ESTANDARIZACION EN REDES

Slide 1

• TECNICATURA SUPERIOR EN ANÁLISIS, DESARROLLO Y
• PROGRAMACIÓN DE APLICACIONES
• ISFT 203
• Teleinformática
• 

ESTANDARIZACIÓN EN REDES

¿Qué es estándares en Teleinformática?

• Un estándar, tal como lo define la ISO "son acuerdos documentados que contienen especificaciones técnicas u otros criterios precisos para ser usados consistentemente como reglas, guías o definiciones de características para asegurar que los materiales, productos, procesos y servicios cumplan con su propósito".

Los estándares se dividen en:

• Los estándares de facto (“de hecho”) son los que simplemente surgieron, sin ningún plan formal. La PC de IBM y sus sucesoras son estándares de facto para oficinas chicas y equipos domésticos porque docenas de fabricantes decidieron copiar exactamente las máquinas de IBM. Del mismo modo, UNIX es el estándar de facto para sistemas operativos en los departamentos de ciencias de la computación de las universidades.
• Los estándares de jure (“por derecho”), son formales, legales, adoptados por alguna institución de estandarización autorizada. Por lo general, las autoridades de estandarización internacional se dividen en dos clases: las establecidas por acuerdos entre los gobiernos de cada país, y las incluidas de manera voluntaria, sin acuerdos entre organizaciones. En el área de los estándares de redes de computadoras hay varias organizaciones de cada tipo.

¿Por qué se utilizan los estándares?

• Los estándares en la teleinformática se utilizan para permitir que varias computadoras se comuniquen entre sí; tanto en el software como en el hardware debe haber una estandarización. Debido a que existen muchos fabricantes y proveedores de redes, cada uno con sus propias ideas de cómo se deben hacer las cosas. Sin coordinación sería un caos total y los usuarios nunca conseguirían nada. La única manera de resolver esta situación es ponerse de acuerdo en la adopción de algunos estándares para redes.
• Un mercado grande conduce a la producción masiva, economías de escala en la producción, implementaciones VLSI y otros beneficios que disminuyen el precio e incrementan aún más la aceptación.

Principales organismos de estandarización:

• En 1865, los representantes de muchos gobiernos de Europa se reunieron para formar el predecesor de la actual ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones). Su trabajo era estandarizar las telecomunicaciones internacionales, que en esos días se hacían mediante el telégrafo. Cuando el teléfono entró al servicio internacional, la ITU empezó a trabajar en la estandarización de la telefonía.
• La ITU cuenta con tres ámbitos de actividades principales,organizados en sectores:
• 1. Radiocomunicaciones (ITU-R).
• 2. Estandarización de telecomunicaciones (ITU-T).
• 3. Desarrollo´de las Telecomunicaciones (ITU-D).

ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones)

• La ITU-R se ocupa de asignar frecuencias de radio en todo el mundo a los grupos de interés en competencia. La ITU-T, se ocupa de los sistemas telefónicos y de comunicación de datos. La ITU-T tiene alrededor de 200 miembros gubernamentales, entre ellos casi todos los miembros de las Naciones Unidas.
• La tarea de la ITU-T es hacer recomendaciones técnicas sobre telefonía, telegrafía y las interfaces de comunicación de datos. Estas recomendaciones suelen convertirse en estándares reconocidos internacionalmente. Es preciso observar que las recomendaciones de la ITU-T técnicamente son sólo sugerencias que los gobiernos pueden adoptar o ignorar.
• 

ISO (Organización de Estándares Internacionales)

• Los estándares internacionales son producidos y publicados por la ISO (Organización de Estándares Internacionales), una organización voluntaria no surgida de un acuerdo, fundada en 1946. Sus miembros son las organizaciones de estándares nacionales de los 89 países miembro.
• La ISO emite estándares sobre una gran cantidad de temas, desde los más básicos (literalmente) como tuercas y pernos, hasta el revestimiento de los postes telefónicos.
• En cuanto a estándares de telecomunicación, la ISO y la ITU-T suelen cooperar (la ISO es miembro de la ITU-T).
• 

ANSI (Instituto Estadounidense de Estándares Nacionales)

