Introducción a las Redes de Ordenadores

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1 Redes Grupo de Sistemas y Comunicaciones gsyc-profes@gsyc.escet.urjc.es Octubre Introducción a las Redes de Ordenadores Redes

2 Objetivos de las Redes de Ordenadores 2 Objetivos de las Redes de Ordenadores Compartir recursos: Discos duros, impresoras, programas... Compartir información: Acceso documentos remotos... Mejorar la fiabilidad: Alternativas, replicación... Incrementar el rendimiento: Máquinas trabajando juntas... Servir de medio de comunicación de personas/comunidades Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Estructura de las Redes 3 Estructura de las Redes Diversas máquinas (hosts) se conectan a una subred de comunicaciones que permite el diálogo entre ellas. Dos formas fundamentales de diseñar la subred de comunicaciones: mediante canales punto-a-punto mediante canales de radiado broadcast Normalemente hay una mezcla de muchos canales de los dos tipos. Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

3 Topologías comunes en Redes 4 Topologías comunes en Redes ESTRELLA ANILLO ARBOL TOTALMENTE CONECTADA PARCIALMENTE CONECTADA BUS SATELITE ANILLO Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Protocolo de Comunicaciones 5 Protocolo de Comunicaciones Conjunto de reglas (interfaces, algoritmos, formatos de mensajes... ) que conocen las entidades que intercambian datos a través de una red de comunicaciones. Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

4 Jerarquías de Protocolos 6 Jerarquías de Protocolos En la mayoría de las redes se utilizan varios protocolos con distintos propósitos. Todos esos protocolos se organizan normalmente en niveles o capas. cada nivel ofrece servicios al nivel superior cada nivel se apoya en los servicios ofrecidos por el nivel inferior Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Jerarquías de Protocolos (cont.) 7 Principios Fundamentales Cada nivel ofrece servicios al nivel superior, ocultándole la forma en que realmente se implementan dichos servicios. Cada nivel dentro de una máquina conversa con su gemelo en otra. Las reglas que rigen esta conversación forman el protocolo de dicho nivel. No hay transferencia física de datos entre niveles gemelos. La transferencia se hace en cada máquina entre niveles adyacentes, a través de las interfaces entre niveles: llamadas a procedimientos/funciones. Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

5 Jerarquías de Protocolos (cont.) 8 Maquina A Nivel 4 interfaz 3/4 Nivel 3 interfaz 2/3 Nivel 2 interfaz 1/2 Nivel 1 Protocolo del Nivel 4 Protocolo del Nivel 3 Protocolo del Nivel 2 Protocolo del Nivel 1 Maquina B Nivel 4 Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1 Medio de transmision Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Jerarquías de Protocolos (cont.) 9 Máquina origen de una comunicación El mecanismo básico en cada nivel es: tomar las unidades de datos que le ofrece el nivel superior procesarlos (agrupando, separando,... ) y formar sus propias unidades de datos (añadiendo información de control en cabeceras) pasar sus unidades de datos al nivel inferior, usando sus servicios Es esto software o hardware? Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

6 Jerarquías de Protocolos (cont.) 10 Máquina destino de una comunicación El mecanismo básico en cada nivel es: tomar las unidades de datos que le ofrece el nivel inferior identificar las cabeceras introducidas en el nivel gemelo para procesar los datos adecuadamente (agrupando, separando,... ) pasar los datos al nivel superior Es esto software o hardware? Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Jerarquías de Protocolos (cont.) 11 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

7 Jerarquías de Protocolos (cont.) 12 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Jerarquías de Protocolos (cont.) 13 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

8 Jerarquías de Protocolos (cont.) 14 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Jerarquías de Protocolos (cont.) 15 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

9 Jerarquías de Protocolos (cont.) 16 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Jerarquías de Protocolos (cont.) 17 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

10 Jerarquías de Protocolos (cont.) 18 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Arquitectura de Red 19 Arquitectura de Red Conjunto de niveles y protocolos de una determinada red de ordenadores. Las distintas arquitecturas de redes se diferencian en: Número de niveles, y servicios de cada nivel Protocolos de cada nivel Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

