Fundamentos de Redes de Computadoras

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1 Fundamentos de Redes de Computadoras Módulo I: Introducción Tipos de Redes. Objetivos Plantear un modelo general de comunicaciones de datos. Clasificar las redes de computadoras por área de cobertura. Protocolos de Comunicación Modelo ISO-OSI Modelo TCP/IP INTERNET 1

2 Modelo de Comunicación Simplificado - Diagrama Sistema origen Sistema destino Fuente Transmi sor Sistema de transmisi ón Receptor Destino (a) Diagrama General de bloques Computadora Red pública de teléfonos (b) Ejemplo Servidor Modelo de Comunicación Simplificado - Diagrama Sistema origen Sistema destino Fuente Transmi sor Sistema de transmisión Receptor Destino (a) Diagrama General de bloques Computadora Red pública de teléfonos (b) Ejemplo Servidor 2

3 Modelo Comunicación Fuente Genera datos a ser transmitidos Ejemplo: PC, teléfono, celular Transmisor Convierte datos en señales transmitibles Ejemplo: Modem, Placa de Red Sistema de Transmisión Transporta los datos. Ejemplo: Línea punto a punto, red de nodos interconectados. Receptor Convierte señal recibida en Datos Estación Destino Toma los datos del receptor. Complejidad Utilización del Sistema de Transmisión Interfaz Generación de Señal Sincronización Gestión Intercambio de Datos Direccionamiento Ruteo Seguridad Gestión de Red. Otros aspectos Detección y corrección de errores Control de Flujo 3

4 Modelo de comunicación de Datos Simplificado Organizaciones de Estandarización ISO: International Organization for Standardization ITU: Unión Internacional de Telecomunicaciones IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers (Ej: IEEE 802) ANSI (American National Standards Institute) ETSI (European Telecommunication Standards Institute) TIA (Telecomunitacions Industry Asociation) EIA (Electronic Industry Alliance) etc. 4

5 Redes de Transmisión de Datos Comunicación punto a punto no práctica Dispositivos muy distantes Número grande de dispositivos tendrían un número impráctico de conexiones (mas aún teniendo en cuenta el patrón de tráfico de las comunicaciones) Solución: Red de comunicación WAN: Wide Area Network (Red de área Amplia o Extendida) LAN: Local Area Network (Red de área Local) MAN: Metropolitan Area Network (Red de área Metropolitana) WAN: Red Area Extendida Area geográfica grande Utilizan servicios de una proveedora de servicios de telecomunicación. Tecnologías de conmutación: por Circuito: Ej: TDM; red telefónica (antigua) por Paquetes: Ej: Frame relay; ATM (Asynchronous Transfer Mode); X.25; MPLS 5

6 LAN: Local Area Networks Rangos de distancias acotados Edificios o conglomerados de edificios Propiedad de una única entidad (privada o pública) Velocidades de transmisión mucho mayores que de una WAN. Utiliza un sistema de acceso al medio del tipo broadcast LAN: configuraciones Switched Switched Ethernet ATM LAN Fibre Channel Inalámbrico Mobilidad Facilidad de Instalación. Aptas para conexion entre edificios distantes (decenas de km). 6

7 MAN: Metropolitan Area Networks Redes privadas o públicas. Alta velocidad Areas de cobertura: Ciudad Tecnología cableada (Metro Ethernet) o inalámbrica WAN vs LAN Característica WAN LAN Distancias Grandes (sin límites) Pequeñas (algunos Kms.) Velocidad de Transmisión Bajas (Kbps a Mbps) Altas (Decenas de Mbps a Gbps) Tasa de Error Mediana / alta Muy baja Propietario Proveedor de servicios Privado Técnica de conmutación Conmutación de paquetes Acceso a medio compartido 7

8 Ejemplo de Configuración Protocolos Definiciones: Entidad: cualquier cosa capaz de enviar o recibir información. Sistema: objetos físicamente distintos que contienen una o mas entidades. Protocolo: Conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre dos entidades (en sistemas diferentes). Elementos distintivos de protocolos: Sintaxis: Formato de los bloques de datos Niveles de Señales Semántica: Información de Control Manejo de Error Temporización (Timing): Sincronización de Velocidades Secuenciación 8

