RySDTema1

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Universidad de

Mlaga

Tema 1: Introduccin a las Redes y Sistemas Distribuidos

Profesores:

Mercedes Amor Pinilla

Francisco Chicano

Lidia Fuentes Fernndez

Gabriel Luque Polo

Francisco Rus Mansilla

Tema 1. Introduccin a las redes y sistemas distribuidos

Tema 2. Tcnicas de acceso y control de enlace

Tema 3. Protocolos de Interconexin de Redes

Tema 4. Servicios bsicos para el nivel de transporte en Internet

Tema 5. Aplicaciones distribuidas en Internet

Contenido del tema

Conceptos y Teora de Comunicaciones

Definicin y Caracterizacin de los Sistemas en Red

Evolucin de las Redes de Comunicacin

Transmisin Fsica de la Informacin

Estructura y Componentes de una Red

Funciones de un Sistema de Comunicacin

Modelos Fsicos de Transmisin

Tipologas de Red

Computacin Distribuida y Comunicacin

Modelos en Capas y Estndares

Una Arquitectura en Capas

Estandarizacin de Protocolos de Comunicacin

El concepto de Red Comuntada

La Torre de Protocolos de Internet

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CONCEPTOS Y TEORA DE LAS COMUNICACIONES

Definicin y Caracterizacin de los Sistemas en Red

Evolucin de las Redes de Comunicacin

Transmisin Fsica de la Informacin






Redes de ordenadores

Definicin:

Una red de ordenadores es un conjunto de dispositivos hardware interconectados entre s, a travs de algn medio de transmisin

Su propsito es el de compartir informacin y servicios entre todos los equipos

Concepto relacionado: Sistema Distribuido

Un sistema distribuido ofrece la visin de sistema nico, donde la distribucin fsica de los recursos es transparente

Su propsito es ofrecer al usuario y a las aplicaciones una visin de los recursos del sistema como gestionados por una nica mquina virtual

Cuestin de perspectiva:

Red de ordenadores: punto de vista de la infraestructura de comunicaciones

Sistema distribuido: punto de vista de los procesos software

Conceptos y Temas de Comunicaciones

Estructura de una Red


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Redes de ordenadores

Aplicaciones distribuidas/servicios

Son aplicaciones que se ejecutan en los nodos de la red y se comunican entre ellas mediante el intercambio de mensajes

Ejemplos

Web

Correo eletrnico

Intercambio de ficheros mediante P2P

Voz sobre IP (VoIP)

Juegos en red

Mensajera instantnea









Componentes

Ejemplo de red:

Acceso a un servidor Web a travs de un mdem ADSL y

una red pblica de telefona




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Historia de las redes de ordenadores

Breve resea histrica

Aparicin en los aos 60

Difusin a partir de los 80

Avances informtica: ordenadores personales (PCs)

Avances telecomunicaciones: redes de rea local (LANs)

Expansin en los 90

Internet

La Web

En la actualidad-

Redes inalmbricas

Internet de las Cosas (Internet of Things, IoT)

Redes de sensores

Redes autoorganizadas

RFID

Etc.




ARPANET (1969)

INTERNET (2005)

EVOLUCIN 94 14

> x1000









INTERNET

Ethernet

SONET/SDH

ATM

Otros

Redes de

Transporte

WiFi, WiMax, UMTS, HSDPA, 4G,

xDSL, ADSL2+,

Televisin por cable

Fibra ptica, FTTH, ..

Redes de

Acceso

Servicios Web

Plataformas

Distribuidas

Servicios para

disp. ligeros Java ME,

OSGi, Android,

WS-*, servlets,

Javascript,

Ajax,

EJB/JEE, JBoss

Spring,

Tecnologas de desarrollo

de servicios

YouTube, Facebook,

La Web N.0 Computacin

en la Nube

Soporte

Multimedia

Google, Amazon,

VoIP, Skype,

La revolucin de Internet

y los servicios ms populares

Redes auto-organizadas

(MANET, VANET, ) ))

RFID Redes sensores

La Internet de las Cosas

Tecnologas de redes

en auge

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Componentes

Nomenclatura:




Aplicacin

Enlaces

nodo nodo nodo nodo nodo

RED

Nodo terminal

(host - end system) Nodo terminal

(host - end system)

Nodo intermedio, nodo,

conmutador, router, switch

Ejemplo:

host router Nodos intermedios

servidor

Navegador

Wifi

Internet

Ethernet






Transmisin fsica de la informacin

Topologa fsica

Estructura de la red fsica, que se representa como un conjunto de nodos (dispositivos) conectados mediante enlaces (medios de transmisin). Pueden representarse como grafos geomtricos.