11 Arquitectura OSI 20 Arquitectura OSI En 1983 ISO (Organización de Estándares Internacionales) propone un modelo de referencia para arquitecturas de redes: Modelo de Referencia para la Interconexión de Sistemas Abiertos (ISO OSI Reference Model). El Modelo OSI no es estrictamente una arquitectura, sino un marco al que deben someterse protocolos concretos para establecer una arquitectura conforme a OSI OSI no define los servicios y protocolos exactos para cada nivel, sólo aquello de lo que cada nivel debe ocuparse. Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Arquitectura OSI (cont.) 21 La torre OSI Maquina A Aplicacion Protocolo de Aplicacion Maquina B Aplicacion Presentacion Protocolo de Presentacion Presentacion Sesion Protocolo de Sesion Sesion Transporte Protocolo de Transporte Transporte Red Protocolo de Red Red Enlace Protocolo de Enlace Enlace Fisico Protocolo de nivel Fisico Fisico Medio de transmision Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

12 Arquitectura OSI (cont.) 22 El Nivel Físico Se ocupa de enviar y recibir bits sobre un medio físico de transmisión: Debe asegurarse que la forma de transmitir un bit a 1 es reconocida en recepción como un bit a 1. La transmisión puede ser eléctrica, óptica,... Aborda los problemas eléctricos, electrónicos, de establecimiento de conexiones físicas,... Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Arquitectura OSI (cont.) 23 El Nivel de Enlace Transforma un sistema de transmisión crudo (lo que le ofrece el nivel físico) en una línea libre de errores de transmisión (lo que ofrece para el nivel de red) entre máquinas conectadas al mismo medio físico. Forma tramas. Se encarga de detectar las tramas recibidas con errores de transmisión. Además, puede descartar las tramas con errores, y/o corregir los errores de las tramas con errores, y/o pedir la retransmisión de las tramas con errores Se ocupa de resolver los problemas de acceso a un medio de transmisión compartido. Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

13 Arquitectura OSI (cont.) 24 Nivel de Red Se encarga de la interconexión de máquinas que no están conectadas al mismo medio de transmisión. Por ello su misión fundamental es el encaminamiento de paquetes desde la máquina origen a la máquina de destino. El encaminamiento puede ser estático o dinámico. Gestiona las congestiones y cuellos de botella. Puede incluir funciones de tarificación. Puede proporcionar distintos tipos de servicio: Fiable, no fiable. Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Arquitectura OSI (cont.) 25 Nivel de Transporte Se encarga de gobernar el acceso múltiple a la red de los diversos procesos de la misma máquina que quieran usarla (gestiona puertos en máquinas multiproceso). Puede proporcionar distintos tipos de servicio: Fiable, no fiable. Realiza comunicación extremo a extremo, no tiene en cuenta las máquina intermedias. Realiza control de flujo extremo a extremo (el receptor no es capaz de recibir a la velocidad a la que transmite el emisor). Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

14 Arquitectura OSI (cont.) 26 Nivel de Sesión Permite a usuarios en distintas máquinas establecer sesiones entre ellos: Proporciona mecanismos para controlar el diálogo: Ej: Turno, gestión de tokens. Gestiona la sincronización entre máquinas. Ejemplo: pizarra compartida. Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Arquitectura OSI (cont.) 27 Nivel de Presentación Se ocupa de la sintaxis y semántica de la información transferida entre máquinas: Orden de bytes de enteros (little endian/big endian). Representación de caracteres alfabéticos. Tamaño de los tipos de datos. Típicamente traduce los datos a un formato normalizado que todas las máquinas entienden. También se suele ocupar de la compresión y cifrado de datos. Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

15 Arquitectura OSI (cont.) 28 Nivel de Aplicación Contiene un conjunto de protocolos que son de utilidad directa para aplicaciones que usan la red: Para transmisión de ficheros Para correo electrónico Para control de trabajos remotos... Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Arquitectura OSI (cont.) 29 Críticas al Modelo OSI Surgió demasiado pronto. Niveles de distinto grosor. Modelo muy complejo. Funcionalidades mal situadas: cifrado,... Modelo dominado por una visión telefónica de las redes de datos Hoy la arquitectura OSI ha caído en desuso, pero se utiliza su terminología (fundamentalmente la denominación de los niveles) Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