• El representante de Estados Unidos en la ISO es el ANSI (Instituto Estadounidense de Estándares Nacionales), es una organización privada no gubernamental y no lucrativa.
• Sus miembros son fabricantes, empresas portadoras comunes y otras partes interesadas.
• La ISO suele adoptar los estándares ANSI como estándares internacionales.
• 

IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos)

• Otro representante importante en el mundo de los estándares es el IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos), la mayor organización de profesionales del mundo. El IEEE tiene un grupo de estandarización que desarrolla estándares en el área de ingeniería eléctrica y computación. El comité 802 del IEEE ha estandarizado muchos tipos de LANs.
• 

IAB (Consejo de Actividades de Internet)

• Cuando se configuró ARPANET, el DoD creó un comité informal para supervisarla. En 1983 se dio otro nombre al comité: IAB (Consejo de Actividades de Internet) y se le encomendó mantener a los investigadores de ARPANET y de Internet apuntando más o menos en la misma dirección. El significado del acrónimo “IAB” se cambió a Consejo para la Arquitectura de Internet.
• Cada uno de los aproximadamente 10 miembros del IAB encabezaba una fuerza de trabajo relacionada con algún asunto importante. El IAB se reunía varias veces al año para discutir los resultados y para dar retroalimentación al DoD y a la NSF.
• Cuando se necesitaba un estándar (por ejemplo, un nuevo algoritmo de enrutamiento), los miembros del IAB le daban solución y después anunciaban los cambios para que los estudiantes que estuvieran a cargo de la implementación del software pudieran realizarlos.
• 

Slide 12

• La comunicación se llevaba a cabo mediante una serie de informes técnicos denominados RFCs (Solicitudes de Comentarios). Estos informes se almacenan en línea y cualquiera que esté interesado en ellos puede descargarlos de www.ietf.org/rfc. El IAB fue reorganizado de nueva cuenta en el verano de 1989. Los investigadores fueron transferidos a la IRTF (Fuerza de Trabajo para la Investigación sobre Internet), que fue puesta bajo el mando del IAB, junto con la IETF (Fuerza de Trabajo para la Ingeniería de Internet). El IAB se renovó con nuevos miembros, que representaban a un rango más amplio de organizaciones que tan sólo a la comunidad de investigadores.
• Más tarde se creó la Sociedad de Internet, integrada por gente interesada en Internet. En cierto sentido, esta sociedad se asemeja al ACM o al IEEE.

Principales estándares:

• 802.3 (Ethernet)
• 802.11 (LANs inalámbricas)
• 802.13 (Número de mala suerte. Nadie lo quiso)
• 802.15 Redes de área personal (Bluetooth)
• 802.16 Redes inalámbricas de área ancha.

IEEE 802.3 (Ethernet)

• El IEEE 802.3, popularmente conocido como Ethernet, es una red de difusión basada en bus con control descentralizado, que por lo general funciona de 10 Mbps a 10 Gbps. Las computadoras que están en una Ethernet pueden transmitir siempre que lo deseen; si dos o más paquetes entran en colisión, cada computadora espera un tiempo aleatorio y lo intenta de nuevo más tarde.
• Tanto el 802.3 como el 802.11 tienen diferentes capas físicas y diferentes subcapas MAC, pero convergen en la misma subcapa de control lógico del enlace, por lo que tienen la misma interfaz a la capa de red.
• 
• Legenda: TOPOLOGIA DE BUS

Slide 15

• El sistema Ethernet consta de tres elementos básicos:
• El medio físico usado para transportar las señales Ethernet entre computadores.
• Una serie de reglas de control de acceso al medio incluidas en el interface que permite múltiples computadores regular su acceso al medio de forma equitativa.
• Una trama Ethernet que consiste en una serie estandarizada de bits usados para transportar los datos en el sistema.

IEEE 802.11 (LAN inalámbrica).

