T1. INTRODUCCIÓN - Escuela Superior de Informática … · Usos de las redes Para los ... Hardware de red Clasificación: ... -Conmutación de paquetes (HOY). • Redes punto a punto

REDES (4º)

T1. INTRODUCCIÓN

Redes (4º): Introducción 2

Introducción

Definición.Usos de las redes.Hardware de red.Software de red.• Jerarquías de protocolos.

Estandarización.Modelos de referencia.• Modelo de referencia OSI-RM.• Modelo de referencia TCP/IP.


Definición

Es una colección interconectada de ordenadores autónomos.• Interconectada: Si son capaces de intercambiar

información.• Autónomos: Pueden funcionar autónomamente.

- Los terminales convencionales no constituyen una red con su ordenador.

Lo distinguimos de:Sistema distribuido:• Es una red de ordenadores transparente al usuario,

funciona como si de un único ordenador se tratará.• Implica la existencia de un sw que oculte las

particularidades de la red: Middleware


Usos de las redes

En empresas.

Para los particulares.


Usos de las redes

En empresas(I):• Compartir recursos:

- Programas, datos y equipo.

• Alta confiabilidad.• Ahorro de costes :

- Se ha pasado de un conjunto de terminales ‘tontos’ conectados a un mainframe, a numerosos ordenadores personales.

- La arquitectura típica es la cliente-servidor.• Escalabilidad.• Empleados distantes.


Usos de las redesEn empresas(II).• Arquitectura Cliente-Servidor.

Costa de un grupo de usuarios con ordenador personal (cliente) conectados a un ordenador con los recursos compartidos (servidor).

Los clientes efectúan peticiones a servidor, y este envía una respuesta a los servicios requeridos.

P.Ejem:• Petición:

Dame el fichero X.• Respuesta:

Aquí tienes el fichero X.


Usos de las redes

En empresas(III).• Medio de comunicación

- Correo electrónico- Comunicación de voz- Comunicación de video.- Comercio electrónico


Usos de las redes

Para los particulares(I):• En 1977 “No hay razón ninguna para que un individuo tenga un

ordenador en su casa” Ken Olsen de Digital Equipement Co.(desaparecida)

• El uso del ordenador se generaliza con el PC (1982).

• Acceso a información remota.- Una persona tiene acceso a información que está en

un sitio remoto, en general una base de datos.- El WWW (World Wide Web - telaraña mundial) de

Internet es la aplicación por antonomasia. - El WWW integra todas las demás: telebanco,

telecompra, periódico y periódico a medida, páginas personales, aficiones...


Usos de las redes

Para los particulares(II):• Comunicación persona a persona.

- El correo electrónico: texto, gráficos, sonido y vídeo.

- El “chat” (charla).- La telefonía de Internet.- La videoconferencia.- Mensajería instantánea.- Redes P2P peer to peer

• Comunicación de grupo.- Los grupos de noticias (News).- El “chat” (charla).


Usos de las redes

Para los particulares(III):• Entretenimiento:

- Juegos en red.- Vídeo bajo demanda.- Vídeo iterativo.

• Comercio electrónico:

Legislación y aspectos sociales.


Usos de las redes

Usuarios móviles• Portátiles,... ,wearable, pervasive,...• Móvil no es inalámbrico.• Wifi, WAP, GPRS,...• “todo móvil”

Las técnicas aplicadas para la empresa y para los particulares convergen.• El problema: la privacidad, autentificación y

seguridad.• Redes privadas con tecnología de Internet.• Redes privadas virtuales en Internet.


Hardware de red

Clasificación:• Por la tecnología de transmisión (evolución histórica).

- Conmutación de circuitos.- Conmutación de mensajes- Conmutación de paquetes (HOY).

• Redes punto a punto.• Redes de difusión.

• Por el tamaño.- LAN.- MAN.- WAN.- Internet.- Domésticas.


HW: Tecnología de transmisión (I)

Conmutación de circuitos.• Análogo al sistema telefónico.• Fases:

- Se establece un circuito: conexión.- Se envían los mensajes: intercambio de datos.- Se libera el circuito: desconexión.