16 Arquitectura TCP/IP 30 Arquitectura TCP/IP Su desarrollo comenzó a finales de los 60, como proyecto financiado por el Gobierno de los Estados Unidos. Auténtico sistema abierto: Los protocolos y sus implementaciones están disponibles públicamente. Constituyen el armazón sobre el que se sitúa Internet. No se ajusta exactamente al modelo de referencia OSI, surgio antes y OSI no intentó incluirlo. Su éxito (a partir del de Internet) ha hecho que sea la arquitectura más importante y conocida actualmente. Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Arquitectura TCP/IP (cont.) 31 La pila TCP/IP Nivel de Aplicación DNS, SMTP, HTTP... Nivel de Transporte TCP, UDP Nivel de Red IP, ICMP Nivel de Enlace Ethernet, PPP, ADSL Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores

17 Arquitectura TCP/IP (cont.) 32 ordenador A ordenador B Cliente HTTP Protocolo HTTP Servidor HTTP TCP Protocolo TCP TCP encaminador IP Protocolo IP IP Protocolo IP IP Driver + Tarjeta Ethernet Protocolo Ethernet Driver + Tarjeta Ethernet Driver + Tarjeta Ethernet Protocolo Ethernet Driver + Tarjeta Ethernet ETHERNET ETHERNET Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Arquitectura TCP/IP (cont.) 33 Nivel Físico Redes: Nivel Físico

18 Introducción 34 Introducción El nivel físico es el más bajo de toda la torre OSI. Se ocupa de cómo se transmiten los datos a través de los medios físicos de transmisión. Debe ocuparse de que las entidades directamente interconectadas concuerden en la forma de usar el medio físico, es decir, que un bit a 1 enviado no sea interpretado por el receptor como un bit a 0. Redes: Nivel Físico Conceptos Generales 35 Conceptos Generales Velocidad de Transmisión: Bits por segundo que se transmiten (Unidades: Kbps, Mbps, Gbps). También se le llama, informalmente, ancho de banda ) Latencia o Retardo de propagación: Tiempo que tarda un bit desde que sale hasta que llega a su destino. Transmisión Simplex: El canal de comunicaciones es de un solo sentido. Transmisión Semi-Duplex: Canal bidireccional, pero en el que no puede transmitirse en ambos sentidos a la vez. Transmisión Duplex: Canal bidireccional en el que puede transmitirse en ambos sentidos a la vez. Redes: Nivel Físico

19 Medios de Transmisión 36 Medios de Transmisión Medios Magnéticos Se almacenan datos en cintas magnéticas que se transportan en tren o camión a su destino, donde se leen. No es broma! Se pueden alcanzar velocidades de transferencia media de varios Gbps. El problema es la latencia o retardo de propagación: lo que tarda en llegar el primer bit a su destino. Los bancos siguen utilizando estos métodos. Redes: Nivel Físico Medios de Transmisión (cont.) 37 Cable de Pares Cable de pares: Dos cables de cobre de 1 mm de espesor, trenzados en hélice. Pueden emplearse sin amplificación en varios kilómetros. Utilizados tanto en telefonía como redes Ethernet. Pueden alcanzarse cientos de Mbps de ancho de banda. Redes: Nivel Físico

20 Medios de Transmisión (cont.) 38 Cable Coaxial de Banda Base Núcleo de cobre, aislante y malla conductora. 50 ohmios. Mayor inmunidad al ruido que el cable de pares. Con cables de 1 km se alcanzan 10 Mbps. Redes: Nivel Físico Medios de Transmisión (cont.) 39 Cable Coaxial de Banda Ancha Igual que el de Banda Base, pero de 75 ohmios. Utilizado tradicionalmente para televisión. Alcanza hasta 150 Mbps, pero necesita amplificadores intermedios que convierten el canal en unidireccional. Redes: Nivel Físico

21 Medios de Transmisión (cont.) 40 Fibra Óptica En vez de corriente eléctrica se transmite luz. Para transmisión digital: La presencia de luz es un 1, la ausencia un 0. Sistema de Transmisión: Emisor: Diodo láser Medio: Fibra óptica (silicio) Receptor: Foto-diodo Puede transmitirse hasta a 20 Gbps en varios km. Se han alcanzado velocidades de 1 Tbps en laboratorio y el límite teórico está por los 50 Tbps. Redes: Nivel Físico Medios de Transmisión (cont.) 41 Transmisión por Aire Se transmiten señales de radiofrecuencia por radiado (broadcast). Tres escenarios en los que se utiliza: Redes Inalámbricas (WiFi/802.11): Alcances en el entorno de los cientos de metros, con antenas direccionales especiales unos cuantos kilómetros. 11 Mbps - 54 Mbps Redes por Satélite: Cuando no hay visón directa emisor receptor: Satélites. Cada satélite tiene varios transpondedores (canales), ofreciendo cada uno cientos de Mbps para transmisión de datos. Principal problema: retardo, típicamente 300 ms extremo a extremo para satélites geosincrónicos. Pero si no hay retransmisiones, puede ser mejor que cables. GSM/GPRS Redes: Nivel Físico

