3 1.1 Introducci¢n ......................................................................................... 4 1.2 Elementos de una red .......................................................................... 6 1.3 Topolog¡as, caracter¡sticas y mtodos de acceso a las redes de computadoras ............... 13 Red tipo anillo ...................................................................................... 14 Red tipo bus o lineal ............................................................................ 15 Red tipo rbol o estrella ....................................................................... 16 Tcnicas de comunicaci¢n .................................................................. 19 1.4 Redes locales en el mercado .............................................................. 20 Red local ARCNET .............................................................................. 20 Red local Ethernet ............................................................................... 21 Red local TOKEN-RING ....................................................................... 23 1.5 Modelo de referencia OSI .................................................................... 24 Prop¢sito del modelo de referencia OSI .............................................. 25 Capas del modelo de referencia OSI ................................................... 26 Medios de transmisi¢n ......................................................................... 35 Medios f¡sicos de transmisi¢n .............................................................. 36 Est ndares de la capa f¡sica y de la capa de enlace de datos ............ 37 Est ndares para interoperabilidad de las series IEEE802.x ................ 38 El est ndar IEEE802.2 - LLC .............................................................. 42 El est ndar IEEE802.3 y Ethernet ....................................................... 43 La MAU y la AUI ................................................................................... 43 Acceso al medio IEEE802.3 ................................................................ 43 Ethernet ............................................................................................... 44 Formato de la trama IEEE802.3 .......................................................... 46 Pre mbulo y SFD (Start Frame Delimiter: Delimitador de Inicio de Trama) ........................................................................... 47 Formato de trama de Ethernet ............................................................. 50 El est ndar IEEE802.3u - Fast Ethernet ............................................. 52 100BASE-TX ....................................................................................... 54 100BASE-T4 ........................................................................................ 54 100BASE-FX ....................................................................................... 54 El est ndar IEEE802.5 y Token-Ring ................................................... 54 La FDDI (Fiber Distributed Data Interface: Interfase de Datos Distribuidos) ..................................................................................... 58 PPP ...................................................................................................... 68 ISDN (SIRD) ........................................................................................ 71 Dispositivos de conectividad ................................................................ 73 Repetidor (Repeater) ........................................................................... 73 Concentrador (Hub) ............................................................................. 74 Tarjetas de interfase de red ................................................................. 75 Puentes (Bridges) ................................................................................ 75 Conmutadores (Switches) ................................................................... 76 Ruteadores (Routers) .......................................................................... 77 Compuertas (Gateways) ...................................................................... 79 1.6 Comunicaciones satelitales ................................................................. 80 Generalidades .................................................................................... 80 Historia de los satlites ....................................................................... 81 Sistema satelital de comunicaciones personales ................................ 85 Mercado proyectado del PCSS ........................................................... 85 Requisitos de la industria del PCSS .................................................... 86 Ventajas y desventajas del PCSS ........................................................ 87 Proveedores de PCSS ......................................................................... 87 1.7 Resumen ............................................................................................. 88 1.8 Preguntas de repaso ........................................................................... 90 1.9 Proyecto .............................................................................................. 92 Cap¡tulo 2 TRANSMISIàN DE DATOS SOBRE TECNOLOGÖA IP ................................ 93 Evidencias de las capacidades desarrolladas ............................................... 96 2.1 Or¡genes y evoluci¢n del protocolo TCP/IP ........................................ 97 2.2 ¿Qu es la familia (stack) de protocolos TCP/IP? ............................... 100 TCP/IP y la Internet ............................................................................. 100 2.3 Asociaci¢n de la familia de protocolos (stack) de protocolos TCP/IP con el modelo de referencia OSI ........................................ 102 2.4 Componentes de redes TCP/IP ........................................................... 103 Capa de red: nivel 3 ............................................................................. 104 Capa de transporte: nivel 4 .................................................................. 105 Capas de sesi¢n, presentaci¢n y aplicaci¢n: niveles 5 a 7 ................. 106 2.5 Capa de Internet Protocol (IP) ............................................................. 107 Capa de Internet Protocol .................................................................... 108 Frame de IP ......................................................................................... 109 Direccionamiento IP ............................................................................. 111 2.6 Restricciones en las direcciones de Internet Protocol (IP) ................ 113 Direcciones IP especiales o reservadas .............................................. 115 2.7 Resoluci¢n de direcciones ARP (Address Resolution Protocol) .......... 115 RARP (Reverse Address Resolution Protocol) .................................... 117 2.8 Mensajes de control ............................................................................. 117 ICMP (Internet Control Message Protocol) .......................................... 117 Ping ...................................................................................................... 123 Traceroute ............................................................................................ 123 2.9 Panorama general de IPv6 .................................................................. 124 Limitaciones del modelo de direcciones IP .......................................... 124 IP: La siguiente generaci¢n (IPnG) ...................................................... 125 Formato del encabezado de IP (IPv6 header) ..................................... 127 Tama¿o del paquete ............................................................................ 129 Encabezados de extensi¢n .................................................................. 