• Uso exclusivo del circuito durante la comunicación.• Mensajes largos.

• Baja eficiencia-alto coste.

Conmutación de mensajes.• Análogo al sistema de telegramas.


HW: Tecnología de transmisión (II)

Conmutación de paquetes.• Análogo al servicio postal.• Fase única: Se envían los mensajes: intercambio de

datos.• Uso compartido del circuito durante la comunicación.• Mensajes cortos: paquetes.• Cada paquete tiene un campo de dirección de destino.

Se procesan uno a uno en función del destino.• Pueden ser:

- redes punto a punto.- redes de difusión.


HW: Tecnología de transmisión (III)


HW: Conmutación de paquetes.Redes punto a punto: • Muchas máquinas interconectadas por parejas

con canal dedicado.• No todas tienen conexión directa entre ellas.• Para llegar a su destino, un paquete debe visitar

máquinas intermedias.• ¿Qué camino elegir? Algoritmo de

encaminamiento.Redes de difusión. • Un único canal que comparten todas las

máquinas.


HW: Conmutación de paquetes.Redes de difusión.• Un único canal que comparten todas las máquinas.• Una transmite y el resto escucha.• Si el destino del paquete es una dirección asignada a la

máquina, lo procesa. El resto lo ignora.• Tipos de direcciones de destino:

- Unicast: dirección de una máquina.- Broadcast (difusión): dirección todas las máquinas.- Multicast (multidifusión): dirección un subconjunto

de las máquinas.

• Una máquina tiene dirección: unicast y broadcast, y puede tener una o varias multicast.


Clasificación por el tamaño:

Por el tamaño.• SAM

• PAM• LAN: de área local.

- Varios Km.

• MAN: de área metropolitana- Decenas de Km.

• WAN: de área extensa.- Centenares de Km.

• Internet:• Interconexión de varias redes

PAM

SAM


LANLocal area network- Red de área local.Red de propiedad privada que abarca un edificio o campas. Ejem. UCLM-CR.Redes de difusión.Topología:• Bus: P.ejem. Ethernet.• Anillo: P.ejem. Token-ring.

Usualmente de 100 a 1Gbps.


LAN

Con el canal compartido solo uno puede transmitir.Control de acceso al canal: • Estático. Tiempo fijo.• Dinámico.

- Centralizado.- Distribuido.

• Controlado • Contienda


MAN

Metropolitan area network.- Red de área metropolitana.

Similares a las LAN.Pueden transmitir voz y CATV ( televisión por cable).


WANWide area network.

- Red de área extensa o expandida.

Abarca un país o un continente.Se distingue (terminología clásica).

• Host o ES (end system): Máquinas de usuario.• La (sub)red:

- Líneas de transmisión, canales o troncales.- Conmutadores de paquetes, IS (intermediate

systems), routers, encaminadores, enrutador o centrales de conmutación.


WANConexión punto a punto entre encaminadores.Los encaminadores (routers) almacenan y reenvían los paquetes para la conmutación.


WAN

Topología de WAN:


Redes inalámbricasEl medio de tx es inalámbrico (radio).• Ejem. La telefonía digital GSM,WAP, GPRS,UMTS.

Útiles donde no se quiere o no se puede cablear.Personal, local o extensa.Local de baja capacidad: hasta 50 Mbps.No confundir con computación móvil.


Redes inalámbricas

WWAN Satélites, GSM, LDMS...• Son redes de área extensa.

WLAN (wireless LAN)• Son LAN : WiFi ( IEEE802.11x),

P(ersonal)AN• Bluetooth, Zigbee,...


Redes domesticas

• Domótica• X10, longwoks, propietarios...• USB 2.0 • Inalámbricas incluido infrarrojo.• IEEE 1394 ( FireWire) Cámaras de video.


La internet (la interred).

Es una colección de redes interconectadas.Satisface la necesidad de intercambiar datos entre redes.La Internet (con mayúscula).• Es un caso particular.• Origen militar, después también universidades y ahora

en todo ámbito.• Utiliza la tecnología TCP/IP.