22 Transmisión Digital 42 Transmisión Digital Para medios capaces de transportar una señal digital directamente. Ventaja: Menor tasa de errores (puede recrearse la señal original en puntos intermedios) Se transmite una señal cuadrada, en la que los distintos niveles de tensión indican la transmisión de ceros o unos. Hay varias formas de codificar los 0 y 1: Código unipolar, NRZ, Manchester, Manchester diferencial... Redes: Nivel Físico Transmisión Digital (cont.) 43 Ejemplo: Código Manchester 0 1 V t Nota: No se puede transmitir una señal cuadrada perfecta (ancho de banda infinito). Se transmite una suma de sinusoides que se le parece: Redes: Nivel Físico

23 Transmisión Analógica 44 Transmisión Analógica Para medios diseñados para transportar señales analógicas (ej: línea telefónica). Se necesitan MOduladores DEModuladores en los puntos de acceso al medio. Los modems convierten una señal digital en su equivalente analógica (modulan) y viceversa (demodulan). MODEM MODEM Transmision Digital Transmision Analogica Redes: Nivel Físico Transmisión Analógica (cont.) 45 Tipos de Modulación Señal digital: (a) Modulación ASK: (b) Modulación FSK: (c) Modulación PSK: (d) Phase changes Modulación QAM: Combinación de ASK y PSK. Redes: Nivel Físico

24 Transmisión Analógica (cont.) 46 Nivel de Enlace Redes: Nivel de Enlace Introducción 47 Introducción El Nivel de Enlace suele subdividirse en dos subniveles: Nivel de Red LLC (Subnivel de Control del Enlace Lógico) MAC (Subnivel de Control de Acceso al Medio) Nivel Físico MAC: gobierna el acceso a un medio de transmisión compartido por varias máquinas LLC: ofrece al nivel de red un servicio de transmisión de datos entre máquinas adyacentes, encargándose de: composición/descomposición de tramas. control de flujo (opcional). gestión de los errores en la transmisión (opcional). Redes: Nivel de Enlace

25 El problema del acceso al medio 48 El problema del acceso al medio Cómo y cuando asignar el canal físico a las distintas máquinas que lo comparten y quieren acceder a él? Soluciones: Asignación estática: Se reparte el canal en el tiempo (TDM) o en frecuencia (FDM). Bueno para tráficos pesados y constantes, pero malo para ráfagas (lo habitual). Asignación dinámica: No está prefijado el reparto. Trata de aprovechar mejor el canal en LAN s. Acceso por contienda: Las máquinas compiten por usar el medio. Si coinciden dos o más a la vez: colisión Acceso por reserva: Las máquinas pueden hacer reservas para poder usar el canal en exclusiva durante un tiempo Redes: Nivel de Enlace Protocolo CSMA/CD 49 Protocolo CSMA/CD CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): Acceso múltiple con detección de portadora. Funcionamiento: Cuando una estación quiere transmitir escucha en el canal. Si está ocupado, espera a que quede libre Si está libre, transmite. Mientras transmite, sigue escuchando para ver si alguien transmite a la vez, en cuyo caso aborta la transmisión Redes: Nivel de Enlace

26 Protocolo CSMA/CD (cont.) 50 Cómo se pueden producir las colisiones? Cuando dos estaciones deciden transmitir simultáneamente al ver el canal libre. Cuando el canal parece libre pero no lo está debido al retardo de propagación de los paquetes por la red. Caso patológico: Dos estaciones quieren transmitir y ven que el canal está ocupado. Esperan a que quede libre, y cuando lo está ambas transmiten a la vez, colisionando. Y así indefinidamente. Para evitarlo, en caso de colisión las estaciones esperan un tiempo aleatorio antes de reintentar. Redes: Nivel de Enlace Protocolo CSMA/CD (cont.) 51 Tiempo que tarda en detectarse una colisión en el caso peor (tiempo de reacción): Doble del retardo máximo de propagación (τ): Desde que A empieza a transmitir hasta que pasa τ, B puede empezar a trasmitir también. B se da cuenta de la colisión inmediatamente, pero hasta que no pasa otro τ, A no se entera. Ejemplo: Con cable coaxial de 1 km τ = 5 µs tiempo de reacción = 10 µs Redes: Nivel de Enlace

