Redes e interconexión a redes. Jorge Iván Meza Martínez

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1 Redes e interconexión a redes Jorge Iván Meza Martínez Especialización en Gestión de Redes de Datos Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales 1/41

2 Contenidos Requisitos a nivel de redes Tipos de redes según su cobertura Esquemas de conmutación Protocolos por capas: OSI TCP/IP Ensamblado de paquetes Interconexión entre redes IPv4/IPv6 Nivel de transporte: TCP y UDP IEEE 802: Ethernet y WiFi 2/41

3 Evaluación pre-contenido 1. Qué requisitos se requieren a nivel de la red para la implementación de sistemas distribuidos? 2. Cuáles son las capas del modelo OSI? 3. Cuáles de estas capas varían al implementarse el protocolo TCP / IP? 4. Cuál capa apoya a los protocolos TCP y UDP? 5. Qué ventajas trae IPv6 frente a su versión anterior? 6. Qué diferencias hay entre TCP y UDP en su funcionamiento? 3/41

4 Requisitos Prestaciones latencia tiempo entre envío de datos (servidor) y la recepción (cliente) tasa de transferencia cantidad de datos transmitidos por unidad de tiempo una vez iniciada la comunicación tiempo de transmisión = latencia + longitud * /tasa 4/41

5 Requisitos Escalabilidad (crecimiento) Fiabilidad (fallos) Seguridad Movilidad Calidad del servicio (cumplir con los tiempos) Multidifusión (grupos de receptores) 5/41

6 Tipos de redes 6/41

7 Esquemas de conmutación Difusión (broadcasting) envío a todos Circuitos flujo (streaming) Paquetes basado en colas Frame Relay retransmisión de marcos (sin colas) 7/41

8 Protocolo por capas Layers Application Presentation Session Transport Network Data link Message sent Message received Physical Sender Communication medium Recipient 8/41

9 Capas del modelo OSI Layer Description Examples Application Protocols that are designed to meet the communication requirements of specific applications, often defining the interface to a service. HTTP, FTP, SMTP, CORBA IIOP Presentation Protocols at this level transmit data in a network representation that is independent of the representations used in individual computers, which may differ. Encryption is also performed in this layer, if required. Secure Sockets (SSL),CORBA Data Rep. Session At this level reliability and adaptation are performed, such as detection of failures and automatic recovery. Transport This is the lowest level at which messages (rather than packets) are handled. Messages are addressed to communication ports attached to processes, Protocols in this layer may be connection-oriented or connectionless. TCP, UDP Network Data link Physical Transfers data packets between computers in a specific network. In a WAN or an internetwork this involves the generation of a route passing through routers. In a single LAN no routing is required. Responsible for transmission of packets between nodes that are directly connected by a physical link. In a WAN transmission is between pairs of routers or between routers and hosts. In a LAN it is between any pair of hosts. The circuits and hardware that drive the network. It transmits sequences of binary data by analogue signalling, using amplitude or frequency modulation of electrical signals (on cable circuits), light signals (on fibre optic circuits) or other electromagnetic signals (on radio and microwave circuits). IP, ATM virtual circuits Ethernet MAC, ATM cell transfer, PPP Ethernet base- band signalling, ISDN 9/41

10 Capas del modelo OSI Transmite y recibe información cruda del medio físico. No realiza ningúna revisión o transformación sobre el contenido procesado. Voltajes, velocidades, conectores. Físico Físico Ejemplo: RS-232, 10BaseT 10/41

11 Capas del modelo OSI Detecta y corrige errores. Organiza la información en paquétes ordenándolos si es necesario. Acepta los mensajes de reconocimiento (acknowledge) del receptor. Enlace Enlace Físico Físico Ejemplo: Ethernet MAC, PPP 11/41

12 Capas del modelo OSI Enruta la información hacia su destino. Administra el viaje de los paquetes y establece los saltos intermedios de ser requerido. Red Red Enlace Enlace Físico Físico Ejemplo: IP, X25. 12/41

13 Capas del modelo OSI Provee una interfaz consistente para la comunicación extremo a extremo: aplicación a aplicación. Se encarga de manejar el control del flujo. Transporte Transporte Red Red Enlace Enlace Físico Físico Ejemplo: TCP y UDP. 13/41

14 Capas del modelo OSI Coordina el diálogo de la transmisión y maneja el intercambio de la información. Sesión Sesión Transporte Transporte Red Red Enlace Enlace Físico Físico Maneja múltiples conexiones lógicas. Lleva el registro de quien ha transmitido y, establece y termina conexiones. Ejemplo: HTTP 1.1, SSL, NetBIOS 14/41

15 Capas del modelo OSI Gestiona la epresentación de la información. Presentación Sesión Sesión Transporte Transporte Red Red Enlace Enlace Físico Físico Interpreta el significado de los datos. Convierte la información entre las distintas representaciones de máquina. Ejemplo: XDR, ASN1, MIME, MIDI 15/41

