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E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Tema 1: Introducción a las redes de computadores 1.

Motivación y uso

2.

Modelo de comunicaciones

3.

Comunicaciones por redes de datos

4.

Protocolos

5.

Modelos de red

6.

Evolución de las redes

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1.1 Motivación y uso

Tema 1

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Historia La historia de la humanidad se ha caracterizado por 3 acontecimientos relevantes: Revolución Agraria (siglo XVII), la Revolución Industrial (siglo XVIII) y la Revolución Tecnológica (siglos XX y XXI). La Revolución Tecnológica ha dado lugar a: redes telefónicas mundiales, radio, televisión, computadores, satélites, etc. En un principio el término COMPUTACIÓN se asociaba a un gran computador central al que se conectaban terminales pasivos (CRT) solicitando la ejecución de distintas tareas. En la actualidad y debido al auge de las COMUNICACIONES, la suma de ambos conceptos (COMPUTACION+COMUNICACIONES) ha dado lugar a lo que se conoce como REDES DE COMPUTADORES. REDES DE COMPUTADORES: conjunto de computadoras autónomas interconectadas entre sí, lo que significa que son capaces de intercambiar información. SISTEMA DISTRIBUIDO: conjunto de computadoras independientes que interconectadas entre sí se presentan al usuario como un sistema único.

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1.1 Motivación y uso Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Utilidad de las redes ¿Para qué nos sirven las redes?, ¿cuál es su utilidad?: 9 compartir recursos: programas, datos y equipos 9 eliminar las distancias 9 aumentar el nivel de confianza: sistemas redundantes, alternativos 9 elegir una forma de trabajo: cliente-servidor / peer-to-peer 9 ahorrar costes operativos y de infraestructura 9 escalar sistemas 9 establecer comunicaciones inmediatas: web, news, periódicos digitales, videoconferencia, mail, etc. 9 aprovechar el ocio y el entretenimiento 9 comercio electrónico (e-commerce) / comercio móvil (m-commerce) Madrid (Comercial)

Londes (Central)

Sevilla (Almacén)

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1.1 Motivación y uso

Tema 1

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Organismos de normalización ¿Qué significa normalizar? 9 coordinar los servicios 9 establecer normas para proveedores de servicios 9 fomentar los desarrollos en masa 9 abaratar los precios Existen dos modos para la normalización: 9 de facto (de hecho) 9 de jure (por ley) Entidades más significativas: 9 ISO 9 ISOC 9 ITU 9 ATM-Forum

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1.1 Motivación y uso

Tema 1

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Organismos de normalización Organización Internacional para la Normalización (ISO) 9 9 9

organismo sin ánimo de lucro desarrolla normas en múltiples materias relacionadas con bienes y servicios en relación con la arquitectura de comunicaciones, ha propuesto: • el modelo OSI, modelo de interconexión de sistemas abiertos • los estándares para las distintas capas de la arquitectura OSI

Internet Society (ISOC) 9 Asociación no gubernamental y sin ánimo de lucro 9 dedicada exclusivamente al desarrollo mundial de Internet, con la tarea específica de concentrar sus esfuerzos y acciones en asuntos particulares sobre Internet 9 tiene como objetivo principal ser un centro de cooperación y coordinación global para el desarrollo de protocolos y estándares compatibles para Internet. 9 responsable del desarrollo y publicación de estándares en internet (protocolo TCP/IP), así como de su funcionamiento 9 organización principal de la Internet Engineering Task Force (IETF), que provee la infraestructura corporativa, así como el financiamiento, apoyo jurídico y fiscal. 5

1.1 Motivación y uso

Tema 1

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Organismos de normalización Internet Society (ISOC) 9 Ha constituido las siguientes agrupaciones que desempeñan un papel importante en la estructura global de Internet. • Internet Architecture Board (IAB) responsable de la arquitectura de internet • Internet Engineering Steering Group (IESG) responsable del desarrollo e ingeniería de protocolos • Internet Assigned Numbers Authority (IANA) responsable de la asignación de direcciones 9 Financia a la IETF para la elaboración de los Requests for Comments (RFC editor), considerados los estándares de Internet que se determinan mediante equipos de trabajo que operan de manera abierta y democrática para asegurar la evolución transparente de Internet. • Su método de trabajo consiste en: ¾ un grupo elabora un Internet Draft ¾ IETF publica durante 6 meses dicho borrador ¾ se pasa a RFC en modo estándar propuesto: notas de trabajo para los desarrollos e investigación en internet ¾ transcurrido un tiempo suficiente alcanza el grado de Internet Stándard