27 Protocolos de Paso de Testigo 52 Protocolos de Paso de Testigo Acceso al medio por reserva: Existe un testigo o token que circula por la red. En todo momento, sólo el poseedor del testigo puede transmitir, por lo que desaparecen las colisiones. Supone que las estaciones de la red se configuran como un anillo físico o lógico. Mecanismo: Cuando el canal está libre, por él circula el testigo. Cuando una estación quiere transmitir: captura el testigo envía su trama devuelve el testigo al anillo. Redes: Nivel de Enlace Nivel de Enlace 53 Nivel de Enlace Recuerda: 2 partes. MAC: Control de acceso al medio (ya visto) LLC: Control del enlace lógico: Gestión de tramas Control de flujo (opcional) Control de errores (opcional) Redes: Nivel de Enlace

28 Gestión de tramas 54 Gestión de tramas El nivel físico maneja una tira de bits que recibe-del/pasa-al nivel de enlace. El nivel de enlace maneja unidades de datos denominadas tramas. Debe encargarse de: con los datos que recibe del nivel de red, formar tramas que pasa al nivel físico de los bits que recibe del nivel físico, reconocer tramas y extraer los datos de ellas para pasárselos al nivel de red. Redes: Nivel de Enlace Gestión de tramas (cont.) 55 Separación de tramas Cuando el nivel de enlace toma la tira de bits del nivel físico debe ser capaz de identificar tramas en ella. El método más habitual es colocar patrones especiales de bits al principio y/o al final de cada trama. Por ejemplo: Problema: Y si en medio bits de datos aparece justo ese patrón especial? Solución: Bits de relleno (bit stuffing) Si vienen 5 unos seguidos, el emisor añade un 0 de relleno. El receptor, cada vez que recibe 5 unos, descarta el 0 subsiguiente. Redes: Nivel de Enlace

29 Control de Flujo 56 Control de Flujo Problema: Emisor enviando más deprisa de lo que el receptor es capaz de recoger. Solución: Los protocolos incluyen reglas que permiten al transmisor saber de forma implícita o explícita si puede enviar otra trama al receptor. Ejemplo: Al establecer la conexión, el receptor indica que se le pueden enviar hasta N tramas consecutivas, pero no más hasta que él lo indique expresamente. Redes: Nivel de Enlace Gestión de errores 57 Gestión de errores El problema de la gestión de errores puede abordarse en el nivel de enlace o en niveles superiores (normalmente nivel de transporte). Si se hace en el nivel de enlace, se corrigen los errores en la comunicación entre cada par de máquinas adyacentes que participen en la comunicación Si se hace en el nivel de transporte, se corrigen los errores en las máquinas origen y destino de la comunicación. Redes: Nivel de Enlace

30 Gestión de errores (cont.) 58 Problemas: 1. algún bit de una trama ha cambiado 2. una trama entera se ha perdido 3. una trama llega por duplicado al receptor Normalmente, el primer problema se resuelve siempre en el nivel de enlace, pues esos errores se dan con cierta frecuencia entre máquinas adyacentes. Los otros dos problemas no son tan habituales entre máquinas adyacentes, por lo que podría diferirse su solución a niveles superiores. Redes: Nivel de Enlace Bits cambiados en una trama 59 Bits cambiados en una trama Soluciones al problema: el receptor detecta el error y lo corrige automáticamente. el receptor detecta el error y descarta la trama incorrecta, esperando que en algún momento el emisor la retransmita (ya veremos como). Redes: Nivel de Enlace

31 Corrección de errores 60 Corrección de errores Consiste en introducir redundancia en la información que se envía para, en caso de error, poder suponer cuál era la información original. Idea Básica: sólo ciertos patrones de bits son posibles si se recibe un patrón imposible, se supone que el que se quería enviar es aquel posible que más se le parezca. Distancia Hamming (d): N. o de diferencias entre dos patrones consecutivos. En un patrón pueden detectarse hasta d 1 errores, y corregirse hasta (d 1)/2 errores. Redes: Nivel de Enlace Corrección de errores (cont.) 61 Ejemplo: 1. Patrones posibles: , , , Se recibe: Se corrige a En este caso, d = 5, por lo que se pueden corregir hasta 2 errores en un patrón. Si al transmitir hubiera habido 3 errores, y llegado , se hubiera corregido incorrectamente a Sin embargo sí se puede detectar que ha habido errores (se pueden detectar hasta 4). Redes: Nivel de Enlace