16 Capas del modelo OSI Aplicación Aplicación Presentación Sesión Sesión Transporte Transporte Red Red Enlace Enlace Físico Físico Es una colección de protocolos específicos. Ejemplo: (SMTP, POP3, IMAP), File Transfer (FTP), Secure Shell (SSH), Directory Service (LDAP). 16/41

17 Protocolo TCP/IP 17/41

18 Capas del protocolo TCP/IP Layers Message Application Messages (UDP) or Streams (TCP) Transport Internet Network interface UDP or TCP packets IP datagrams Network-specific frames Underlying network 18/41

19 Visión conceptual transporte/internet Application TCP Application UDP IP 19/41

20 Ensamblado de los paquetes Application-layer message Presentation header Session header Transport header Network header 20/41

21 Routing A 1 B Hosts or local networks 3 D Links 6 E C Routers 21/41

22 Interconexión entre redes Campus /29 router subnet Staff subnet router/ firewall hammer Student subnet compute server bruno dialup server henry file server hotpoint Eswitch Eswitch file server/ gateway custard other servers printers web server copper hub hub desktop computers xx desktop computers xx Campus /29 router subnet sickle router/ firewall 100 Mbps Ethernet 1000 Mbps Ethernet Eswitch: Ethernet switch 22/41

23 Elementos de comunicación Routers Bridges Hubs & switches Tunnels IPv6 encapsulated in IPv4 packets A IPv6 IPv4 network IPv6 B Encapsulators 23/41

24 Topologías de red Bus 24/41

25 Topologías de red Árbol 25/41

26 Topologías de red Estrella 26/41

27 Topologías de red Anillo 27/41

28 Topologías de red Malla 28/41

29 Direccionamiento IP (representación decimal) octet 1 octet 2 octet 3 Range of addresses Network ID Class A: 1 to 127 Host ID 0 to to to to Network ID Host ID Class B: 128 to to to to 255 Network ID Host ID Class C: 192 to to to to to to Multicast address Class D (multicast): 224 to to to to to Class E (reserved): 240 to to to to to /41

30 IPv4 versus IPv6 Version (4 bits) Priority (4 bits) Flow label (24 bits) Payload length (16 bits) Next header (8 bits) Hop limit (8 bits) Source address (128 bits) Destination address (128 bits) 30/41

31 Beneficios de IPv6 Mayor espacio de direccionamiento 128 bits ~ 3 x direcciones. Velocidad de enrutamiento Reducción en la complejidad de la cabecera No se incluye checksum del payload Los paquetes no se fragmentan una vez enviados Tiempo real y servicios especiales Prioridad Reserva de recursos 31/41

32 Beneficios de IPv6 Evolución futura posibilidad de extensiones de cabeceras Multidifusión (multicast) y monodifusión (anycast) Seguridad Cifrado a nivel de IP independiente de aplicación Cabeceras de extensión Autenticación Cifrado de carga 32/41

33 Transporte con UDP Uso de puertos comunicación proceso a proceso. Un datagrama encapsula un paquete IP. No ofrece garantías de entrega. No ofrece garantías de fiabilidad (checksum). No garantiza el orden de llegada de los paquetes. Longitud máxima: 64 kb. No requiere de mensajes de reconocimiento. No ofrece incluye mayores costos sobre la trama IP. 33/41

34 Transporte con TCP Uso de puertos comunicación proceso a proceso. Basado en flujos (streams). Entrega confiable de los mensajes. Garantiza el orden de los paquetes. Orientado a conexión establece canal bidireccional (extremo a extremo). Los nodos (routers) intermedios no tienen conocimiento de las conexiones TCP. 34/41

35 Características adicionales de TCP Secuenciación orden y recepción. Control de flujo mensajes de reconocimiento sin saturar al receptor. Retransmisión. Almacenamiento basado en buffers. Suma de comprobación cabecera + datos. 35/41

36 Red Ethernet Desarrollada en Palo Alto de Xerox en Redes locales de alta velocidad. Prototipo original 3Mbps, hoy de 10 a 1000Mbs. Ampliamente extendida para redes LAN. Acceso múltiple sensible a la portadora, con detección de colisiones (carrier sensing, multiple access with collision detection, CSMA/CD). 36/41

37 Estándares IEEE /41

38 Rangos y velocidades de Ethernet 38/41

39 LAN inalámbrica: IEEE /41

40 40/41

41 Evaluación post-contenido 1. Qué requisitos se requieren a nivel de la red para la implementación de sistemas distribuidos? 2. Cuáles son las capas del modelo OSI? 3. Cuáles de estas capas varían al implementarse el protocolo TCP / IP? 4. Cuál capa apoya a los protocolos TCP y UDP? 5. Qué ventajas trae IPv6 frente a su versión anterior? 6. Qué diferencias hay entre TCP y UDP en su funcionamiento? 41/41

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