Title: Connexions amb fils
Course: Appliquem la tecnologia 3r d'ESO - Curs 2015/16 > Section: Tema 6. Comunicacions entre dispositius

Connexions amb fils

Què són, per a què serveixen i característiques de les xarxes d'ordinadors

Què és una xarxa d’ordinadors?

Durant molts anys els ordinadors han estat màquines aïllades que treballaven de forma autònoma i la transferència d’informació amb d’altres es feia per mitjans físics com les cintes magnètiques, els discs i els disquets. Anteriorment, però, hi havia les cintes i targetes perforades que van quedar en desús a la dècada dels 80.

Si els ordinadors eren a prop, el suport de les dades es transportava fàcilment, però si la ubicació dels ordinadors era molt distant complicava el procés i sobretot endarreria l’obtenció de resultats.

La comunicació entre ordinadors va néixer com una necessitat tecnològica en el seu procés d’implantació i d’expansió. Una de les primeres solucions per comunicar ordinadors distants fou l’ús dels mòdems acústics emprant directament els mateixos telèfons de veu que s’empraven per a la comunicació verbal i la línia telefònica.

Per a què els ordinadors poguessin dialogar havien de compartir un mateix llenguatge o protocol de comunicació. Aquest és imprescindible per a què dues màquines entrin en comunicació.

En la mesura que creix el volum de dades que s’han de gestionar i l’accés a aquestes ha de ser distribuït, els ordinadors necessiten noves prestacions i infraestructures per fer possible la comunicació entre ells. És per això que es va desenvolupar la tecnologia de connexió d’ordinadors en xarxa.

La connexió d’ordinadors en xarxa només permet intercanviar dades, té altres aplicacions molt importants des del punt de vista operatiu i també en l’ús compartit de recursos.  Entre moltes d’altres, les funcionalitats que es poden trobar en una xarxa són: sistema de missatgeria instantània, sistema de correu electrònic, treball simultani en una mateixa base de dades o document, instal·lació centralitzada de programari, etc,  Pel que fa a la compartició de recursos podem trobar: ús d’impressores, d’scanners, de disc dur, l'accés a internet, etc.

Resumint:

Les xarxes permeten:

- L’intercanvi de recursos (arxius, connexió a internet, aplicacions,...)

- La comunicació entre persones (missatgeria instantània, correu electrònic, xats,..)

- L’accés únic a bases de dades i informacions centralitzades.

 Les xarxes d’ordinadors, per funcionar necessiten dos elements que s’interrelacionen:

- una connexió física per a la transmissió de dades.

- uns protocols i un sistema operatiu de xarxa per a la gestió de la comunicació.

Característiques de les xarxes

Tipus de xarxes

Les xarxes d’ordinadors poden classificar-se en funció de diferents criteris. A continuació en veiem uns quants del quals, per claredat, se n’ha simplificat la informació .

Segons l’escala, les xarxes poden ser:

- LAN (Local Area Network) o Xarxa d’àrea local.  Els dispositius connectats estan en una àrea física molt delimitada: una oficina, un institut, un edifici, ...
- WAN (Wide Area Network) o Xarxa d’àrea àmplia. Els dispositius connectats estan en una àrea geogràfica extensa: una regió, un continent, ...

Segons la relació funcional o arquitectura, les xarxes poden ser:

- Client - servidor.  La funció de l’ordinador servidor és oferir un servei a qualsevol ordinador client que li ho sol·liciti: el correu electrònic, una pàgina web, emmagatzematge remot de fitxers, una impressora, ...

Relació client-servidor. Font: Viquipèdia

- D'igual a igual, també anomenada Peer to Peer (P2P) els ordinadors connectats es comporten alhora com a clients i com a servidors de forma bidireccional i no passen per cap ordinador servidor. És el mode de comunicació que estableixen xarxes d’intercanvi de fitxers com l’Ares i eMule,  o de comunicacions amb telefonia IP, com Skype i la missatgeria instantània.

