REDES DE COMUNICACIÓN

Transcripción

1 REDES DE COMUNICACIÓN VÍDEO EN MULTIMEDIA Curso 2011/12 Componentes básicos de un sistema de comunicaciones Transmisor Canal de transmisión Receptor Componentes adicionales de un sistema de comunicaciones Fuente (generador de datos) Señal Destino (receptor final de los datos) 1

2 Interconexión de sistemas de comunicaciones que proporcionan la capacidad y los elementos necesarios para mantener a una cierta distancia un intercambio de información y/o una comunicación, pudiendo ser: En forma de voz Datos Vídeo Mezcla de los anteriores Redes de comunicaciones destinadas al intercambio de datos mediante el empleo de protocolos de comunicaciones Componentes Nodos Enlaces Protocolos de comunicaciones Ventajas del uso de redes Recursos compartidos Acceso a información de forma remota Procesado distribuido Uso de alternativas de comunicación (mail, chat, videoconferencia) 2

3 PAN: red de área personal LAN: red de área local MAN: red de área metropolitana WAN: red de área extensa Redes de difusión o de broadcasting (canal compartido) Unicast Multicast Broadcast Redes conmutadas Conmutación de paquetes Conmutación de circuitos Redes privadas Redes públicas Redes dedicadas (RedIris) 3

4 Comunicación se puede describir mediante un número de niveles de abstracción: Nivel cognoscitivo: ambas personas deben entender del tema del que se trata el contenido del mensaje Nivel de lenguaje: el mensaje ha de ser codificado en un lenguaje en concreto Nivel de transferencia: para poder transmitir el mensaje se necesita un medio físico concreto (ondas sonoras, papel, señales de humo,...) y elegir un método de codificación adecuado con ese medio (es difícil transmitir un partido de baloncesto mediante señales de humo) Los niveles son independientes: se puede cambiar el castellano por el ingles sin cambiar el contenido del mensaje En cada nivel debe existir coherencia entre emisor receptor. Han de saber de biología, entender el mismo lenguaje y tener oídos si el mensaje se transmite por ondas sonoras Cada nivel usa los servicios del nivel inmediatamente inferior. Existe una comunicación entre niveles adyacentes Los niveles son independientes pero no indiferentes. Un nivel puede obtener una mejor o peor calidad del servicio del nivel inferior 4

5 Los dos interlocutores se encuentran distantes y cada nivel es ejecutado por una persona diferente N3(cognoscitivo) Protocolo N3 N3(cognoscitivo) N2 (lenguaje) N1 (Transmisión) Protocolo N2 Protocolo N1 Medio Físico N2 (lenguaje) N1 (Transmisión) Ejemplo Un filosofo entrega un mensaje en inglés a su traductor, que lo traduce al castellano y se lo da por escrito al ingeniero, que lo decodifica a líneas y puntos por escrito al ingeniero, que lo recibe, lo decodifica y se lo pasa de forma hablada al traductor, este lo traduce al alemán y se lo dicta al filósofo. 5

6 En cuanto a comunicación horizontal: Los dos filósofos, al igual que los traductores y los ingenieros son entidades pares, pues realizan la misma función Las entidades pares se comunican horizontalmente mediante protocolos de pares Protocolo: Conjunto de reglas que determinan el comportamiento de comunicación entre entidades pares En cuanto a comunicación vertical: Servicio: capacidad de un nivel y que se ofrece al nivel superior para que este la use Interfaz: forma de comunicación entre niveles adyacentes. Es un problema puramente local Necesario para la comunicación entre dos entidades situadas en diferentes sistemas. Se requiere que hablen el mismo idioma Ejemplos de entidades son: programas de aplicación de los usuarios. sistemas de gestión de BBDD gestores de correo electrónico Ejemplos de sistemas: ordenadores los terminales sensores remotos 6

7 Define los aspectos relacionados con los elementos físicos de interconexión y procedimientos de transmisión de la información Trata características: Mecánicas Eléctricas Funcionales 7