• Existe un estándar para las LANs inalámbricas, llamado IEEE 802.11, que la mayoría de los sistemas implementa y que se ha extendido ampliamente.
• En la jerga común se le conoce como WiFi.
• 

Slide 17

• El estándar propuesto tenía que trabajar en dos modos:
• 1. En presencia de una estación base.
• 2. En ausencia de una estación base.
• En el primer caso, toda la comunicación se hacía a través de la estación base, que en la terminología del 802.11 se conoce como punto de acceso. En el segundo caso, las computadoras podrían enviarse mensajes entre sí directamente. Este modo se llama a veces red ad hoc. Un ejemplo típico es el de dos o más personas que se encuentran juntas en un cuarto no equipado con una LAN inalámbrica y cuyas computadoras se comunican entre sí de manera directa
• 
• Legenda: (2) Red ad hoc (1) Red inalámbrica con una estación base

Slide 18

• Los retos que había que enfrentar eran: encontrar una banda de frecuencia adecuada, de preferencia mundial; enfrentar el hecho de que las señales de radio tienen un rango finito; asegurarse de que se mantuviera la privacidad de los usuarios; tomar en cuenta la vida limitada de las baterías; preocuparse por la seguridad humana (¿las ondas de radio causan cáncer?); comprender las implicaciones de la movilidad de las computadoras y construir un sistema con suficiente ancho de banda para que sea económicamente viable.
• El comité decidió hacer que el 802.11 fuera compatible con Ethernet sobre la capa de enlace de datos. Se podría enviar un paquete IP sobre la LAN inalámbrica del mismo modo en que una computadora conectada mediante cable enviaba un paquete IP a través de Ethernet. Existen algunas diferencias con Ethernet en las capas física y de enlace de datos que tuvieron que manejarse mediante el estándar.
• El comité se presentó en 1997 con un estándar donde la LAN inalámbrica descrita se ejecutaba a 1 o 2 Mbps. Casi de inmediato la gente comenzó a quejarse de que era demasiado lenta, de manera que empezaron a trabajar en estándares más rápidos.
• Una división desarrollada con el comité tuvo como resultado dos nuevos estándares en 1999. El estándar 802.11a utiliza una banda de frecuencia más ancha y se ejecuta a velocidades de hasta 54 Mbps. El estándar 802.11b utiliza la misma banda de frecuencia que el 802.11, pero se vale de una técnica de modulación diferente para alcanzar 11 Mbps.
• Para hacer las cosas todavía más complicadas, el comité 802 ha creado otra variante, el 802.11g, que utiliza la técnica de modulación del 802.11a pero la banda de frecuencia del 802.11b.

Slide 19

• La capa física corresponde muy bien con la capa física OSI, pero la capa de enlace de datos de todos los protocolos 802 se divide en dos o más subcapas. En el estándar 802.11, la subcapa MAC determina la forma en que se asigna el canal, es decir, a quién le toca transmitir a continuación. Arriba de dicha subcapa se encuentra la subcapa LLC, cuyo trabajo es ocultar las diferencias entre las variantes 802 con el propósito de que sean imperceptibles para la capa de red.
• El estándar 802.11 de 1997 especifica tres técnicas de transmisión permitidas en la capa física. El método de infrarrojos utiliza en su mayor parte la misma tecnología que los controles remotos de televisión. Los otros dos métodos utilizan el radio de corto alcance, mediante técnicas conocidas como FHSS y DSSS. Éstas utilizan parte del espectro que no necesita licencia (la banda ISM de 2.4 GHz). Los teléfonos inalámbricos y los hornos de microondas también utilizan esta banda. Todas estas técnicas funcionan a 1 o 2 Mbps y con poca energía por lo que no interfieren mucho entre sí. En 1999 se introdujeron dos nuevas técnicas para alcanzar un ancho de banda más alto. Éstas se conocen como OFDM y HRDSSS. Funcionan hasta 54 y 11 Mbps.
• En 2001 se introdujo una segunda modulación OFDM, pero en una banda de frecuencia diferente respecto a la primera.