Topologia de xarxa

La topologia de xarxa és la forma de connexió física i lògica entre els diferents ordinadors. La topologia física determina la distribució espacial i les connexions amb cables de comunicació dels diferents ordinadors. Hi ha diverses configuracions però ens centrarem bàsicament en una:

- Topologia en estrella. Els ordinadors es connecten a un node central formant la forma d’una estrella. Aquest node habitualment és un commutador o switch, tot i que també podria ser un concentrador o hub, tot i que aquest últim genera molt tràfic a la xarxa i per tant, és menys utilitzat.

Topologia en estrella. Font: Kioskea.

La topologia lògica determina la forma en que es transmeten les dades entre els dispositius. N’hi ha de diferents tipus, però la més comuna en les xarxes locals és l’Ethernet.

El mitjà de transmissió

Les línies de transmissió són l’element clau per al transport de la informació entre els diferents nodes. En un procés de transmissió de dades, aquestes poden viatjar a través de les diferents tecnologies, adaptant-se en cada tram a la màxima velocitat admesa. També cal considerar la transmissió sense cables però la tractarem més endavant. Hi ha diferents tipus de línies de transmissió, com el cable coaxial o el parell trenat, aquí descriurem la fibra òptica:

- Fibra òptica, constituïda per capes de material plàstic i de vidre. Transporta dades digitals per mitjà d’impulsos de llum a alta velocitat i és insensible a les interferències electromagnètiques. Pot suportar velocitats de transmissió més altes que pel sistema de cable de coure i moltíssima més capacitat.  Admet velocitats de transmissió de dades de fins a 10 Gb/s.

La fibra òptica sol formar part de les instal·lacions de les companyies de serveis de dades o telefonia i de grans corporacions i administracions públiques. Les xarxes locals d’edificis d’oficines, d’universitats, d’empreses, … solen ser de cable trenat. La fibra òptica forma part de la infraestructura externa i en arribar al punt d’entrada de la xarxa local s’adapta al sistema de cable de coure.

Velocitat de transferència

La velocitat de transferència, o amplada de banda, en un sistema de transmissió digital es mesura pel nombre de bits per segon (bps o bit/s). Per taxes de transferència molt elevades hi ha els diferents múltiples:

kbps o kb/s - quilobit per segon

Mbps o Mb/s - megabit per segon

Gbps o Gb/s - gigabit per segon

Es pot canviar la unitat de mesura a bytes per unitat de temps divindint per 8. Tot i així el més habitual és expressar la velocitat en bits per unitat de temps.

Els elements físics d’una xarxa local

La construcció d’un sistema de xarxa requereix de diferents elements físics que poden variar en funció de la configuració de la xarxa. A continuació es mostren els emprats de forma comuna en xarxes domèstiques, de petites oficines, centres educatius, ...

- La interfície electrònica Ethernet, és la targeta electrònica que ha d’incorporar qualsevol ordinador o perifèric per connectar-se a la xarxa. Els ordinadors portàtils tenen aquesta targeta integrada a la placa base. Aquestes plaques porten de fàbrica un codi identificatiu intern imprescindible per identificar biunívocament cada ordinador de la xarxa, de manera que no pot haver-hi dues plaques amb el mateix codi o adreça.  Aquest rep el nom de MAC (Media Acces Control).

- El commutador o switch és un dispositiu electrònic on es connecten els ordinadors o diferents segments per formar una xarxa de molta més extensió, capacitat i eficiència que un concentrador. Optimitza el tràfic de dades de la xarxa de forma intel·ligent, adaptant-se a les velocitats màximes estàndards de cada dispositiu connectat. Segons la infraestructura de la xarxa pot trobar-se en diferents disposicions.

 | *

Switch. Font Wikipedia

- L’encaminador, enrutador,  o router  és el dispositiu que connecta una xarxa i els seus dispositius amb Internet. L’encaminador gestiona les peticions de servei a Internet dels diferents ordinadors de la xarxa i en retorna la informació demanada. L’encaminador ha d’estar adaptat a la tecnologia de connexió externa, ja sigui fibra òptica o cable telefònic amb tecnologia ADSL. Els routers de tipus domèstic porten connexió per a línea ADSL, integren un switch i un punt d’accés WiFi.

* Encaminador domèstic. Font: Wikipedia. | * Encaminador en rack. Font: Wikipedia

- El connector RJ-45 permet la connexió física entre un dispositiu i el cable.