9 Necesidad de una Arquitectura de Protocolos Ejemplo: Transferencia de Archivos 1. Activación de Camino de Comunicación 2. Fiabilidad de transmisión extremo a extremo. 3. Aplicación origen y destino deben asegurar que están preparados para la transferencia del archivos. 4. Compatibilidad en formatos de archivos. Tarea de comunicación dividida en módulos para disminuir complejidad. Transferencia de Archivos podría usar tres módulos. Módulo de Aplicación de transferencia de archivos (3,4) Módulo de servicios de comunicación: Transporte (2) Módulo de Acceso a la Red. (1) Modelo de Arquitectura de Comunicación Sistema X Sistema Y Transferencia de archivo Protocolo orientado a Aplicación Transferencia de archivo Servicios de Comunicación Protocolo Sistema-a-Sistema Servicios de Comunicación Protocolo de Acceso a Red Protocolo de Acceso a Red Red de Comunicaciones 9

10 Modelo de tres capas Capa de Acceso a la Red Capa de Transporte Capa de Aplicación Capa de Acceso a la Red Intercambio de datos entre computadora y la red. Computadora trasmisora provee dirección de destino Puede invocar niveles de servicios (priorización) Dependiente del tipo de red usada (LAN, conmutada, etc.) 10

11 Capa de Transporte Intercambio de datos confiable Independencia de la Tecnología de Red que se usa. Independencia de la aplicación Capa de Aplicación Soporte para diferentes tipos de aplicaciones de usuarios Ejemplo: , transferencia de archivos, web (http) 11

12 Protocol Data Units (PDU) Capa Transporte En cada capa se utilizan protocolos para comunicar Se agrega información de Control en cada capa Puede existir fragmentación de paquetes de datos. Cada fragmento tiene una cabecera con SAP Destino Numero de Secuencia Código de detección de error Esto da origen al PDU Protocol Data Units (PDU) 12

13 PDU de Red Se adiciona la cabecera de capa de Red Dirección de Red (origen y destino) Información de Control de Protocolo Operación 13

14 Niveles de direccionamiento 1. Global: Cada computadora (sistema) requiere una dirección única en toda la RED ej: dirección IP 2. Local: Cada aplicación en la computadora (multitasking) requiere una dirección única SAP: service access point El puerto (TCP/IP) Motivaciones de Modelo OSI Motivación: Posibilitar la comunicación entre computadoras de diferentes fabricantes y/o modelos. Creación de un estándar internacional Beneficiarios: Fabricantes de Computadoras: mayor venta de sus productos por una razón de compatibilidad y estandarización. Clientes: no permanecer esclavo a una marca. Nace el Modelo ISO-OSI (International Standard Organization - Open Systems Interconnection). ( ) 14

15 Modelo OSI: Layering La técnica utilizada para la creación del modelo: estratificación o layering Layering: División de las funciones de comunicación en un grupo de niveles o capas. Un entidad Ei de capa N (Ein) solicita servicios a una entidad Ej de la capa inmediatamente inferior N-1 (Ejn-1) y ofrece servicios a entidades Ek, El,... de la capa inmediatamente superior N+1 (Ekn+1, Eln+1,...) La comunicación entre entidades se realiza a través de interfaces bien definidas. El punto de contacto se denomina SAP (Service Access Point) Modelo de Capas Em En Capa N + 1 SAP SAP Capa N Ei'' Ei SAP Ei' Ek El Capa N - 1 Ej 15

16 Número de Capas de OSI Objetivos en la creación de capas: No crear un número excesivo de capas por la dificultad en la descripción e integración de las capas entre si. Creación de capas separadas para manejo de funciones evidentemente diferentes. Recolección de funciones y tecnología de implementación en una misma capa. Bordes entre capas creados para que la descripción de servicios y números de interacciones entre las dos capas intervinientes sea mínimo. Capas del Modelo OSI En base a estos objetivos se crean las siguientes capas: Número de Capa Nombre de la Capa Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física 16