Una red totalmente conectada (malla) de N nodos requerira:

N(N-1)/2 enlaces

Muy costoso




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Transmisin fsica de la informacin: conmutacin

Red parcialmente conectada

Solamente hay algunos enlaces entre cada par de nodos

Problema: hay que encontrar un camino para llegar desde un nodo a otro

Solucin: conmutacin

Conmutacin (definicin)

Una red conmutada consta de una serie de nodos interconectados a travs de conmutadores

Un conmutador es un dispositivo capaz de enlazar temporalmente dos o ms dispositivos









Transmisin fsica de la informacin: conmutacin

Dos tipos de conmutacin

Conmutacin de circuitos

Los recursos para la transmisin se reservan mientras dura la

comunicacin

Los enlaces no se comparten con otros circuitos

Ej: Red de telefona tradicional

Conmutacin de paquetes

Los enlaces y los conmutadores (encaminadores o routers) se

comparten

Ej: la red Internet

Cuando se utiliza conmutacin de paquetes se suelen usar

tcnicas de almacenamiento y envo (store and forward)

Se almacena el paquete, se decide por qu enlace debe

retransmitirse y se retransmite




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Transmisin fsica de la informacin: multiplexado

Ancho de banda Se define ancho de banda de una seal analgica como la

anchura del espectro de frecuencias y se mide en Hercios (Hz)

Mayor ancho de banda en Hz => mayor velocidad en bps

Motivacin Aumentar la velocidad de transmisin mediante la

comparticin del ancho de banda del canal

Multiplexado Utiliza un recurso (canal) para transmitir ms de un

mensaje simultneamente.

La entrada son datos/voz de baja velocidad y se combinan en una sola banda de alta velocidad que se transmite por un nico canal.

Beneficios: Se aumenta la eficiencia del canal.









Transmisin fsica de la informacin: multiplexado

Dos tipos bsicos de multiplexado

Divisin de frecuencias (Frequency-Division Multiplexing o FDM)

Divisin de tiempo (Time-Division Multiplexing o TDM)




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Tecnologa ADSL

Motivacin

Se requiere mayor ancho de banda en el enlace abonado-red de telefona

Uso del enlace para voz: 0 4 Khz

Capacidad real del enlace: 1 Mhz o ms

Solucin

ADSL (Asymmetric digital subscriber line)

Ms capacidad de transmisin en el enlace descendente que en el ascendente









Tecnologa ADSL

Mapas de frecuencia (por FDM)




Divisin en varios subcanales por TDM

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Tecnologa ADSL

ADSL: Rangos de frecuencia

Canal de voz: 0 - 4 Khz

Canal de datos: 25 Khz - 1.1 Mhz

Envo: 25 Khz - 150 Khz

Recepcin: 150 Khz - 1.1 Mhz

ADSL 2+: Rangos de frecuencia

Canal de voz: 0 - 4 Khz

Canal de datos: 25 Khz - 2.2 Mhz

Envo: 25 Khz - 500 Khz

Recepcin: 500 Khz - 2.2 Mhz









Tipos de enlaces

Dos tipos bsicos de enlaces

Punto a punto: comunican dos nodos

Ejemplo: Conexin entre conmutadores

Difusin: son compartidos por varios nodos

Ejemplo: Ethernet, Wifi




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Modos de comunicacin

Tres modos

Smplex: los datos se transmiten en una sla direccin

Semi-dplex (half duplex): los datos se transmiten en ambas direcciones, pero de forma alternada

Dplex (full duplex): los datos se transmiten en ambas direcciones al mismo tiempo









Rendimiento

Medidas de rendimiento

Latencia: tiempo medio que tarda un paquete en ir de origen a destino

Round trip time: tiempo que tarda un paquete en ir y volver

Ancho de banda (bandwidth): digital (cantidad de bits por segundo bps que admite un canal)

Paquetes transmitidos por segundo

Paquetes perdidos

Tasa de errores




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Rendimiento




Tiempo de Transmicin:

Ttrans = #datos / ancho de banda

Tiempo de Propagacin:

Tprog = long. canal / vel. prog.