Software de red.

En las primeras redes solo se daba importancia al HW, olvidando la importancia de SW.Casi toda la materia redes es software.En principio el software se hacia sin estructurar.Ahora es altamente estructurado.Aplicación de la ingeniería de SW.“Jerarquías de protocolos.”


SW de red: Jerarquías de protocolos.

“Divide y vencerás” J.Cesar.Organización por capas o niveles para reducir la complejidad.El propósito de cada capa es ofrecer ciertos servicios a las capas superiores de modo que no tengan que ocuparse de los detalles de cómo se realizan estos servicios.Analogía: objeto ---- capa.

método--- servicio (interfaz).



Protocolo: Como se va a proceder a la comunicación.Protocolo de nivel N comunica las entidades pares (de nivel N).Interfaz define la forma de acceso a los servicios.



Arquitectura de red: Conjunto de capas y protocolos.Debe reunir la información suficiente para que se pueda implementar.No define los interfaces entre niveles.

Pila de protocolos:Conjunto de protocolos empleados en una determinada arquitectura.


SW de red: Jerarquías de protocolos.Analogía de los filósofos:


SW de red: Jerarquías de protocolos.Ejemplo más técnico.


Jerarquías de protocolos:Interfaces y servicios.

Entidades: elementos activos de cada capa: procesos, tareas, hilos.Entidades pares: entidades del mismo nivel.Usuario del servicio: Entidad de la capa inmediatamente superior.Proveedor del servicio: Entidad de la capa inmediatamente inferior.


Jerarquías de protocolos: Interfaces y servicios.

El galimatías de OSI:


Jerarquías de protocolos: Interfaces y servicios.

SAP Punto de acceso al servicio.Es la dirección donde se proporciona un servicio.• P.Ejem. Dirección Ethernet.

Dirección IP.Puerto de FTP, WWW...

• En cada nivel es necesario saber su SAP.


Jerarquías de protocolos: Interfaces y servicios.• IDU unidad de datos de interfaz.

Es la información que se intercambia en un interfaz.

• ICI información de control de interfaz.La parte que intercambian el usuario y el proveedor del servicio.

• SDU unidad de datos de servicio.Los datos que han de llegar a la entidad par N+1.

• PDU unidad de datos de protocolo.- Es lo que intercambian las dos entidades pares N.- Esta compuesto por:

N-PDU = H (cabecera de protocolo) + SDU.Y con fragmentación.

N-PDU = h |1+SDU|1 + h |2+SDU|2 +... + h |n+SDU|n.


Aspectos de diseño

Lo que se verá:• Direccionamiento.• Control de errores• Control de flujo• Multiplexión (y desmultiplexión).

• Fragmentación.• Encaminamiento (enrutamiento).• Control de congestión.


Servicios: Con y sin conexiónEquivalente al HW: conmutación de circuitos y paquetes.En la capa N (software de red).

Servicio orientado a conexión (circuito virtual).Como el teléfono.Conexión entre entidades pares.Garantiza el orden de llegada. Actúa como un tubo o una FIFO.

Servicio no orientado a conexión (datagramas).Como el sistema postal.Los paquetes llegarán en cualquier orden.

Ambos admiten distintas calidades de servicio.


Servicios: Con y sin conexión

Calidad de servicio:• Confiable: no se pierden paquetes.• No confiable: se pueden perder paquetes.

La calidad es independiente de con o sin conexión.


Servicios: Primitivas de servicios

Primitiva es la manera formal de especificar el método de acceso a un servicio.La implementación práctica de una primitiva es el interfaz.Clasificación:

N+1N

Petición (request)

Confirmación (confirm)

N+1N

Respuesta (response)

Indicación(indication)



Tipos básicos de primitivas:• Connect solicitud de conexión.• Data solicitud de transferencia de datos.• Disconnect solicitud de desconexión.

En los servicios sin conexión no existe connect ni disconnect.

Confirmados y no confirmados.• Confirmados: se envía respuesta y se recibe

confirmación.• No confirmados : no existe respuesta, por lo

tanto, no hay confirmación.