17 Descripción de Capas La función de cada capa es sintéticamente la siguiente: Capa física: Transmisión de un conjunto de bits sin estructura determinada. Características mecánicas, eléctricas, etc. para acceder al medio físico. Capa de enlace: Transferencia confiable de información a través del medio físico. Sincronización, control de error y de flujo a través de un único enlace. Capa de red: Establecimientos de conexiones entre dos computadores. Ruteo y direccionado lógico a través de la red. Descripción de Capas Capa de transporte: Trasferencia de datos extremo a extremo (host a host) en forma confiable. Recuperación de error y control de flujo. Capa de sesión: Estructura de control para la comunicación entre aplicaciones. Establece, administra y termina conexiones entre aplicaciones cooperativas. Capa de presentación: Independiza a las aplicaciones de las diferentes representaciones de datos. Capa de aplicación: Acceso al entorno OSI por los usuarios. 17

18 Principio de Operación OSI Cada capa de la estación transmisora agrega al paquete de datos de información una cabecera o header de control (Encapsulación) Estas cabeceras llevan a una ineficiencia en la cantidad de bits transmitidos en relación a los bits de información. Es el precio que se paga por tener un comunicación confiable. Cada capa en la estación receptora extrae dicho header, lo analiza tomando las acciones pertinentes, pasándolo a la capa superior. (Des-encapsulación) Principio de Operación OSI Construcción del PDU Saliente Aplicac. X Aplicac. Y Reducción del PDU Entrante Aplicac. Aplicac. Present. Present. Sesión Sesión Transp. Transp. Red Red Enlace Física Camino de Comunicación (Punto a Punto, red, etc.) Enlace Física 18

19 Principio de Operación OSI Sistema Final Sistema Intermedio Relay Sistema Final Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Red Enlace Física Enlace Física Protocolos de Comunicación El modelo ISO-OSI es un modelo de referencia sobre el cual se deberían construir las arquitecturas de comunicación de computadoras. Los protocolos de mayor difusión (implementados en su mayoría antes de la creación del modelo OSI) son: TCP/IP SNA (IBM) IPX (Novell) XNS (XEROX) AppleTalk (Apple) DECnet (Digital) Estándar de facto 19

20 Protocolo TCP/IP Creado por DARPA (Defense Advance Reseach Project Agency), para la red conmutada ARPANET. Es la arquitectura de comunicación de computadoras de mayor difusión a nivel mundial. Conjunto (suite) de protocolos entre los cuales se encuentra el protocolo TCP (Transport Control Protocol) y el protocolo IP (Internet Protocol). No cumple totalmente con el modelo OSI Estructura Jerárquica: protocolos de un mismo nivel poseen funciones diferentes pero comparten protocolos comunes en una capa inferior (no necesariamente adyacente) Fuertemente inclinado a Internetworking Servicios No-Orientados a conexión y Orientados a Conexión. Arquitectura TCP/IP Arquitectura compuesta por 4/5 capas: Capa de Aplicación: Comunicación entre procesos o aplicaciones en computadoras separadas: Capa de Transporte: Servicio de transferencia de datos end-to-end o sistema a sistema Capa de Internet: Ruteo de datos desde sistema origen a destino a través de una o más redes Capa de Acceso a la Red: Interfase lógica entre un sistema y la subred. Capa Física: (A veces considerada como para de la capa de Acceso a la Red). 20

21 Capa de Acceso a la Red Intercambio de Datos entre los sistemas y la red. Provisión de Dirección Destino (Hardware Address) Invocación de servicios como prioridad (IEEE 802.5, IEEE 802.1p) Ejemplos: Ethernet y normas asociadas Token Ring Frame Relay ATM Capa de Internet (IP) Sistemas puede estar conectados a diferentes redes. Funciones de ruteo a través de múltiples redes. Implementado en sistemas finales y ruteadores. 21

22 Capa de Transporte Entrega de datos confiable independiente de la aplicación Ordenamiento de la entrega de datos. TCP cumple con estas condiciones. El modelo provee otro protocolo (UDP) que no es confiable, pero sirve para transporte de datos. La aplicación debe ofrecer la confiabilidad y ordenamiento de datos en este caso Capa de Aplicación Soporte para aplicación de usuarios o aplicaciones TCP/IP implementadas. Ejemplo: http, SMTP, SNMP, telnet, ftp,... 22