8 Responsable del intercambio de datos entre el sistema final y la red Los protocolos que se usan depende del tipo de red a la que se conecta Realiza (dependiendo del protocolo) control de errores Divide el mensaje en tramas Control de flujo Ejemplo: ethernet, PPP,... Los sistemas pueden estar interconectados a diferentes redes, es por ello que se necesitan procedimientos que permitan que los datos atraviesen las diferentes redes interconectadas El protocolo Internet se utiliza para ofrecer el servicio de encaminamiento a través de varias redes El protocolo se implementa tanto en los sistemas finales como en los routers intermedios Ejemplo: IP 8

9 Los datos se deben transferir de forma segura Los procedimientos que aseguran una transmisión segura están localizados en el nivel de transporte Control de flujo extremo a extremo Control exhaustivo de errores (dependiendo del protocolo empleado) Ejemplo: TCP (orientado a conexión) UDP (no orientado a conexión) Proporciona servicios que son utilizados por las distintas aplicaciones de usuario Ejemplos HTTP FTP SMTP DNS 9

10 Hace referencia a cómo están interconectados los nodos dentro de la red En función de su colocación se tienen ventajas e inconvenientes Tipos de topología: Bus Anillo Estrella Mallada Todas las estaciones están conectadas a un único canal de comunicación (bus) y terminado en ambos extremos por su impedancia característica Cualquier estación puede transmitir información al bus, pero es necesario un algoritmo que evite que más de una estación transmita simultáneamente ( colisión de la información) La información transmitida por una estación se difunde por el bus, en ambas direcciones, llegando a todas las estaciones de la red En caso de fallo de una estación, ésta queda aislada del resto de la red, no afectando al funcionamiento del bus 10

11 Ventajas: Minimiza la longitud del cable a instalar Sencilla y económica Fallo de un equipo no interrumpe el funcionamiento de la red Fácilmente expandible a nuevos dispositivos Añadir o quitar equipos no interrumpe el funcionamiento de la red Excelente rendimiento con poco tráfico Inconvenientes: La rotura del bus no es fácil de detectar y deja sin funcionamiento a toda la red: el bus puede estar duplicado para hacer una conmutación manual o automática cuando se detecta el fallo Colisiones por el acceso simultáneo a la red Bajo rendimiento con tráfico elevado La señal se va degradando con la distancia: las tarjetas receptoras deben ser tolerantes a los niveles de señal variante Uso: Dirigida a redes pequeñas y que cursen poco tráfico Ejemplo: conexión de las diferentes plantas de un edificio (cableado vertical) 11

12 Cada estación está conectada a un nodo central de conmutación por medio de una conexión punto a punto Dos variantes del nodo central: Como conmutación de circuitos Como difusión. La red seria un bus lógico El control de la red lo lleva a cabo el nodo central En caso de fallo de una estación o del medio de transmisión que la une al nodo central, la estación queda aislada del resto de la red pero no afecta a la red El volumen de tráfico máximo que puede cursar la red está limitado por la congestión del nodo central Ventajas: Es la que admite mayor capacidad de tráfico El fallo de un equipo o de un trozo de cableado no afecta al funcionamiento de la red. Como nodo de conmutación, la velocidad de las estaciones conectadas y de los medios de transmisión pueden ser diferentes, y estas tienen una complejidad mínima Resulta fácil detectar y localizar averías 12

13 Inconvenientes: Es la topología que más cable usa Tiene gran dependencia del nodo de conmutación central: si falla se inutiliza la red, si hay congestión baja el rendimiento La expansión está limitada por el cableado y por la potencia del nodo central El nodo central es bastante complejo Uso: Para hacer topologías lógicas en bus Cuando por motivos de seguridad se desea tener la gestión lo más centralizada posible Para integrar voz y datos mediante la utilización de sistemas digitales de conmutación Las estaciones se colocan formando un bucle cerrado Cada estación actúa como repetidora, recibiendo los datos de la estación precedente y reenviándolos a la siguiente estación La información circula en una única dirección (comunicación unidireccional) Es necesario un algoritmo que permita a las estaciones la inserción de información en la red Una de las estaciones de la red realiza el control de la red (monitor) Resulta vulnerable frente a cualquier fallo de los repetidores. Este problema puede solucionarse por medio de: una topología física en estrella y lógica en anillo, un doble anillo 13