Slide 20

• 
• Legenda: ESTRUCTURA TRAMA DE DATOS 802.11
• El estándar 802.11 define tres clases diferentes de tramas en el cable: de datos, de control y de administración. Cada una de ellas tiene un encabezado con una variedad de campos utilizados.
• Primero está el campo de Control de trama. Éste tiene 11 subcampos. El primero es la Versión de protocolo, que permite que dos versiones del protocolo funcionen al mismo tiempo en la misma celda. Después están los campos de Tipo (de datos, de control o de administración) y de Subtipo (por ejemplo, RTS o CTS). Los bits A DS y De DS indican que la trama va hacia o viene del sistema de distribución entre celdas (por ejemplo, Ethernet). El bit MF indica que siguen más fragmentos. El bit Retrans marca una retransmisión de una trama que se envió anteriormente. El bit de Administración de energía es utilizado por la estación base para poner al receptor en estado de hibernación o sacarlo de tal estado. El bit Más indica que el emisor tiene tramas adicionales para el receptor. El bit W especifica que el cuerpo de la trama se ha codificado utilizando el algoritmo WEP (Privacidad Inalámbrica Equivalente). Por último, el bit O indica al receptor que una secuencia de tramas que tenga este bit encendido debe procesarse en orden estricto.

Slide 21

• El segundo campo de la trama de datos, el de Duración, indica cuánto tiempo ocuparán el canal la trama y su confirmación de recepción. Este campo también está presente en las tramas de control y es la forma mediante la cual otras estaciones manejan el mecanismo NAV. El encabezado de trama contiene cuatro direcciones, todas en formato estándar IEEE 802. Obviamente se necesitan el origen y el destino, y recuerde que las tramas podrían entrar o dejar una celda a través de una estación base. Las otras dos direcciones se utilizan para las estaciones base de origen y destino para el tráfico entre celdas. El campo de Secuencia permite que se numeren los fragmentos. De los 16 bits disponibles, 12 identifican la trama y 4 el fragmento. El campo de Datos contiene la carga útil, hasta 2312 bytes, y le sigue el campo común de Suma de verificación.
• 

IEEE 802.15 Redes de área personal (Bluetooth)

• El SIG de Bluetooth emitió en julio de 1999 una especificación de 1500 páginas acerca de V1.0. Un poco después, el grupo de estándares del IEEE que se encarga de las redes de área personal inalámbricas, 802.15, adoptó como base el documento sobre Bluetooth y empezó a trabajar en él.
• En 1994, la empresa L. M. Ericsson, en conjunto con otras cuatro empresas (IBM, Intel, Nokia y Toshiba), formó un SIG (grupo de interés especial, es decir, un consorcio) con el propósito de desarrollar un estándar inalámbrico para interconectar computadoras, dispositivos de comunicaciones y accesorios a través de radios inalámbricos de bajo consumo de energía, corto alcance y económicos, al proyecto se le asignó el nombre Bluetooth.
• 

Slide 23

• La especificación de Bluetooth está dirigida a un sistema completo, de la capa física a la capa de aplicación. El comité 802.15 del IEEE estandariza solamente las capas físicas y la de enlace de datos; el resto de la pila de protocolos está fuera de sus estatutos.
• Aun cuando el IEEE aprobó en el 2002 el primer estándar para redes de área personal, 802.15.1, el SIG de Bluetooth continúa las mejoras. Las versiones del SIG y del IEEE difieren.
• 
• Legenda: ARQUITECTURA DEL PROTOCOLO 802.15

Slide 24

• El administrador de enlaces se encarga de establecer canales lógicos entre dispositivos, incluyendo administración de energía, autenticación y calidad de servicio. El protocolo de adaptación y control de enlaces lógicos (también conocido como L2CAP) aísla a las capas superiores de los detalles de la transmisión. Es análogo a la subcapa LLC del estándar 802, pero difiere de ésta en el aspecto técnico. Como su nombre indica, los protocolos de audio y control se encargan del audio y el control, respectivamente. La siguiente capa hacia arriba es la de middleware, que contiene una mezcla de diferentes protocolos. El IEEE incorporó aquí la subcapa LLC del 802 para ofrecer compatibilidad con las redes 802. Los protocolos RFcomm, de telefonía y de descubrimiento de servicios son nativos. RFcomm (comunicación de Radio Frecuencia) es el protocolo que emula el puerto serie estándar de las PCs para la conexión de teclados, ratones y módems, entre otros dispositivos. Su propósito es permitir que dispositivos heredados lo utilicen con facilidad. El protocolo de telefonía es de tiempo real y está destinado a los tres perfiles orientados a voz. También se encarga del establecimiento y terminación de llamadas. Por último, el protocolo de descubrimiento de servicios se emplea para localizar servicios dentro de la red. En la capa superior es donde se ubican las aplicaciones y los perfiles, que utilizan a los protocolos de las capas inferiores para realizar su trabajo. Cada aplicación tiene su propio subconjunto dedicado de protocolos. Por lo general, los dispositivos específicos, como las diademas telefónicas, contienen únicamente los protocolos necesarios para su aplicación.