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1.1 Motivación y uso

Tema 1

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Organismos de normalización Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) 9 formada por representantes de los gobiernos, se reúne cada 4 años para establecer estándares (próxima reunión en Johannesburg, South Africa, en Octubre de 2008) 9 tiene una división llamada ITU-T que establece estándares de telecomunicaciones a nivel mundial para garantizar la compatibilidad extremo a extremo: técnicas, tecnologías, operativas, tarificación, etc. 9 en septiembre de 2007 adoptó WIMAX como el estándar para las comunicaciones 3G ATM –Forum: 9 9

organización internacional sin ánimo de lucro su misión principal es acelerar la elaboración de normas para la tecnología ATM

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1.2 Modelo de comunicaciones Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo simplificado

© Pearson Educación, S. A

9 9 9 9 9

Fuente: Fuente genera la señal a transmitir (voz, datos) Transmisor: Transmisor adapta la señal al medio y al sistema de transmisión Sistema de transmisión: transmisión transporta la información Receptor: Receptor realiza el proceso inverso al transmisor, transforma la señal en información Destino: Destino recibe la información tal y como se originó en el origen

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1.2 Modelo de comunicaciones Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo simplificado Ejemplo modelo de comunicaciones

© Pearson Educación, S. A

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1.2 Modelo de comunicaciones

Tema 1

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Tareas A pesar de su sencillez gráfica, es un sistema complejo ya que se realizan tareas claves: 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

utilización del sistema de transmisión: uso eficaz y compartición del sistema multiplexación: reparto del medio entre los distintos usuarios establecer el interfaz con el medio de transmisión: capacidad, formato, medio de acceso generación de la señal adaptada al medio mecanismos de sincronización (emisor y receptor) gestión del intercambio: quien puede transmitir, cuanto, etc. detección y corrección de errores control de flujo: evitar medio se sature direccionamiento: a quién va dirigido encaminamiento de la señal recuperación: sistemas de rollback, sitemas incrementables, etc. formato de mensajes: código binario usado, estructura de la trama, etc. seguridad gestión de red: eficaz, flexible y adaptable

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1.1 Modelo de comunicaciones

Tema 1

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Modelo simplificado para las comunicaciones de datos

Cadena de bits

Señal analógica/digital

Señal analógica/digital

Cadena de bits Texto

Texto Fuente

Información de entrada

m

Sistema de transmisión

Transmisor

Datos de entrada

g (t)

Señal transmitida

s (t)

Destino

Receptor

Señal recibida

r (t)

Datos de salida

g’ (t)

Información de salida

m’

© Pearson Educación, S. A

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1.3 Comunicaciones por redes de datos

Tema 1

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Uso y clasificación de redes de datos Aunque lo ideal serían los enlaces punto a punto, se usan las redes de comunicaciones en base a: 9 distancias: en largas distancias los enlaces punto a punto no se justifican 9 tiempo de comunicación real: suele ser pequeño 9 escalabilidad de sistemas 9 criterios económicos: costes fijos y ampliaciones Clasificación de las redes de datos en base a la tecnología de transmisión: 9 redes de difusión: difusión • 1 sólo canal: los mensajes llegan a todos los equipos y estos validan la dirección destino (ej. grito) • dos filosofías: ¾ broadcasting: a todos los equipos ¾ multidifusión: a un subconjunto del conjunto de equipos • la asignación del canal es: ¾ estática: cuando le toca por tiempo o turno ¾ dinámica: existe una unidad gestora que asigna el canal 9 punto a punto: punto directamente conectadas 9 conmutación: conmutación transmisión de datos a través de nodos intermedios, que eligen el camino a seguir 12

1.3 Comunicaciones por redes de datos

Tema 1

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Clasificación de redes de datos red punto a punto

red de difusión multipunto

red conmutada

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1

1.3 Comunicaciones por redes de datos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Clasificación de redes de datos Clasificación de las redes de datos en base a su alcance: 9 redes de área local: redes LAN 9 redes área residencial: redes MAN 9 redes de área ámplia: redes WAN 9 redes inalámbricas 9 redes inalámbricas de área local: redes WLAN 9 redes de satélite 9 interredes

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1.3 Comunicaciones por redes de datos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Clasificación de redes de datos Redes de Área Local, redes LAN: 9 implementadas sobre cableado directo 9 controlan los tiempos de respuesta 9 las técnicas que más utiliza son: • difusión • conmutación (ethernet) 9 privadas (usualmente) Redes de Área Residencial, redes MAN: 9 implementadas sobre distancias controladas 9 con tiempos de respuesta controlados 9 tecnologías: tecnologías • HFC: tecnología híbrida fibra/coaxial que permite proveer servicios de banda ancha. Las tendencias son: FTTF (3000 hogares), FTTC (500 hogares), FTTB y FFTH. • xDSL: transmisión digital de alta velocidad en el bucle de abonado:

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1

1.3 Comunicaciones por redes de datos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Clasificación de redes de datos Redes de Área Amplia, redes WAN: 9 implementadas sobre grandes distancias 9 los tiempos de respuesta son incontrolados 9 requieren atravesar rutas de acceso público 9 utilizan parcialmente circuitos proporcionados por una entidad proveedora de servicios de telecomunicación. 9

tecnologías: tecnologías • conmutación de circuitos: establece caminos dedicados (RTC) • conmutación de paquetes: los paquetes circulan de nodo en nodo eligiendo el camino más apropiado • frame relay: aporta solución a los errores de transmisión en larga distancia y aporta más velocidad • ATM: evolución de “frame relay” que a muy alta velocidad trabaja con longitud fija confiando siempre en la robustez del medio • RDSI: sistema integrado que transmite y procesa todo tipo de señales, proporcionado multitud de servicios: ¾ banda estrecha: 64 kbps, soportada normalmente sobre Frame Relay (evolución de la conmutación de circuitos) ¾ banda ancha: 155 Mbps, soportada sobre ATM (evolución de la conmutación de paquetes)

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1

1.3 Comunicaciones por redes de datos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Clasificación de redes de datos Redes Inalámbricas: 9 diseñadas para dispositivos que no pueden depender del cable (pdas y portátiles) 9 inconveniente: su capacidad es sensiblemente inferior a las redes de cable 9 tecnologías: tecnologías • GSM (Global System for Mobile Communications): sistema global para comunicaciones móviles: sistema digital europeo capaz de operar en dos bandas: 900 y 1800 (DCS 1800) Mhz • GPRS (General packet radio service): sistema global para comunicaciones móviles, basado en transmisión de paquetes que ofrece conexión permanente a internet por agregación de canal • UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service): sistema de transmisión de paquetes multimedia en banda ancha (2 Mbps) que permite dar consistencia y servicios avanzados a los dispositivos móviles. • SMDS (Switched Multimegabit Data Service): servicio conmutación de paquetes en banda ancha diseñado para unir entre sí múltiples LAN. Ofrece un backbone de alta velocidad • LMDS (Local Multipoint Distribution System): sistema de transmisión de microondas en banda ancha para “la última milla”: download a 1,5 Gbps, upload a 200 Mbps en subida • Wi-Fi (Wireless Fidelity): acrónimo del estándar 802.11b del IEEE permite velocidades de 11 Mbps (supera en 5 veces las redes inalámbricas actuales) con encriptación de datos a 128 bits. 17

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1.3 Comunicaciones por redes de datos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Clasificación de redes de datos • WAP: protocolos diseñados para aplicaciones que usan poco ancho de banda sobre terminales móviles. • Bluetooth: estándar que permite conectar dispositivos a 2,4 Gb y velocidades de 1, 2 y 10 Mbps. Origen de las PAN (personal area network) • NAN o Parasitic Grid: sobre estándar 801.11b buscan construir una red libre y autogestionable con la colaboración de los usuarios Redes WLAN 9 sistema de comunicación de datos inalámbrico flexible 9 muy utilizado como alternativa a las redes LAN cableadas o como extensión de éstas • Movilidad: acceso desde cualquier punto • Facilidad de instalación: sin cables; acceso inmediato a usuarios temporales • Flexibilidad: llega dónde el cable no puede o sería costoso

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1.3 Comunicaciones por redes de datos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Clasificación de redes de datos Redes de Satélite: 9 transmisión por microondas 9 topologías: punto a punto o multipunto 9 aplicable a televisión, telefonía de larga distancia y redes privadas 9 actualmente la mayoría son geoestacionarios (36.000 kms de la tierra), por lo que no soportan aplicaciones en tiempo real debido a los retrasos implícitos 9 la alternativa son satélites de baja órbita como las propuestas de Iridium y Teledisc 9 VSAT (Very Small Aperture Terminal): tecnología que permite utilizar un canal del satélite para establecer una red privada a bajo coste. Consiste en estaciones equipadas con una antena VSAT que comparten la capacidad del canal para intercambiar mensajes con la estación central.