14 Ventajas: Facilidad de detectar los fallos en el cableado Permite la utilización de diferentes medios físicos dentro de una misma red La regeneración de señales en cada equipo facilita la expansión de la red Alto rendimiento con tráfico alto Inconvenientes: El fallo de un equipo o tramo de cableado inutiliza la red Añadir o quitar equipos interrumpe el funcionamiento de la red Utiliza más cable que la topología en bus El hardware es más caro y complicado que la topología en bus. Igual sucede con la instalación y mantenimiento Uso: Usada para trabajar a velocidades muy altas 14

15 Topología en árbol Topología en malla completa Atenuación Interferencias electroomagnéticas Diafonía o crosstalk Dispersión 15

16 Par trenzado Cable coaxial Fibra óptica Monomodo Multimodo Espacio libre Radio Infrarrojos USUARIO 1 USUARIO 2 APLICACIÓN MENSAJES APLICACIÓN TCP / UDP IP ENLACE FÍSICO SEGMENTOS / MENSAJES Datagrama Datagrama IP Tramas Tramas ENLACE FÍSICO TCP / UDP IP ENLACE FÍSICO NODO RED 16

17 APLICACIÓN DATOS TRANSPORTE TCP (Segmento) Cabecera TCP DATOS UDP (Mensaje) Cabecera UDP DATOS RED (Datagrama IP) Cabecera IP Cabecera TCP/UDP DATOS ENLACE DE DATOS (Trama) Flag Dir. Con. Cabecera IP Cabecera TCP/UDP DATOS SVT Flag FÍSICO Versión Tamaño cabecera Precedencia Tipo Servicio Re. Tamaño del datagrama Identificación D F M F Desplazamiento del fragmento Tiempo de vida Protocolo Suma de control de la cabecera DIRECCIÓN IP ORIGEN DIRECCIÓN IP DESTINO OPCIONES Ruta de origen estricta Ruta de origen desconectada Registro de ruta Marcas de tiempo Seguridad Rellenos DATOS 32 bits 17

18 Versión (4 bits) Tiene un valor 4 para IPv4 Tamaño cabecera (4 bits) Tamaño de la cabecera de datagrama medido en palabras de 32 bits Tamaño mínimo de cabecera (sin campo opciones) 5 palabras, 20 octetos Tamaño del datagrama (16 bits) Tamaño del datagrama (cabacera + datos). Tamaño máximo de datagrama (216-1 = octetos) Precedencia (3 bits) Nivel de prioridad (0 7) Nivel 0 prioridad normal, Nivel 7 mayor prioridad Tipo de servicio - TOS (3 bits): Indica el nivel de calidad de servicio para manejar el datagrama Sirve para tomar decisiones de encaminamiento o de prioridad en el descarte de tráfico en las colas de los routers Identificación (16 bits): Número que permite al Host destino reconocer los fragmentos que pertenecen al mismo datagrama Todos los fragmentos del mismo datagrama tienen el mismo número de identificación 18

19 Banderas (3 bits): Bit 0: Reservado, valor = 0 Bit 1: DF, DF = 0, puede fragmentarse DF = 1, no fragmentar Bit 2: MF, MF = 0, último fragmento MF = 1, más fragmentos Desplazamiento del fragmento (13 bits): Indica el tamaño del desplazamiento en bloques de fragmento (trozo de datos de 8 octetos) en relación al comienzo del datagrama Puede estar entre 0 a 8192 bloques de fragmento (entre 0 y octetos del datagrama completo) El desplazamiento del fragmento es el desplazamiento real en octetos dividido por ocho 19

20 Ejemplo: Un router fragmenta un datagrama (con ID 348), que lleva 3000 bytes de datos en tres datagramas, cada uno de 1000 bytes. Cada fragmento tendrá su propia cabacera y 1000 bytes de datos, 125 bloques de fragmentos. El contenido de los campos Identificación, Banderas y Desplazamiento de Fragmento sería el siguiente: Fragmento Identificación Banderas Desplazamiento fragmento DF = 0, puede fragmentar más MF = 1, más fragmentos 0 bloques desde el comienzo DF = 0, puede fragmentar más MF = 1, más fragmentos 125 bloques desde el comienzo (1000 octetos) DF = 1, no fragmentar más MF = 0, último fragmento 250 bloques desde el comienzo (2000 octetos) Protocolo (8 bits): Indica el protocolo utilizado en el datagrama, que permitirá entregar el datagrama al servicio correspondiente Número Título Protocolo 1 ICMP Protocolo de mensajes de control de Internet 2 IGMP Protocolo de mensajes de gestión de Internet 6 TCP Protocolo de Control de Transmisión 8 EGP Protocolo de Pasarela Exterior 17 UDP Protocolo de Datagramas de Usuario 88 IGRP Protocolo de Encaminamiento de pasarela interior de CISCO 20