32 Detección de errores y retransmisión 62 Detección de errores y retransmisión Ahora la redundancia que se introduce es sólo con el objeto de poder detectar cuándo una trama ha llegado con errores, sin intentar corregirlos pues la trama será reenviada. Es más eficiente detectar que corregir errores: se necesitan menos bits de redundancia, aunque aparece la necesidad de retransmitir. La corrección de errores se utiliza fundamentalmente en casos en que es imposible retransmitir. Ejemplo: Medios de transmisión simplex. Redes: Nivel de Enlace Detección de errores y retransmisión (cont.) 63 Bit de Paridad Consiste en añadir un bit al patrón de datos que se envía. Paridad Par: El bit añadido hace que el total de unos enviado sea siempre par. Paridad Impar: El bit añadido hace que el total de unos enviado sea siempre impar. Se puede detectar un error de 1 bit del patrón, y hay un 50 % de probabilidades de detectar un error en más de 1 bit a la vez. Redes: Nivel de Enlace

33 Detección de errores y retransmisión (cont.) 64 Códigos de Redundancia Cíclica (CRC) Se consideran los patrones de bits como polinomios, y se realizan operaciones aritméticas módulo 2 con ellos. El cálculo del CRC se implementa con circuitos hardware sencillos. Redes: Nivel de Enlace Detección de errores y retransmisión (cont.) 65 Se demuestra que con los CRC de 16 bits se detectan: Todos los errores simples y dobles Todos los errores en un número impar de bits Todas las ráfagas de longitud 16 bits El % de las ráfagas de 17 bits El % de las ráfagas de longitud 18 bits Redes: Nivel de Enlace

34 Recuperación de pérdidas y/o duplicados 66 Recuperación de pérdidas y/o duplicados Estos protocolos, además de permitir la recuperación frente a tramas perdidas y/o duplicadas pueden utilizarse también para realizar el control de flujo. Se utilizan Timeouts y Asentimientos para implementarlos MUY IMPORTANTE: Pueden situarse en el nivel de enlace o en niveles superiores. En las redes TCP/IP no aparecen hasta (por lo menos) el nivel de transporte. Redes: Nivel de Enlace Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 67 Tres tipos principales de protocolos: De parada y espera: El transmisor, después de enviar una trama, espera su asentimiento por parte del receptor antes de enviar la siguiente. De envío continuo: El transmisor va enviando tramas sucesivamente, y el receptor le va asintiendo por su cuenta. Requiere memoria infinita. De ventanas: El transmisor puede enviar un número máximo de tramas antes de recibir el primer asentimiento Redes: Nivel de Enlace

35 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 68 Parada y Espera Mecanismo básico: Emisor Receptor tiempo dato-1 Plazo ACK Redes: Nivel de Enlace Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 69 Emisor Receptor tiempo dato-1 Plazo dato-1 Plazo ACK Redes: Nivel de Enlace

36 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 70 El protocolo genera duplicados, que podrían descartarse en el receptor si los paquetes van identificados de alguna forma. Redes: Nivel de Enlace Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 71 Emisor Receptor tiempo dato-1 Plazo ACK dato-1 Plazo ACK Redes: Nivel de Enlace

37 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 72 Emisor Receptor tiempo dato-1 Plazo ACK dato-1 Plazo ACK Redes: Nivel de Enlace Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 73 Solución: Con asentimiento alternado: cada paquete de datos lleva un bit que va alternando. Los acks también incluyen el bit para identificar uno u otro paquete. Emisor Receptor Emisor Receptor dato-1 (0) ack (0) plazo dato-1 (0) ack (0) ack (1) dato-2 (1) dato-3 (0) dato-1 (0) ack (0) dato-2 (1) ack (0) ack (1) Ya no hay duplicados ni pérdidas Redes: Nivel de Enlace