Connector RJ-45 de la targeta de xarxa | Cable de xarxa amb connectors RJ-45

Font Viquipèdia

Història d'Internet

Teclegem una adreça i apareix la pàgina sol·licitada. Sembla senzill, però darrere d'això hi ha un complex sistema d'ordinadors interconnectats que han transformat la manera com ens comuniquem. Aquest vídeo explica com va néixer Internet.

El protocol TCP/IP

Les sigles TCP/IP vénen de Transmission Control Protocol / Internet Protocol, els dos protocols que fan possible l’intercanvi d’informació entre xarxes i ordinadors connectats a través d’Internet, amb una taxa de fiabilitat molt alta.

El protocol TCP estableix les bases per a la comunicació entre dos nodes que intercanviaran informació trossejada i empaquetada per a què en arribar al destí es pugui recompondre la informació de forma correcta, sense errors ni duplicitats. La informació no viatja sencera en una sola transmissió, es segmenta i s’empaqueta en dades per a la seva recomposició en el destí.

El protocol IP estableix les condicions de transmissió per a paquets d’informació que poden anar al destí per camins diferents segons l’estat de les rutes a cada moment, Té la funció d’identificar unívocament tots els ordinadors de la xarxa a través d’una adreça IP  que es compon de quatre blocs numèrics de l'estil 193.47.145.40. El valor màxim a què pot arribar cada un dels camps és 255. Aquest protocol amb el temps ha quedat curt i han sortit versions posteriors que s’anomenen IPv4 i IPv6.

 En una xarxa o segment de xarxa no poden haver-hi dos ordinadors amb el mateix valor d’adreça IP atès que cada ordinador ha de quedar identificat inequívocament a la xarxa. L’assignació de l’adreça d’un dispositiu pot ser d’un valor fix per a un dispositiu o pot ser variable d’acord amb la configuració del sistema.

Esbrinar l’adreça IP actual d’un ordinador

 Per conèixer l’adreça IP amb la qual treballa un determinat ordinador pot fer-se per diferents vies. En Windows, el sistema es descriu a continuació.

* |  |
Obriu el menú principal de Windows. | A la finestra de cerca escrivíu: cmd i feu clic a Intro | Apareix una finestra d’emulació de l’antic sistema operatiu MS-DOS

A continuació, amb la comanda ipconfig, el sistema ens retornarà el valor de l’adreça IP del nostre ordinador.

* | *
Entrada de la comanda ipconfig | Informació de retorn. A la tercera línia veureu la IP assignada a l’ordinador: 192.168.1.129. La quarta línia mostra l’adreça IP de l’enrutador local o router a través del qual establim comunicació: 192.168.1.1

El servidor DNS

Tots els ordinadors connectats a internet queden identificats amb adreces IP. Amb l’aparició de la World Wide Web (WWW) amb l’objectiu de fer més amable l’ús d’Internet, es  crearen nous serveis, un d’ells és l’anomenat Domain Name Server (DNS) amb el qual per accedir als continguts d’un servidor web no cal saber l’adreça IP de l’ordinador on s’allotja la informació que estem sol·licitant, sinó amb un nom textual i fàcil de recordar. Així, per exemple, és més fàcil recordar el nom www.gencat.cat , que la seva adreça IP: 83.247.129.60.

Poseu en marxa l’interactiu següent per entendre aquest procés:

Font: RAD University

Funció del DNS

Podem esbrinar l’adreça IP d’un servidor? Sí és possible però no sempre és immediat. Veiem el procés. Obriu una finestra d’MS-DOS com heu vist en l’exemple anterior i empreu la comanda ping aplicat al web de la Generalitat de Catalunya.

* | *
Escriptura de la comada: pingwww.gencat.cat | Retorn d’informació. L’adreça IP buscada és 83.247.129.60

L’adreça efectiva que té el servidor a la xarxa és 83.247.129.60, i és equivalent a l’entrada del domini www.gencat.cat, per tant, si entreu l’adreça IP en un navegador, el resultat serà el mateix que entrant el valor literal de domini o URL (Uniform Resource Locator).