21 Tiempo de vida TTL (Time to Live) (8 bits): Valor que indica el número de saltos que un datagrama puede dar en red, antes de ser descartado (TTL = 0) El Host origen establece un valor de TTL que se decrementa en uno a cada salto que se da en la red Suma de control de cabecera (16 bits): Campo que contiene una suma de control que se calcula con los campos de control de cabecera IP La suma de control es el complemento a uno de 16 bits de la suma con complemento a uno de todas las palabras de 16 bits de la cabecera La suma de control se actualiza en cada salto de router, ya en cada salto varía el TTL y pueden variar los campos de fragmentación y las opciones Puerto de Origen Puerto de Destino Número de secuencia Número de confirmación Tamaño cabecera Reservado U R G A C K E O M R S T S Y N F I N Ventana Suma de control Puntero urgente Opción / es (0 o más palabras de 32 bits) DATOS 32 bits 21

22 Todos los ordenadores deben poseer una dirección IP única Una parte de la dirección IP identifica a la red (es la que usan los router para encaminar) y la otra parte al ordenador o host Formato: 4 octetos separados por puntos. Notación punto decimal Ej: Reservadas las direcciones que empiezan en 0.x.x.x y 127.x.x.x (reservadas para funciones de test) Clases: Permiten distinguir en una dirección que parte corresponde al número de red y cual el número de host Clase A: Rango 1.h.h.h a 126.h.h.h (126 redes, cada una con 2 24 posibles host) [primer octeto 0xxxxxxx] Clase B: Rango 128.n.h.h a 191.n.h.h (2 14 redes, cada una con 2 16 posibles host) [primer octeto 10xxxxxx] Clase C: Rango 192.n.n.h a 223.n.n.h (2 21 redes, cada una con 2 8 posibles host) [primer octeto 110xxxxx] Clase D: Rango 224.n.n.h a 239.n.n.h (multidifusión) Clase D: Rango 240.n.n.h a 247.n.n.h (otros usos) Lo utilizan los host para saber cuando el destino está es su red o en otra red, y en este caso enviar el datagrama al router 22

23 Se asigna a las redes de las empresas de mayor tamaño (más de direcciones), donde la red se identifica con el primer número de los cuatro que forman la dirección IP Clase A ---> 0.x.y.z a 127.x.y.z (x.y.z dan 2 24 = 16 millones de direcciones) 1er octeto en binario -> 0xxxxxxx => Máscara en Hexadecimal -> FF Máscara en Decimal -> Número de Red Dirección Local Se asigna a las Redes de las empresas de menos de direcciones y más de 256, donde la red se identifica con los dos primeros números de los cuatro que forman la dirección IP Clase B ---> 128.n.y.z a 191.n.y.z (y.z dan 2 16 = de direcciones) 1er Octeto en Binario -> 10xxxxxx => Máscara en hexadecimal -> FF.FF Máscara en decimal -> Número de Red Dirección Local

24 Se asigna a Redes y subredes de empresas pequeñas (menos de 256 direcciones), donde la red se identifica con los tres primeros números de los cuatro que forman la dirección IP Clase C ---> 192.n.n.z a 223.n.n.z (z da 2 8 = 256 direcciones) 1er octeto en binario -> 110xxxxx => Máscara en hexadecimal -> FF.FF.FF.00 Máscara en decimal -> Número de Red Dirección Local Las Clases tipo D (multicast) permiten identificar a un conjunto de máquinas y no una sola Este tipo de direcciones se usan para multi-envío de IP Sirve permite distribuir un mismo mensaje a un grupo de ordenadores dispersos en la red Las direcciones de clase D empiezan por un número entre 224 y 239 Las Clases tipo E (experimental) se han reservado para uso experimental Las direcciones de clase E empiezan por un número entre 240 y