38 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 74 Envío Continuo El canal está infrautilizado. Mejor que el emisor envíe siempre que pueda. Envío contínuo con Rechazo Simple: Emisor Receptor tiempo dato-1 dato-2 dato-3 dato-4 dato-5 dato-6 dato-3 dato-4 dato-5 nack-3 Se asiente negativamente la trama perdida, por lo que cada trama debe tener un identificador!! El Emisor debe reenviar todas las tramas desde la perdida Redes: Nivel de Enlace Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 75 Envío contínuo con Rechazo Selectivo: Emisor Receptor tiempo dato-1 dato-2 dato-3 dato-4 dato-5 dato-6 dato-3 dato-7 dato-8 nack-3 Se asiente negativamente la trama perdida Emisor sólo retransmite las tramas indicadas, lo que es más eficiente Redes: Nivel de Enlace

39 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 76 Parada y Espera es muy lento. Ventanas Envío Contínuo requeriría memoria infinita. Solución intermedia: El Emisor, en vez de parar después de transmitir cada trama, para después de transmitir n (tamaño de la ventana) tramas. Cuando va recibiendo los ACKs de las tramas enviadas puede proseguir enviando nuevas tramas. Redes: Nivel de Enlace Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 77 Emisor Receptor dato-1 dato-2 dato-3 ack-1 Tamaño de ventana del Emisor: dato-3 ack-2 dato-4 dato-5 Redes: Nivel de Enlace

40 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP 78 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP Los más habituales: Ethernet Fast Ethernet PPP Redes: Nivel de Enlace Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) 79 Ethernet Norma originalmente establecida por Xerox, DEC e Intel. Pensada para medios compartidos con acceso mediante CSMA/CD Hasta 10 Mbps Medios físicos: Cable coaxial grueso (Thicknet): 10Base5, topología en bus. Cable coaxial fino (Thinnet): 10Base2, topología en bus. Par trenzado: 10Base-T, topología en estrella. Fibra óptica: 10Base-F, topología en estrella Nivel Físico: Código Machester, niveles de +0.85V y 0.85V. Acceso al Medio: CSMA/CD Redes: Nivel de Enlace

41 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) 80 10BaseT: Cable UTP-3 ó UTP-5 (Unshielded Twisted Pair): 4 Pares trenzados, no blindados, categoría 3 ó 5. Conectores RJ-45. Se usa un par para transmitir y otro para recibir (full duplex). Un concentrador (hub) hace de bus. Lo que recibe por una boca, lo retransmite por todas las demás. 10 Mbps entre todas las bocas. A veces se usa un conmutador (switch): Reenvía sólo a la boca a la que se conecta el destinatario. 10 Mbps por boca y sentido, varias transmisiones a la vez. Longitud máxima hasta el concentrador: 100 metros Redes: Nivel de Enlace Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) 81 Formato de trama nº bytes Preámbulo Dirección destino Dirección origen Tipo Datos Relleno CRC Comienzo de trama Preámbulo (x 7 bytes). Permite al receptor sincronizar su reloj con el del transmisor. Comienzo de trama , indicando que a continuación empieza la trama. Redes: Nivel de Enlace

42 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) 82 Direcciones destino y origen 6 bytes. Si todos los bits de destino son 1, la trama será entregada a todas las estaciones de la subred (omnienvío o broadcast). Si el bit 47 (el de mayor peso) de la dirección destino es 1, la trama va destinada a un grupo de máquinas (multienvío o multicast). Si el bit 46 de una dirección está a 1, la dirección es de ámbito mundial, asignada de forma única. Si está a 0, es de ámbito local, relativo a esa subred. En ambos casos son direcciones unienvío o unicast. La dirección de destino va delante para que una estación sepa rápidamente si una trama es para ella o no. Redes: Nivel de Enlace Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) 83 Tipo Indica el Protocolo encapsulado dentro del campo de Datos: 0x0800 datagrama IP 0x0806 paquete ARP (28 bytes de datos y 18 de relleno) 0x8035 paquete RARP (28 bytes de datos y 18 de relleno) Datos Entre 46 y 1500 bytes. Relleno La norma obliga a que toda trama sea 64 bytes, para poder considerar que todas las tramas menores son resultado de transmisiones abortadas al detectar colisión. Por ello, si hay menos de 46 bytes de datos, se utilizan estos bytes de relleno. Retardo máx. de propagación en 2,5 km, 4 repetidores: 25.6 µs Tiempo de Reacción: 25.6 x 2 = 51.2 µs Bits transmitidos en 51.2 µs a 10 Mbps: 51, = 512 bits = 64 bytes. Redes: Nivel de Enlace