Interredes: 9 interconexión de redes vía pasarelas (internet) 9 múltiples tecnologías

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1.3 Comunicaciones por redes de datos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Ejemplo de configuración de red

Usuario residencial

Conexión de acceso Proveedor de acceso a Internet (ISP)

Enlace de alta velocidad (p. e. SONET)

Encaminador

Conmutador ATM

Cortafuegos

Enlace de alta velocidad

Red

Encaminador

WAN privada

Conmutador Ethernet

Servidor de información

ATM

LAN con PC y estaciones de trabajo

© Pearson Educación, S. A

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1.3 Comunicaciones por redes de datos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Algunos estándares Estándares xDSL ADSL

HDSL

SDSL

VDSL

bits/sg (asc./des.)

de 1,5 a 9 Mbps de 16 a 640 kbps

1.544 ó 2.048 Mbps

1.544ó 2.048 Mbps

de 13 a 52 Mbps de 1,5 a 2,3 Mbps

modo

Asimétrico

Simétrico

Simétrico

Asimétrico

pares de cobre

1

2

1

1

distancia

de 3,7 a 5,5 km

3,7 km

3,0 km

1,4 km

Estándares WLAN Tecnología

Espectro

Estandarizado por

Frecuencia

Velocidad

802.11 FH

2,4 Ghz IEEE

FH (Frequency Hopping)

2 Mbps

802.11 DS

2,4 Ghz IEEE

DS (Direct Sequence)

2 Mbps

802.11b

2,4 Ghz IEEE

DS (Direct Sequence)

11 Mbps

802.11a

5 Ghz IEEE

Single Carrier

54 Mbps

802.11g

2,4 Ghz IEEE

DS (Direct Sequence)

54Mbps

HiperLAN2

5 Ghz ETSI

Single Carrier

54 Mbps

HiperLAN

5 Ghz ETSI

Single Carrier

23,5 Mbps

Bluetooth

2,4 Ghz Bluetooth SIG

FH (Frequency Hopping)

1 Mbps

SWAP 1.1

2,4 Ghz HomeRF Working Group

FH (Frequency Hopping)

1,6 Mbps

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1.4 Protocolos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Definición Protocolo: conjunto de normas que determinan el formato y la transmisión de datos. Protocolo: 9 semánticamente: normas de actuación a aplicar en cada momento 9 técnicamente: conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre dos entidades, en base a: • sintaxis: formato de datos y niveles de señal • semántica: información de control para gestión y control de errores • temporización: velocidades y secuencias 9 pueden ser: • directos/indirectos: los sistemas se comunican por una línea punto a punto/vía red • monolíticos/estructurados: un único protocolo para todo un proceso/varios protocolos en jerarquía para un proceso • simétrico/asimétrico: el número de entidades involucradas es par/impar • estándar/propietario: asumido por la mayoría/de uso particular 9 su unidad de transmisión es la PDU (protocol data unit) que consta de: • información de control (cabecera) • datos

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1

1.4 Protocolos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Funciones Las funciones y tareas elementales de los protocolos son: 9 9 9 9 9 9 9 9 9

encapsular segmentar y ensamblar control de conexión entrega en orden control de flujo control de errores direccionamiento multiplexación servicios de transmisión

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1

1.4 Protocolos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Funciones encapsular: añadir a los datos la información de control para generar la PDU datos H2 H1

datos datos

segmentar y ensamblar: dividir los mensajes en paquetes más pequeños para su transmisión (segmentar); el proceso contrario (ensamblar) control de conexión: 9 importante cuando el volumen de tráfico es grande 9 si no se controla (connectionless) cada paquete se gestionan independientemente de los recibidos con anterioridad. 9 una conexión entre dos entidades implica: • establecer la conexión: solicitarla, aceptarla o rechazarla y negociar aspectos del protocolo a utilizar (tamaño PDU, sintaxis, etc.) • transferir los datos: datos e información de control (errores, flujo,etc) • (interrupción) • (recuperación) • cerrar la conexión: a solicitud de una entidad 9 las entidades numeran secuencialmente las PDU: control orden, flujo y errores

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1

1.4 Protocolos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Funciones entrega en orden: cada PDU puede seguir caminos distintos, por lo que pueden llegar desordenadas al destino. En protocolos no orientados a conexión es obligatorio numerar secuencialmente las PDUs en origen control de flujo: operación que realiza el receptor para limitar la velocidad de envío del emisor: 9 la técnica más usada es parada y espera: confirmar cada PDU antes del envío de la siguiente 9 otra técnica consiste en establecer una ventana de confirmación (crédito al emisor) control de errores: técnicas para recuperar pérdidas y errores en la transmisión de los datos y de la información de control. Existen dos mecanismos: 9 detección (y corrección) de errores: inserción en la PDU de un código, basado en el contenido de la PDU, que el receptor ha de validar (y reparar si existe mecanismo de corrección) 9 retransmisión: si pasado cierto tiempo el emisor no recibe confirmación, retransmitirá la PDU automáticamente

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1.4 Protocolos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Funciones direccionamiento: consiste en la identificación total de origen y destino: 9 nivel de direccionamiento: cada nivel de la arquitectura realiza su propio direccionamiento: Nivel/Modelo TCP/IP OSI Red