Ejemplo: Símil de conversación telefónica.

1 CONNECT.request marca.2 CONNECT.indication timbrazo.3 CONNECT.response descuelga.4 CONNECT.confirm oye descolgado.

5 DATA.request habla.6 DATA.indication escucha.

DATA.response.DATA.confirm.

7 DISCONNECT.request cuelga.8 DISCONNECT.indication oye colgado.

La primitiva DATA tambien puede ser confirmada.


N+1N

Marcar

Oye descolgado

N+1N

Descolgado

Timbrazo


Servicios

“Primitivas de servicio”


Jerarquías de protocolos:Servicios y protocolos

Relación entre servicios y protocolos.• Servicios: Conjunto de primitivas que ofrece una capa a

la inmediatamente superior.• Protocolo: Conjunto de reglas que gobierna el formato

y el significado de los paquetes que intercambian las entidades pares.Se puede ofrecer los mismos servicios con distintos protocolos de nivel.


Estandarización

En los años 60 cada fabricante tenía uno o varios modos de comunicarse. Eran modos incompatibles:

la Torre de Babel.

Los estándares permiten compatibilizar distintos sistemas.Los productos conforme a normas son más apreciados. Se venden más. La economía de escala permite mejores precios y mayor sofisticación.


Estandarización

Dos tipos de estándares.• De facto: aparecen sin voluntad de normalizar.

- P.Ejem: El PC.

• De Jure: hay un organismo de normalización que elabora un documento legal.- P.Ejem: La RS 232.

- http://www.javvin.com/links.html


Estandarización: Organismos de normalización

ITU - Unión Internacional de Telecomunicaciones.Depende de la ONU.La sección ITU-T ( antes CCITT) normaliza telefonía y comunicación de datos.

ISO Organización Internacional de Estándares.Acoge a las organizaciones nacionales de normalización:

ANSI (EEUU), DIN (Alemania), AENOR (España), ...

Normaliza de TODOEl comité técnico TC 97 se ocupa de computadoras. Hay diversos grupos de trabajo WG.En comunicaciones colabora con la ITU y otros.Realiza borradores (draft) que al aprobarse pasan a ser normas.


Estandarización: Organismos de normalizaciónIEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers.Importante organización profesional de ámbito mundial.La Ethernet esta normalizada como IEEE 802.3.MIL Normas del Departamento de Defensa de EEUU.

normalizada por la (InternetEngineering Task Force) . Las normas se llaman RFC (request for coments).

develops interoperable technologies to lead the Web to its full potential. (www.w3.org)Enlaces a organismos: http://www.javvin.com/links.htmlLos SIG. Special Interest Group. Ejemplo

Son agrupaciones de empresas competidoras para establecer un estándar en un tema de interés mutuo. Normalizan o homologan más rápidamente.


Modelos de referencia.

Recordando:• Jerarquías de protocolos

Vamos a ver:• OSI-RM (Open System

Interconection Reference Model)• TCP/IP


Modelo de referencia OSI.Modelo de la ISO.Modelo jerárquico de 7 capas o niveles.Años 80.Principios de diseño:• Una capa para cada nivel de abstracción.• A cada capa una función bien definida y concreta.• Adaptada a los protocolos estándar internacionales.• Limites entre capas que minimicen el flujo de

información en el interfaz.• Número de niveles óptimo:

- Si es pequeño se agrupan demasiadas funciones.- Si es grande resulta inmanejable..


Modelo de referencia OSI.7 niveles:• Nivel 1 Físico• Nivel 2 Enlace de datos• Nivel 3 Red• Nivel 4 Transporte• Nivel 5 Sesión • Nivel 6 Presentación• Nivel 7 AplicaciónInterconexión


Modelo OSI: Nivel Físico

N1: Nivel o capa Física.• Se ocupa de la transmisión de bits por un canal

de comunicación.• Interfaz mecánico: Dimensiones del conector, del cable.

• Interfaz eléctrico: Tipo de cable, voltajes, duración de 1 bit, etc..