25 Cuando a una red le asignamos un rango de direcciones IP, por ejemplo una clase C, del total de direcciones contenidas en ese rango podremos utilizar todas salvo la primera dirección y la última, que tendrán usos distintos La primera de las direcciones del rango asignado se usará como dirección de la red: dirección que usarán el resto de redes en Internet para referirse a esta red en cuestión La última dirección del rango será usada como dirección de broadcast de la red: dirección a la que mandará información una determinada máquina cuando quiera distribuir esa información a todos los ordenadores conectados a dicha red Ejemplo, para la red clase C x, la dirección será la dirección de la red y la dirección será la dirección de broadcast de la red Para permitir crear subredes dentro de una red y facilitar el encaminamiento se utiliza la máscara de subred La máscara se configura en el propio host y le permite saber cuando el destino es de su red o es de otra red Máscara de subred: Determina cuantos bits corresponden a la red y cuantos bits corresponden al host dentro de una subred Si Bit mascara a 1-> el correspondiente bit de la dir IP es de red Si Bit mascara a 0-> el correspondiente bit de la dir IP es de host Representación: 4 octetos separados por puntos Ej: > los 3 primeros octetos son dir. de red Ej: máscara clase A por defecto:

26 Representación binaria Representación decimal Dir. IP Mascara Operación AND Nº de subred Nº de host Dada la dirección IP /23, calcular: Máscara de red Dirección de red Dirección de broadcast Número máximo de host en la red Número de nodo 26

27 Primero, pasamos IP a binario en grupos de 8 bits: Pasamos la máscara a binario. En este caso son 23 unos, y el resto hasta 32 bits son ceros: Realizamos la operación AND entre la máscara y la IP correspondiente: (RED) (RED) Dirección de broadcast se obtiene poniendo a uno todos los bits correspondientes a host: (BROADCAST) Número máximo de host viene determinado por la máscara de red: número de combinaciones con bits de host menos 2 (red y broadcast) En este caso para host tenemos 9 bits: 2 9-2=510 hosts 27

28 Número de nodo se obtiene directamente de la dirección IP en binario (2 = 325 (10 La dirección IP en cuestión pertenece al host número 325 Dirección IP Máscara de red Dirección de red Dirección de broadcast Host máximos Número nodo

29 Dada la red quieren hacerse 1008 subredes. Se pide: a) Cuántos bits tenemos que dedicar para hacer subredes? b) Cuántas subredes podrían crearse como máximo con ese número de bits? c) Cuántos hosts pueden colocarse como máximo en cada subred? d) Cuál es la IP del 13 er host de la 612 a subred válida? Comprobar razonadamente si la dirección IP /23 está en la misma red que la dirección IP /23 29

30 Dirección IP Máscara de red Dirección de red Dirección de broadcast Host máximos Número nodo a) Son necesarios 10 bits puesto que 2 10 = 1024>1008 b) En principio pueden crearse 1024 subredes aunque se recomienda que la subred todo 0 s y la subred todo 1 s no se utilicen. Teniendo en cuenta estas consideraciones se podrían crear 1022 subredes c) Puesto que no nos facilitan la máscara inicial de la red madre, podemos asumir que esta puede ser o bien En el primer caso tendremos 10 bits para subred y nos quedarán 6 bits para host, con lo que podremos conectar como máximo 2 6-2=62 equipos En el segundo caso tendremos 10 bits para subred y otros 10 bits para host, con lo que podremos conectar como máximo =1022 equipos. 30

31 En el primero de los casos anteriormente expuestos la dirección IP será: , en la que la parte subrayada indica el número de subred y la parte en cursiva el número de host En formato decimal, la dirección IP será: En el segundo de los casos, procediendo de forma análoga tendremos: , en la que la parte subrayada indica el número de subred y la parte en cursiva el número de host (en este caso tenemos 10 bits para host). En formato decimal, la dirección IP será: Para resolver este ejercicio es necesario obtener la dirección de red de ambas direcciones. Si coinciden, entonces estarán dentro de la misma red. IP /23 -> red IP /23 -> red Coinciden, luego están en la misma red 31