Dirección IP

NSAP

Aplicación

Puerto

SAP

9 alcance global del direccionamiento: • sin ambigüedad: no permitir duplicados • práctico: acceder a cualquier equipo desde cualquier otro 9

identificadores de conexión: dar un nombre a la misma en sistemas orientados a conexión (ej. VPN), para conseguir: • reducir cabeceras • encaminamiento fijo • multiplexación: 1 entidad usa más de 1 conexión • control de la conexión a través de la información de estado

9

modo de direccionamiento: • unicast: un único destino • multicast: el destino es un grupo de usuarios determinado • broadcast: el destino son todos los usuarios 26

1

1.4 Protocolos Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Funciones multiplexación: establecer varias conexiones dentro de un único sistema como las VPNs o los puertos en una aplicación (ej. 80 en web). Existen 2 sistemas: 9 ascendente: varias conexiones de la capa n comparten una única conexión de la capa n-1 (ej. eficacia) 9 descendente: una única conexión de la capa n para varias conexiones de la capa n-1 (ej. seguridad) servicios de transmisión: servicios adicionales que presta el protocolo como prioridad, QoS y seguridad. Es necesario que las capas inferiores los soporten para garantizar su funcionamiento

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1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Definición Todos los modelos de red se basan en protocolos organizados en arquitecturas. Arquitectura de Protocolos: incluye todos los módulos que realizan todas las tareas necesarias para desarrollar lógicamente la comunicación entre distintos sistemas Capa de la Arquitectura: cada uno de los módulos con sus respectivas tareas Un ejemplo de tareas y niveles:

Fuente: “Transmisión de datos y redes de comunicaciones”, Forouzan.

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1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Definición Un modelo de red se estructura jerárquicamente como una pila de capas o niveles: 9 9 9 9 9 9

el número de capas y su nombre en cada red es distinto cada capa ofrece servicios a la superior y los demanda de la inferior las capas de dos sistemas se comunican entre sí mediante un conjunto de reglas denominadas protocolos entre las capas están los interfaces: interfaces operaciones y servicios que la capa n-1 ofrece a la capa n la última capa normalmente es hardware o firmware debajo de la última capa está el medio físico

capa 3 i 2/3

p3

p2

capa 2 i 1/2 capa 1

p1

medio físico

arquitectura de red Arquitectura de red: conjunto de capas y protocolos de una red, creados por los diseñadores de red

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1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Definición Interfaces: 9 operaciones y servicios que una capa inferior ofrece a una superior 9 los servicios están disponibles en los SAP (Service Access Point), que se identifican por un número único (ej. número de teléfono)

capa n+1

interfaz

SAP

capa n

Servicios: 9 se especifican en base a primitivas (conjunto de operaciones) que permiten acceder a los servicios: • petición: una entidad pide un trabajo a un servicio • indicación: se informa a la entidad sobre un suceso • respuesta: una entidad quiere responder a un suceso • confirmación: ha llegado la respuesta a una petición anterior 9 tipos de servicios: • orientados a conexión: el usuario establece la conexión, la usa y luego la libera (teléfono convencional) • no orientados a conexión: no se establece conexión y cada paquete de información sigue su propio camino (servicio de correos) 9 calidad de servicio: ¾ fiable: no se pierden datos (telefonía fija) ¾ no fiable: no se garantiza que no se pierdan datos (servicio web) 30

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Definición Un ejemplo clásico de un sistema de capas

ejecutivo habla en inglés

ejecutivo habla en castellano

secretaria traduce inglés/francés

secretaria traduce castellano/francés

envío y recepción de fax

envío y recepción de fax

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1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

¿Por qué un modelo de red? Necesidad de una arquitectura de protocolos 9 Ejemplo: Ejemplo la transferencia de un archivo. • El sistema fuente debe activar un camino de datos o proporcionar a la red de comunicación la identificación del sistema destino. • El sistema fuente debe verificar que el destino está preparado para recibir datos. • La aplicación de transferencia de archivos en el origen debe verificar que el programa gestor en el destino aceptará y almacenará el archivo para su usuario. • Puede necesitar una traducción de los formatos de los archivos. 9 9 9 9

El problema se divide en subtareas. Se realiza por separado en capas de pilas Funciones necesarias en los dos sistemas. Las capas o pares intercambian información.