129 Direccionamiento IPv6 ......................................................................... 131 Reglas del direccionamiento ................................................................ 132 Representaci¢n de direcciones IPv6 ................................................... 133 Tipos de direcci¢n y asignaci¢n ........................................................... 136 2.10 Interconexi¢n de redes (Internetworking) ............................................ 138 Subredes (subnetworking) ................................................................... 138 2.11 Ruteo de IP .......................................................................................... 145 Datos del ruteo .................................................................................... 145 Informaci¢n de ruteo y tablas de ruteo ................................................ 146 Protocolos de ruteo .............................................................................. 147 Algoritmo de ruteo ............................................................................... 148 Mtricas ............................................................................................... 149 Sistemas aut¢nomos (AS: Autonomus System) .................................. 149 Protocolos de gateway interna y de gateway externa .......................... 150 RIP (Routing Information Protocol) ...................................................... 150 OSPF (Open Shortest Path First Protocol) .......................................... 151 Bytes .................................................................................................... 157 Resumen de BGP-4 ............................................................................. 157 2.12 Capa de transporte .............................................................................. 157 Propiedades de un servicio de entrega confi able ................................ 158 Proporcionando confi abilidad .............................................................. 160 El Protocolo de Control de la Transmisi¢n (TCP: Transmission Control Protocol) .............................................. 165 Formato del segmento de TCP ............................................................ 176 2.13 N£meros de puertos reservados ......................................................... 185 2.14 Protocolo de Datagrama de Usuario (UDP: User Datagram Protocol) 187 2.15 Protocolos de aplicaci¢n y de servicios ............................................... 188 Protocolo de Transferencia de Archivos (FTP: File Transfer Protocol) . 188 FTP y el modelo cliente-servidor ......................................................... 189 TELNET (Telecommunications Network Protocol) ............................... 194 Negociaci¢n de opciones de TELNET ................................................. 197 2.16 Sistemas de Nombres de Dominios (DNS: Domain Name System) .... 202 2.17 Protocolo de Transferencia de Correo Simple (SMTP: Simple Mail Transfer Protocol) ................................................ 207 Funcionamiento ................................................................................... 208 Protocolo de Ofi cina Postal (POP3: Postal Offi ce Protocol) ................ 209 2.18 Administraci¢n de redes TCP/IP .......................................................... 213 2.19 Protocolo de Administraci¢n de Red Simple (SNMP: Simple Network Management Protocol) ................................. 215 2.20 Informaci¢n de manejo ........................................................................ 217 2.21 Protocolo SNMP .................................................................................. 218 2.22 Protocolo SNMP2 ................................................................................ 219 2.23 Resumen ............................................................................................. 219 2.24 Preguntas de repaso ........................................................................... 220 2.25 Proyecto .............................................................................................. 222 Cap¡tulo 3 TRANSMISIàN DE VOZ SOBRE TECNOLOG¡A IP ..................................... 223 3.1 Voz sobre IP y telefon¡a IP: defi nici¢n y conceptos ............................. 226 Circuito de datos .................................................................................. 227 Datos llevados por paquetes ............................................................... 228 ¿Qu se requiere para usar telefon¡a IP? ............................................ 229 La Internet y el TCP/IP......................................................................... 231 Desarrollo de la Internet y de las PSTN .............................................. 232 La Internet vs. las PSTN ...................................................................... 233 Ventajas con la telefon¡a IP y con los sistemas abiertos ..................... 234 Breve historia de la telefon¡a IP ........................................................... 235 PSTN-by-Pass ..................................................................................... 237 VoIP y el modelo OSI ........................................................................... 240 3.2 Calidad de Servicio (QoS) en las redes de telefon¡a IP ...................... 242 Servicios diferenciados y MPLS .......................................................... 243 3.3 El protocolo H.323 Las series ITU-T H.32x ......................................... 246 Estructura funcional del H.323 ............................................................. 247 H.323: diversos est ndares ................................................................. 248 Transporte en H.323 (RTP y RTCP) .................................................... 250 Audio codec H.323 ............................................................................... 251 Video codec H.323 .............................................................................. 252 Levantamiento de llamada en H.323 ................................................... 255 El H.323 (fast-start) .............................................................................. 256 Conferencias en H.323 ........................................................................ 257 3.4 Codifi caci¢n ......................................................................................... 260 Codifi caci¢n y decodifi caci¢n del habla ............................................... 260 El codifi cador (codec) y el proceso de enmarcar la informaci¢n ......... 261 Tipos de codifi cadores y decodifi cadores (codecs) ............................. 262 Tasa de velocidad del codec. Calidad y procesamiento ...................... 264 Calidad en la voz ................................................................................. 266 3.5 Retraso de paquetes y sus variaci¢nes ............................................... 267 Almacenamiento moment neo de paquetes (buffering) y prdida de paquetes ...................................................................... 269 3.6 Recomendaci¢n G.711 ........................................................................ 274 Modulaci¢n por impulsos codifi cados (mic) de frecuencias Vocales. ... 274 Alcance ................................................................................................ 274 Defi nici¢n de la cabida £til de ruido de confort .................................... 275 Directrices de uso ................................................................................ 277 Ilustraci¢n de las econom¡as de ancho de banda en las aplicaciones a redes de paquetes ......................................... 279 Resultados de calidad de funcionamiento ........................................... 280 Ejemplo de soluci¢n ............................................................................. 