• Interfaz de procedimiento: Cuando empieza a transmitir, cuando empieza un bit, etc...


Modelo OSI. Nivel de Enlace de Datos

N2: Nivel o capa de Enlace de Datos.• Las entidades pares están en nodos con conexión física

directa.Se ocupa de cómo se realiza el intercambio de información sobre el cable.La información se transmite en bloques llamados

tramas.Dos funciones principales:• Control de errores.• Control de flujo.


Modelo OSI. Nivel o capa de Enlace de Datos

Control de errores. El N2 detecta o corrige los errores producidos en el nivel físico.• Tramas (marcos o N2-PDU) La información se fragmenta. Cada

trama se identifica mediante delimitadores.

• Se encarga de enviar tramas secuencialmente.

• Las recibe y comprueba si tienen errores (bits erróneos), tramasperdidas o duplicadas. Puede enviar acuse de recibo o de validación.

• Proporciona distintos niveles de servicio, desde “sin corrección de errores”, a un canal libre de errores, ordenado y sin tramas duplicadas.

• La corrección de errores se basa en la retransmisión de tramas no validadas.


Modelo OSI. Nivel o capa de Enlace de Datos

Control de flujo:• Un transmisor veloz puede saturar a un receptor lento. El tx envía mas tramas de las que puede procesar el rx. • El tx debe dejar de enviar tramas cuando el espacio de almacenamiento del rx (buffer) se llene.• Esta muy relacionado con el control de errores.

Control de Acceso (para redes de difusión).• Es un caso especial porque el canal está compartido.• Se ocupa de controlar el acceso de un tx a un canal compartido. En un mismo medio no pueden transmitir a la vez.


Modelo OSI. Nivel de Red.

N3: Nivel o capa de red.Opera en el ámbito de la (sub)red, no es necesaria

que haya conexión física entre las ordenadores, el nivel de enlace ya proporciona el intercambio de información entre ordenadores conectados físicamente.

La información intercambiada se llama PAQUETE. Los paquetes se dirigen a cualquier punto de la red o de

otra red.


Modelo OSI. Nivel de Red.Encaminamiento:• Por donde enviar un paquete para que llegue a su destino. • Un ordenador si no sabe donde enviarlo, lo envía por defecto a un router.• El router mantiene una tabla direcciones. Puede ser estática o dinámica.

Control de congestión:• Puede haber cuellos de botella en algún segmento de la red.• En este segmento el N2 controlará el flujo pero el “atasco” se propagará por la red.


Modelo OSI. Nivel de Red.

Tarificación: • Recuento de los paquetes que se encaminan.

Interconexión de redes:• Puede ser necesaria la adaptación de direcciones de una red a otra, también de protocolos.

• Puede que los paquetes sean de distinto tamaño máximo en las dos redes.


Modelo OSI. Nivel de Transporte.

N4 Nivel o capa de transporte.• Con el nivel 3 o de red los paquetes alcanzan cualquier destino.• Oculta la tecnología de red.• En el nivel de transporte la transmisión es extremo a extremo.

- Típicamente una única conexión de transporte usa una única conexión de red.

- Multiplexación Varias conexiones de transporte utilizan una única de red. (reducción de costes).

- Fragmentación Una conexión de transporte utiliza varias conexiones de red (aumento de velocidad).

• Calidad de servicio.


Modelo OSI. Nivel de Transporte.Calidad de servicio.• Fija las características de la comunicación extremo a extremo.• Se establece al solicitar el servicio.• Puede ser:

- Circuito virtual: Comunicación punto a punto sin errores y mensajes ordenados.

- Datagrama: mensajes aislados sin garantía de errores, orden y duplicidades.

Control de flujo.Analogía con el nivel de enlace de datos N2.• Pero en N4 no necesita la unión física directa.


Modelo OSI. Nivel de Sesión

Control del dialogo.• Sobre una comunicación extremo a extremo (N4) organiza el dialogo en una dirección cada vez. P.Ejem a una pregunta, le asigna una respuesta, impidiendo que se pregunte antes de responder. También puede permitir el dialogo cruzado.