802.16 Redes inalámbricas de área ancha (MAN inalámbrica)

• 
• El IEEE estableció el comité 802.16 para que se encargara del estándar 802.16 que se publicó en abril de 2002. El IEEE lo denomina MAN inalámbrica (red de área metropolitana). El estándar 802.16 del IEEE se diseñó para telefonía digital, acceso a Internet, conexión de dos LANs remotas, difusión por televisión y radio, entre otros usos.
• Oficialmente el estándar se llama “Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems” (Interfaz de Aire para Sistemas Fijos de Acceso Inalámbrico de Banda Ancha).
• Construir una antena enorme en una colina en las afueras del pueblo e instalar antenas que se dirijan a dicha antena en los techos de los clientes es más fácil y barato que cavar zanjas y ensartar cables. Por lo tanto, las compañías de telecomunicación en competencia tienen mucho interés en proporcionar un servicio de comunicación inalámbrica de multimegabits para voz, Internet, películas bajo demanda, etcétera.
• Legenda: RED WAN

Slide 26

• Construir una antena enorme en una colina en las afueras del pueblo e instalar antenas que se dirijan a dicha antena en los techos de los clientes es más fácil y barato que cavar zanjas y ensartar cables. Por lo tanto, las compañías de telecomunicación en competencia tienen mucho interés en proporcionar un servicio de comunicación inalámbrica de multimegabits para voz, Internet, películas bajo demanda, etcétera.
• 802.11 se diseñó para ser una Ethernet móvil, mientras que el estándar 802.16 se diseñó para ser televisión por cable inalámbrica, pero estacionaria. Estas diferencias son tan grandes que los estándares resultantes son muy diferentes debido a que tratan de optimizar cosas distintas.

Slide 27

• En resumen, el mundo de las MANs inalámbricas es más demandante que el de los teléfonos móviles, por lo que se necesita un sistema completamente diferente. el estándar 802.16, Por el momento se enfoca en los sistemas inalámbricos fijos.
• La banda ancha inalámbrica necesita mucho espectro y el único lugar para encontrarlo es en el rango de 10 a 66 GHz. Estas ondas milimétricas tienen una propiedad interesante que las microondas más largas no tienen: viajan en líneas rectas, a diferencia del sonido, pero en forma similar a la luz. Como consecuencia, la estación base puede tener múltiples antenas, cada una apuntando a un sector diferente del terreno circundante.
• El estándar 802.16 emplea tres esquemas de modulación diferentes, dependiendo de la distancia entre la estación suscriptora y la estación base. entre más lejos esté el suscriptor de la estación base, será más baja la tasa de datos.
• 
• Legenda: ENTORNO DE TRANSMISIÓN

Slide 28

• En consecuencia, el estándar 802.16 proporciona una forma más flexible para asignar el ancho de banda. Se utilizan dos esquemas: FDD (Duplexación por División de Frecuencia) y TDD (Duplexación por División de Tiempo).
• Aquí la estación base envía tramas periódicamente. Cada trama contiene ranuras de tiempo.
• 
• Legenda: TRAMAS Y RANURAS DE TIEMPO PARA DUPLEXACION POR DIVISION DE TIEMPO

Slide 29

• https://richardfong.files.wordpress.com/2011/02/stallings-william-comunicaciones-y-redes-de-computadores.pdf
• https://planificacionadministracionredes.readthedocs.io/es/latest/Tema02/Teoria.html
• https://www.youtube.com/watch?v=OyXRlEUXKT8