283 Descripci¢n del algoritmo .................................................................... 283 Decodifi cador ....................................................................................... 285 Referencias .......................................................................................... 287 3.7 Recomendaci¢n G.723.1 ..................................................................... 290 CODEC DE VOZ DE DOBLE VELOCIDAD PARA LA TRANSMISIàN EN COMUNICACIONES MULTIMEDIOS A 5.3 Y 6.3 Kb/s (Ginebra, 1996). ............................................................................... 290 Introducci¢n ......................................................................................... 290 Principios del codifi cador ..................................................................... 291 3.8 Recomendaci¢n G.729 ........................................................................ 293 Codifi cador de la voz mediante predicci¢n lineal con excitaci¢n por c¢digo algebr ico de estructura conjugada a 8 Kb/s de complejidad reducida. (Ginebra, 1996)........................................ 293 Introducci¢n ......................................................................................... 293 An lisis y cuantifi caci¢n de la predicci¢n lineal ................................... 295 Ponderaci¢n perceptual ....................................................................... 296 Descripci¢n de las funciones del decodifi cador ................................... 301 Descripci¢n binaria exacta del codifi cador de complejidad reducida CS-ACELP ....................................................................................... 303 3.9 RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) ......................................... 305 3.10 Aplicaciones de la RDSI ...................................................................... 320 Resumen de la RDSI ........................................................................... 326 3.11 Componentes de telefon¡a IP .............................................................. 328 3.12 El traductor de direcciones (gatekeeper) ............................................. 330 3.13 Compuertas para telefon¡a IP .............................................................. 331 3.14 Terminales de telefon¡a IP ................................................................... 333 3.15 Protocolo SIP ....................................................................................... 334 Componentes de SIP ........................................................................... 335 Principios b sicos del SIP ................................................................... 336 SIP Call Set-Up ................................................................................... 337 Servicios de SIP .................................................................................. 339 H.323 vs. SIP ....................................................................................... 339 3.16 Resumen ............................................................................................. 346 3.17 Preguntas de Repaso .......................................................................... 347 3.18 Proyecto ............................................................................................... 348 Cap¡tulo 4 TRANSMISIàN DE VOZ Y DATOS SOBRE TECNOLOGÖA IP EN UNA RED CONVERGENTE ................................................................ 349 Evidencias de las capacidades desarrolladas ............................................... 351 4.1 Introducci¢n ......................................................................................... 352 Factores de desarrollo ......................................................................... 352 Protocolos ............................................................................................ 354 4.2 Redes convergentes ............................................................................ 355 Introducci¢n ......................................................................................... 355 El ambiente de las computadoras ....................................................... 356 Esquemas de cableado estructurado .................................................. 357 Requerimientos de trabajo en grupo (groupware) ............................... 359 Integraci¢n de la telefon¡a en las computadoras (CTI) ........................ 360 TAPI, TSAPI y otros est ndares CTI de facto ...................................... 361 Ideas sobre la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) ................. 365 4.3 Benefi cios de una red convergente ..................................................... 367 Introducci¢n ......................................................................................... 367 El cambio en las organizaciones ......................................................... 367 Aplicaciones multimedia ...................................................................... 370 Calidad de Servicio (QoS) ................................................................... 391 Prioridades en VoiceLAN ..................................................................... 394 Acceso a la red de rea amplia (WAN) ................................................ 395 4.4 Perspectiva de los proveedores de tecnolog¡a en redes convergentes .................................................................................... 396 Importancia de los sistemas abiertos .................................................. 396 Normas y organizaciones que las regulan ........................................... 397 Inm¢tica y Dom¢tica: edifi cios inteligentes .......................................... 399 Cinco pilares de la dom¢tica ................................................................ 403 La dom¢tica controla principalmente los siguientes aspectos ............. 404 Grandes aplicaciones de un sistema inm¢tico .................................... 405 Foro ATM ............................................................................................. 407 MODELO VPN ..................................................................................... 409 Ventajas de las VPN ............................................................................ 413 MODELO TDMA .................................................................................. 414 TDM y arquitectura para redes convergentes ...................................... 415 4.5 Aplicaci¢n pr ctica de una Red Convergente ...................................... 417 Ejemplo: Dise¿o e implementaci¢n de una Red Convergente para Alfaomega Mxico .................................................................... 417 Descripci¢n de actividades .................................................................. 418 Arquitectura de la soluci¢n .................................................................. 424 Equipo .................................................................................................. 427 Videoconferencia IP ............................................................................. 436 Pruebas con Asterisk ........................................................................... 441 Resumen general .......................................................................................... 445 Preguntas y actividades de evaluaci¢n ......................................................... 446 Actividades complementarias en la web ....................................................... 447 CONCLUSIONES .......................................................................................... 449 ANEXO 1 GLOSARIO DE TRMINOS ......................................................... 451 ANEXO 2 Anchos de banda para codifi cadores ............................................ 486 ANEXO 3 VPN vs. TDM ................................................................................. 487

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