32

1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Un modelo de red sencillo La tarea de comunicación está dividida en módulos. Por ejemplo: ejemplo la transferencia de archivos podría utilizar tres módulos: 9 Aplicación para la transferencia de archivos. 9 Módulo del servicio de comunicaciones. 9 Módulo de acceso a la red. Computador X

Aplicación para la transferencia de archivos Módulo del servicio de comunicaciones

Módulo de acceso a la red

Computador Y

Archivos y órdenes para la transferencia de archivos

Mensajes entre los módulos del servicio de comunicaciones

Lógica de la interfaz de red

Red de comunicaciones

Lógica de la interfaz de red

Aplicación para la transferencia de archivos Módulo del servicio de comunicaciones

Módulo de acceso a la red

© Pearson Educación, S. A

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1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Un modelo de tres capas Capa de acceso a la red 9 Intercambio de datos entre el computador y la red. 9 El computador emisor proporciona la dirección del destino. 9 Puede hacer uso de algunos servicios. 9 Depende del tipo de red que se use (LAN, conmutación de paquetes, etc.). Capa de transporte 9 Intercambio de datos de una manera fiable. 9 Independiente de la red que se use. 9 Independiente de la naturaleza de las aplicaciones. Capa de aplicación 9 Admite varias aplicaciones de usuario. 9 Ejemplo: correo electrónico, transferencia de archivos.

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1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Un modelo de tres capas Aplicaciones

Punto de acceso al servicio

Transporte Acceso a la red

Dirección de red Aplicaciones

Computador A

Red de comunicaciones

Transporte Acceso a la red Computador C

Aplicaciones Transporte Acceso a la red © Pearson Educación, S. A

Computador B 35

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Un modelo de tres capas Requisitos para el direccionamiento 9 Se requieren dos niveles de direccionamiento. 9 Cada computador necesita una única dirección de red. 9 Cada aplicación en el computador (multitarea) debe tener una única dirección dentro del propio computador: • Puntos de acceso al servicio o SAP. • El puerto sobre las pilas TCP/IP. Construcción de una PDU 9 En cada capa se utilizan protocolos para la comunicación. 9 Se añade información de control a los datos en cada capa. 9 Se pueden dividir los mensajes en función de la capacidad del medio de comunicación. 9 La capa de transporte puede fragmentar los datos del usuario. • A cada fragmento se le añade una cabecera: dirección destino, información de control para identificación, numero de secuencia, etc.

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1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Un modelo de tres capas Datos de aplicación

Cabecera de transporte

Cabecera de transporte

Cabecera de red

Cabecera de red

Unidades de datos del protocolo de transporte

Unidades de datos del protocolo de red (paquetes)

© Pearson Educación, S. A

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Un modelo de tres capas .

Origen X

Destino Y

Aplicación

Aplicación

Transporte

Transporte PDU de transporte

Acceso a la red

Acceso a la red Paquete

DSAP = punto de acceso al servicio destino Dhost = host destino © Pearson Educación, S. A

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelos normalizados Son necesarias para que los dispositivos se comuniquen. Los fabricantes tienen productos con un mercado mayor. Los clientes pueden insistir en los estándares basados en el equipo. Dos estándares: 9 Modelo de referencia de OSI: • Nunca ha llegado a alcanzar las promesas iniciales. 9 Conjunto de protocolos TCP/IP: • La arquitectura más usada.

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1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo OSI Modelo de interconexión de sistemas abiertos publicado por la ISO en 1984: ISO 7498 Modelo de 7 capas donde los sistemas no necesitan estar directamente conectados, permitiéndose la conexión vía red OSI no es una arquitectura de red: 9 no especifica servicios ni protocolos 9 sólo especifica las funciones de cada capa Es un sistema abierto: 9 cada capa puede ser segmentada en subcapas 9 en cada capa pueden residir diferentes protocolos La comunicación entre capas se realiza con primitivas

40

1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo OSI Construcción de una PDU de salida Datos de usuario

Aplicación X

Aplicación Y

Aplicación

Aplicación

Presentación

Presentación

Sesión

Sesión

Transporte

Transporte

Red

Red

Enlace de datos

Enlace de datos

Físico

Camino de comunicaciones (p.e., enlaces punto-a-punto, redes)

Extracción de una PDU de entrada Datos de usuario

Físico

© Pearson Educación, S. A

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo OSI Las capas también están normalizadas y requieren tres elementos clave: especificación del protocolo: • opera en la misma capa en dos sistemas • puede implicar distintos sistemas operativos • la especificación del protocolo deber ser precisa ¾ formato de las unidades de datos ¾ semántica de todos los campos ¾ secuencia permitida de PDU 9 definición del servicio: indica que servicios se proporcionan a la capa superior (no como se usan) 9 direccionamiento: identificación vía SAP de los servicios suministrados