Manejo de testigos o token. El poseedor del testigo es el que tiene permiso para hablar.Sincronización y resincronización. Tras un fallo, no requiere empezar desde el principio.


Modelo OSI. Nivel de Presentación

La representación de la información es característica de cada ordenador.

P.Ejem. Los caracteres se pueden codificar en ASCII (7bits), ASCII extendido (8bits) o en UNICODE (16bits). Un entero pude ser de 16 o 32 bits. Si se envía 4 bytes (un entero) ¿qué entenderá la máquina remota, si allí un entero son 2 bytes?

Oculta la sintaxis y la semántica de la información que se transmite.Se encarga de codificar las estructuras de datos en una forma intermedia estándar de red y viceversa.


Modelo OSI. Nivel de AplicaciónEs el nivel donde residen las aplicaciones de usuario.Hay aplicaciones estándar, de utilización frecuente.• Terminal virtual de red: Permite conectarse como si fuese un terminal a una máquina remota.• Transferencia de archivos: Permite el intercambio de archivos entre máquinas remotas.• Correo electrónico. P.Ejem. X 400.• Servicio de directorio P.Ejem. X 500.

Hay aplicaciones no estándar, hechas a medida.


Modelo OSI. Transmisión de datosUn proceso origen A envía datos a un proceso destino B.La transmisión aparente es de aplicación a aplicación.La comunicación real es descendente, luego por el canal y por último ascendente.El N7 añade una cabecera AH. Los otros niveles hacen lo mismo: PH, SH,...El N1 transmite los mismos bits que le proporciona el N2. No añade cabecera.En la máquina destino el procedimiento es el inverso. Los datos son entregados destino.Las cabeceras soportan el dialogo entre entidades pares.


Modelo de referencia TCP/IPAño 1969.Origen Arpanet del Departamento de Defensa (DOD).Conectaba instalaciones militares y universidades. Debía seguir funcionando tras un ataque nuclear y fallar parte de las líneas y máquinas. (Epoca de la Guerra Fría).Ha dado origen a Internet.Es otro modelo jerárquico como el OSI.Es un estándar de facto.El éxito de Internet debido al enfoque pragmático del TCP/IP y de la elaboración de sus protocolos.


Modelo de referencia TCP/IP

No especifica los niveles equivalentes a N1 y N2. En la práctica puede ser cualquiera.El N3 se llama nivel internet.El nivel de aplicación asume las funciones de presentación y sesión.


El protocolo oficial se llama IP (internet protocol).

• Es un protocolo no orientado a conexión. Los paquetes se envían de forma independiente a su dirección de destino.

• Las SAP son las direcciones IP y determinan la máquina.

P.Ejem. 161.67.27.3 = titan.inf-cr.uclm.es.

• Toda máquina tiene una o varias direcciones.


Modelo TCP/IP: Nivel de transporte.

Dialogo origen-destino independientemente de la red o redes.Los SAP se llaman “puertos”. Puertos asignados.Protocolos: TCP e UDP.TCP (Transmission Control Protocol).• Orientado a conexión, sin errores y ordenados.• Fragmenta el chorro de bytes en varios paquetes IP.• Mecanismo de control de flujo.

UDP (User Datagram Protocol).• Sin conexión. No confiable.• Más sencillo, luego más rápido.

El interfaz de programación de transporte se llama socket.


Modelo TCP/IP: Nivel de aplicaciónNo tiene capas de presentación y sesión. Será responsabilidad de la capa de aplicación realizar estas funciones cuando sea necesario.Protocolos estándar:.

• Telnet terminal virtual.• FTP File Transfer Protocol.• SMTP Simple Mail Transport Protocol.• DNS Domain Name System.• NNTP Network News Transport Protocol.• HTTP Hyper Text Transport Protocol.


Modelo Híbrido TCP/IP

Modelo Híbrido TCP/IP de 5 niveles.• Completa el modelo TCP/IP con los niveles físico y de enlace de datos ( host-to-network)

• Es el que se va a seguir en la asignatura.


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