Tiempo de

Procesamiento

Latencia:

Latencia = Ttrans + Tprog

rtt






ESTRUCTURA Y COMPONENTES DE UNA RED

Funciones de un Sistema de Comunicacin

Modelos Fsicos de Transmisin

Tipologas de Red

Arquitectura de Internet

Computacin Distribuida y Comunicacin

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Funciones/beneficios de las redes

Las redes de ordenadores permiten:

Mejora el proceso de obtencin y almacenamiento de la informacin

Compartir informacin (ej: carpeta compartida)

Compartir perifricos (ej: impresora compartida)

Comunicacin entre usuarios (e.g. mensajera instantnea, blogs, redes sociales)

Mayor capacidad de procesamiento (ej: paralelismo, computacin en la nube)

Y tambin traen consigo varios problemas

El software distribuido es complejo

Problemas producidos por la red de comunicacin

Problemas de seguridad









Clasificacin

Criterio: medio de transmisin

Redes cableadas

Redes inalmbricas

Criterio: cobertura geogrfica

PAN (Personal Area Network)

LAN (Local Area Network)

MAN (Metropolitan Area Network)

WAN (Wide Area Network)




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Clasificacin: medio de transmisin: redes cableadas

Caracterstica bsica

Utilizan un cable para la transmisin de informacin

Medios de transmisin

Cable de par trenzado de cobre: barato, flexible, distancias mximas de cientos de metros

Cable coaxial: mejor ancho de banda que el par trenzado, poco flexible

Fibra ptica: distancias de cientos de kilmetros, seguras, costosas

Ejemplos: Ethernet, SDH/Sonet









Clasificacin: medio de transmisin: redes inalmbricas

Caracterstica bsica

El sistema de transmisin no es un medio slido

Medios de transmisin

Rayos infrarrojos: direccionales, seguros, poco ancho de banda

Ondas de radio terrestres: omnidireccionales, atraviesan paredes

Ondas de radio por satlite: alta latencia, elevado ancho de banda

Ejemplos: UMTS, IEEE 802.11, Bluetooth




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Tipologas de red: redes de rea personal (PAN)

Caractersticas principales:

Cobertura: pocos metros

Objetivo principal: interconectar dispositivos prximos a una persona

Telfono mvil

Televisin, Cmara de vdeo

Teclado, ratn

Impresora

Bajo consumo

Alcance limitado

Ejemplo: Bluetooth









Tipologas de red: redes de rea local (LAN)


Cobertura: uno o varios edificios

Compuestas por varios segmentos, que se interconectan mediante concentradores (hubs) o conmutadores (switches)

Topologas

Bus: Ethernet (IEEE 802.3)

Anillo: Token Ring (IEEE 802.5)

Estrella: Fast Ethernet (IEEE 802.3u)

Todos con todos: WiFi (IEEE 802.11)




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Tipologas de red: redes de rea metropolitana (MAN)


Cobertura: una ciudad

Dos tipos de infraestructuras:

Redes de fibra ptica

Redes inalmbricas

Ejemplos: DQDB, WIMAX (IEEE 802.16)









Tipologas de red: redes de rea extensa (WAN)


Cobertura: ciudades, pases, el mundo entero

Los equipos estn interconectados mediante conmutadores

Necesitan infraestructuras proporcionadas por entidades de telecomunicacin (pblicas y/o privadas)

La latencia de los mensajes suele ser elevada

Ejemplo: Internet




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Computacin distribuida y comunicacin

Aplicaciones distribuidas

Las aplicaciones distribuidas consisten en procesos que se

comunican y sincronizan entre si mediante el intercambio

de mensajes

Comunicacion distribuida

Intercambio de informacio n entre procesos

Sincronizacio n

Puntos de ejecucio n en los que dos o mas procesos se

ponen de acuerdo










Caracteri sticas

Los procesos de una aplicacio n distribuida no comparten

memoria

La comunicacio n se lleva a cabo mediante paso de

mensajes




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Algunas cuestiones a resolver:

Utilizan los dos procesos la misma tabla de codificacio n de

caracteres?

Consideran ambas maquinas los mismos voltios para un

bit 0 y un bit 1?

Co mo sabe el proceso receptor cual es el u ltimo bit de un

mensaje?

Co mo se puede saber si un mensaje se ha perdido o ha

sido dan ado y, en caso de que as sea, co mo se arregla esa

situacio n?

Que taman o tienen los tipos de datos nume ricos y co mo se

representan internamente?