9

definición del servicio

SAP

especificación del protocolo

capa 42

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo OSI Capa Física: corresponde a la interfaz física: 9 define las reglas en la transmisión de bits 9 tiene características: • mecánicas: referentes a las propiedades de los conectores • eléctricas: representación de los bits (niveles de tensión) y velocidad de transmisión • funcionales: funciones de cada circuito entre el sistema y el medio físico • procedimiento: eventos en el intercambio de bits con el medio 9 unidad de información: bit Capa de Enlace: su misión es hacer del enlace físico un enlace seguro: 9 detección y control de errores 9 control del enlace: activarlo, mantenerlo y desactivarlo 9 unidad de información: trama

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo OSI Capa de Red: realiza la transferencia de información entres sistemas finales a través de algún tipo de red, haciendo la red transparente para las capas superiores: 9 independiza a las capas superiores de los métodos y tecnologías de transmisión empleados 9 realiza funciones de direccionamiento, encaminamiento, conmutación, gestión de prioridades, descartes, etc. 9 puede actuar como nodo intermedio: redireccionando datos sin que intervengan las capas superiores 9 unidad de información: paquete Capa de Transporte: proporciona mecanismos para intercambiar datos entre sistemas finales: 9 el transporte orientado a conexión asegura que los datos se entregan sin errores, en orden, sin pérdidas ni duplicados 9 puede ayudar a optimizar servicios proporcionando niveles de QoS 9 unidad de información: segmento

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo OSI Capa de Sesión: controla el diálogo entre aplicaciones de sistemas finales. Puede ser eludible ya que sus servicios son opcionales: 9 control de diálogo: full duplex, half duplex, etc. 9 agrupamiento: en función de la aplicación 9 recuperación: estableciendo puntos de comprobación Capa de Presentación: define el formato de los datos que van a intercambiar las aplicaciones y ofrece servicios de transformación de datos como compresión y cifrado Capa de Aplicación: proporciona a las aplicaciones el medio para acceder a la arquitectura OSI. Comprende aplicativos de uso general: Mail, FTP, etc.

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo OSI

Nivel de enlace Entrega nodo a nodo

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo TCP/IP Desarrollada por la Agencia Norteamericana de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa (DARPA, Defense Advanced Research Project Agency) para su red experimental de conmutación de paquetes (ARPANET). Utilizada por Internet globalmente. Se considera un arquitectura de protocolos 9 modelo arquitectónico 9 familia de protocolos estructurados en capas No existe un modelo oficial, pero si uno funcional de cinco niveles: 9 Capa de aplicación. 9 Capa extremo-a-extremo o de transporte. 9 Capa Internet. 9 Capa de acceso a la red. 9 Capa física. A diferencia de OSI el uso estricto de todas las capas no es obligatorio. Existen protocolos de aplicación que operan directamente sobre IP (capa de red), en concreto las aplicaciones que no necesitan interconexión de redes 47

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo TCP/IP Niveles y protocolos

aplicación

transporte

NEWS

FTP

HTTP

TCP

SMTP

SNMP

TELNET

UDP ICMP IGMP OSPF RSVP IP

red

física y enlace

LAN

Radio

VSAT

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1

1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo TCP/IP Capa Física: interfaz física entre el dispositivo y el medio que define: 9 características medio transmisión 9 tasa de señalización 9 esquema de codificación de señales Capa de Enlace: responsable del intercambio de datos entre un sistema final y la red a la que está conectado (interfaz lógico) Capa de Red: encamina los datos desde el origen hasta el destino a través de varias redes Capa de Transporte: proporciona servicios de transferencia de datos extremo a extremo de forma transparente para la capa de aplicación. También puede proporcionar mecanismos de seguridad Capa de Aplicación: posibilita las aplicaciones de usuario facilitando la comunicación entre aplicaciones distribuidas

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1.5 Modelos de red Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Modelo TCP/IP vs. OSI El éxito de TCP/IP se basa en: 9 se especificó antes que OSI y su disponibilidad era inmediata 9 el DoD lo asumió y lo exigió en todo el software que adquiría 9 es la base de internet y la www 9 reside en el 90% de los escritorios OSI

TCP/IP

aplicación presentación

software

aplicación

usuario

sesión transporte red

transporte

firmware

red

enlace

enlace

físico

físico

hardware

sistema operativo

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E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

1.5 Modelos de red

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Tema 1

Modelo OSI vs. TCP/IP

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1

1.5 Evolución de las redes E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Tema 1

Las redes actuales se pueden dividir en: 9 públicas: operadas por PTTs 9 de investigación 9 cooperativas: grupos de usuarios 9 comerciales: empresas A lo largo de la historia se han diferenciado por: 9 administración: controladas y planeadas vs. Crecimiento ad-hoc 9 recursos ofertados: mail, aplicación específica, acceso remoto, etc. 9 diseño técnico: arquitecturas, protocolos, medios físicos, etc. 9 usuarios: desde una empresa a internet

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1.5 Evolución de las redes Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Novell Netware ¾ modelo patentado previo a OSI, evolucionado de Xerox Network System (XNS) ¾ es la red LAN por definición ¾ sustituye el modelo mainframe por el modelo cliente-servidor (PCs) ¾ arquitectura: Capa

Protocolo

Aplicación

Servidor de Aplicaciones

Transporte

NCP y SPX

Red

IPX

Enlace

Ethernet y Token Ring

Físico

Ethernet y Token Ring

¾ Protocolos: 9 IPX: no fiable, connectionless, con direcciones de 12 bytes formado por red, nodo y socket (IP -> 4 bytes) 9 NCP: aporta transporte y otros servicios (es el corazón de la red) 9 SPX: sólo proporciona transporte 9 datagrama IPX: 2

2

1

1

12

dirección destino suma verificación longitud paquete

12

dirección origen

datos

tipo paquete control transporte 53

1

1.5 Evolución de las redes Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

ArpaNet ¾ modelo de red WAN ¾ red militar basada en contratos con universidades y empresas ¾ promocionó la conmutación de paquetes ¾ se basó en software con dos partes bien diferenciadas: host y subred ¾ con su crecimiento se demostraron las carencias de sus protocolos al funcionar en múltiples redes: Cerf y Kahn en 1974 lanzan TCP/IP ¾ una vez asumido TCP/IP se divide en: ArpaNet (internet) y MilNet (militar) ¾ ArpaNet y NsfNet (National Science Foundation) dan lugar a Internet

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1.5 Evolución de las redes Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Internet ¾ nace como fusión de ArpaNet, NsfNet y otras muchas como SPAN (red física de la NASA) ¾ se basa en el modelo TCP/IP garantizando acceso universal, lo que es equiparable a la normalización del ancho de vía del ferrocarril en el siglo XIX ¾ está gestionada por ISOC ¾ la presencia en Internet se divide en: ¾ fija: servidores ¾ temporal: conexiones vía ISP ¾ los servicios tradicionales son mail, news, telnet y ftp ¾ www fue considerado un servicio novedoso y revolucionario

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1.5 Evolución de las redes Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

X.25 ¾ desarrollada por la CCITT en los años 70 para proveer un interfaz entre las redes públicas de conmutación de paquetes y sus clientes ¾ primera red pública de transmisión de datos orientada a conexión tanto con circuitos virtuales conmutados (bajo demanda) como permanentes (línea alquilada) ¾ establece, por tanto, una llamada telefónica entre los dos agentes y a esa llamada le asigna un número identificativo usado en la transmisión de todos los paquetes ¾ en los años 1980 comienza a ser sustituida por Frame Relay

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1.5 Evolución de las redes Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Ethernet (IEEE 802.3) ¾ su base fue el proyecto ALOHA destinado a comunicar vía radio máquinas diseminadas por las islas Hawai ¾ posteriormente Xerox consigue unir 100 máquinas a un cable de 1 km al que incorporó detección de portadora. Este sistema se denominó Ethernet ¾ Xerox, Dec e Intel diseñaron un estándar para Ethernet a 10 Mb lo que fue la base del estándar IEEE 802.3 ¾ IEEE 802.3 especifica los siguientes estándares: Medio Transmisión

Velocidad Transmisión

Longitud Máxima

10Base5

Coaxial

10 Mbps

500 m

10Base2

Coaxial

10 Mbps

185 m

10Base-T

UTP

10 Mbps

100 m

10Base-FP

Par de Fibra Óptica

10 Mbps

500 m

100Base-TX

UTP categoría 5

100 Mbps

100 m

100Base-FX

Par de Fibra Óptica

100 Mbps

100 m

100Base-T4

UTP categoría 5

100 Mbps

100 m

1000Base-SX

Fibra Óptica

1000 Mbps

275 m

1000Base-LX

Fibra Óptica

1000 Mbps

550 m

1000Base-CX

STP

1000 Mbps

25 m

1000Base-T

UTP categoría 5

1000 Mbps

1000 m

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1.5 Evolución de las redes Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Redes Wireless (IEEE 802.11) ¾ redes sin cable ¾ dos modos de operación: 9 con estación base 9 ad-hoc Velocidad Transmisión IEEE 802.11

1-2 Mbps

IEEE 802.11b

11 Mbps

IEEE 802.11a

54 Mbps

IEEE 802.11g

20-54 Mbps

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1.5 Evolución de las redes Tema 1 E.S. Ingeniería Informática - Redes de computadores

Redes Gigabit ¾ constituyen la apuesta de futuro para servicios como telemedicina, reuniones virtuales, etc. ¾ ya se han desarrollado distintas plataformas experimentales: AURORA, BLANCA, CASA, NECTAR y VistaNet

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