MODELO EN CAPAS Y ESTNDARES

Una Arquitectura en Capas

Estandarizacin de Protocolos de Comunicacin

La Torre de Protocolos de Internet

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Arquitectura en capas

Las redes son sistemas complejos

Una forma de abordar la complejidad es establecer

modelos de capas

Ejemplos: sistemas operativos, model-view-contoller

Una capa N proporciona un servicio a la capa N+1 y es

usuaria de la capa N-1

La funcionalidad de comunicaciones en redes de

ordenadores se organizan en capas

El modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection)










Componentes:

Las capas

Las interfaces de servicio

Los protocolos




TCP connection

response Get http://www.awl.com/kurose-ross

time

TCP connection

request

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Protocolos

Un protocolo es un conjunto de reglas normalizadas que

establecen el formato, contenidos y significado de los mensajes

que se transmiten entre equipos distintos, as como el orden en el

que hay que enviarlos y las acciones a tomar al enviarlos y

recibirlos

Para que dos equipos se comuniquen deben implementar el

mismo protocolo en cada capa

Arquitecturas de capas en redes de ordenadores

Se denominan arquitecturas de redes o familias de protocolos

(Network protocol families)

Definicin de un conjunto de protocolos organizados en capas

La implementacin de una arquitectura de red se llama torre de

protocolos (protocol stack)









Protocolos

Tipos de protocolos

Orientados a la conexin (connection oriented): el emisor y

el receptor han establecer de una conexin antes de

intercambiar informacin

Ejemplos: el telfono, TCP

Sin conexin (connectionless): no es necesario establecer

ningn tipo de conexin previa al intercambio de

informacin

Ejemplos: el sistema de correo postal, UDP




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Estndares

Dos tipos de normas

De facto (de hecho): se establecen sin ningn planteamiento formal

De Jure (por ley): normas formales promulgadas por organismos

Dos tipos de entidades de normalizacin

Gubernamentales

Organizaciones voluntarias









Estndares

Organismos relevantes

Estndares: ISO (International Organization for Standarization) http://www.iso.org

Modelo OSI (Open Systems Interconnection)

Comunicaciones: The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) http://www.ieee.org

Ethernet (802.3) Wifi (802.11)

Telecomunicaciones: ITU Telecommunication Standarization Sector (ITU-T) http://www.itu.int/ITU-T/

ADSL (G.992) H.264 (MPEG4)

Internet: Internet Engineering Task Force (IETF) http://www.ietf.org

HTTP (RFC 2616) DNS (RFC 1034/1035)

Web: The World Wide Web Consortim (W3C) http://www.w3.org

HTML5 CSS




http://www.iso.org/http://www.iso.org/http://www.iso.org/http://www.ieee.org/http://www.ieee.org/http://www.itu.int/ITU-T/http://www.itu.int/ITU-T/http://www.itu.int/ITU-T/http://www.itu.int/ITU-T/http://www.itu.int/ITU-T/http://www.ietf.orghttp://www.ietf.orghttp://www.w3.orghttp://www.w3.orghttp://www.w3.orghttp://www.w3.org

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El modelo de referencia OSI

Servicios para el usuario

Representacin de datos

Manejo de conversaciones (sesiones)

Conexin extremo a extremo

Paquetes entre nodos (ruta).

Tramas entre nodos directamente conectados

Bits como seales









El modelo de referencia OSI

Propsito

Conseguir una estandarizacin de las tecnologas de comunicaciones en redes de ordenadores

Adopcin del modelo

Mentalidad de telecomunicaciones, no de informtica

til para estudiar redes de ordenadores

Proporciona un lenguaje comn entre diseadores, directores, vendedores y usuarios al tratar temas referentes a la lgica de sistemas de comunicacin.

Malas implementaciones, modelo muy complejo

Temporizacin: Teora del apocalipsis de los dos elefantes.




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Arquitectura de TCP/IP

TCP/IP define tres o cuatro capas

A nivel de enlace pueden usarse diferentes tipos de redes

Fcil adopcin e integracin con las diferentes redes

existentes en su momento




Bit

Trama

Paquete / Datagrama

Segmento / Datagrama

Mensaje






Arquitectura de TCP/IP

IP es su protocolo ms importante

A nivel de transporte ofrece dos alternativas: con y sin

conexin

La mayora de las aplicaciones de Internet usan TCP

FTP (File Transfer Protocol), HTTP (Hypertext Transport Protocol),

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)




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Encapsulamiento




origen

application

transport

network

link

physical

Ht Hn M

segmento Ht

paquete

destino application

transport

network

link

physical

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht M

M

network

link

physical

link

physical

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht Hn M

Ht Hn Hl M

router

switch

mensaje M

Ht M

Hn

trama

destino

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