23 Comparación de OSI y TCP/IP Aplicación Transporte (host-host) Aplicación Presentación Sesión Transporte Espacio de Usuario Acceso a Red Físico Red Enlace Físico Sistema Operativo PDU en TCP/IP Protocolo de transporte: TCP Dato de Usuario Cadena de Bytes de Aplicación Segmento TCP Datagrama IP Paquete de Acceso a la red: TRAMA 23

24 TCP Transmission Control Protocol Comunicación confiable, libre de errores Orientado a Conexión Crea una conexión virtual entre las entidades PDU TCP Segmento TCP Incluye dirección puerto origen y destino (SAP) Indentificar aplicaciones Una conexión implica un par de puertos (origen y destino) UDP User Datagram Protocol Protocolo No confiable No garantiza entrega, no controla secuencia, orden, ni controla duplicados No orientado a conexión Mínimo overhead: agil, simple. Puertos UDP para aplicaciones 24

25 TCP/IP Funcionamiento Algunos protocolos de la Suite TCP/IP 25

26 Historia de Internet Evolución de la red ARPANET, 1969 Advanced Research Projects Agency (ARPA), U.S. Department of Defense Primera Red Operacional Conmutada por Paquetes. Comenzó en 4 ubicaciones de EE.UU.: University of California Los Angeles (UCLA), University of California - Santa Barbara (UCSB), University of Utah y SRI (Stanford Research Institute) Hoy en día: Decenas de millones de hosts Cientos de millones de usuarios. 200 paises Número de conexiones creciendo exponencialmente Utiliza ruteo adaptativo Historia de Internet: Primeras aplicaciones Telnet provee acceso remoto Cualquier terminal puede interactuar con cualquier computador File Transport Protocol (FTP) ofrece una funcionalidad abierta similar. Transferencia de archivos transparente de una computadora a otra. Soluciona problemas de diferentes tamaños de palabras, orden de bits y diferentes formatos de palabras. La primera aplicación de uso masivo fue el Distribución de servicios de mail entre redes de múltiples computadoras. En 1973 el 75% del tráfico de ARPANET era . 26

27 Historia de Internet: TCP/IP Mayo 1974: Transmission Control Protocol (TCP) 1980: TCP version 4, IP version 4 Contribuciones de Redes Europeas llevaron al desarrollo de TCP e IP , ARPANET cambia de NCP a TCP/IP Muchas redes comienzan a conectarse utilizando TCP/IP Uso de ARPANET queda restringido a ARPA. ARPANET se da de baja en En muchos países (incluyendo EE.UU. hasta 1995) los gobiernos subsidiaban el Backbone de Internet. Se restringía el uso comercial de Internet, promoviendo: Uso para Investigación, Educación y Gubernamental Historia de Internet: Orígenes de Protocolos y Aplicaciones TCP/IP ARPANET comisionado por DOD 1969 Uso del Protocolo NCP por hosts de ARPANET 1970 FTP 1973 TCP/IP Protocol Suite 1982 ARPANET cambia NCP a TCP/IP 1983 Telnet 1972 TCP 1974 IP 1981 DNS

28 Historia de Internet: World Wide Web 1989, CERN (Europa) Tim Berners-Lee propuso una tecnología hipermedial distribuida para intercambio de trabajos de investigación sobre la Internet se prototipa la WWW en CERN utilizando NeXT como plataforma. Crecimiento explosivo aparece con el primer browser gráfico: Mosaic, 1993 NCSA Center, University of Illinois Mark Andreasson y otros Número Hosts en Internet google youtube facebook www 28

29 Organigrama de las Autoridades de Internet Internet Society (ISOC) Internet Architecture Board (IAB) Internet Engin. Task Force (IETF) Internet Engineering Steering Group (IESG) Internet Res. Task Force (IRTF) Internet Research Steering Group (IRSG) Grupo Trabajo 1 Grupo Trabajo Grupo Trabajo n Grupo Invest. 1 Grupo Invest. 2 Grupo Invest. n Autoridades de Internet ISOC - Internet SOCiety (www.isoc.org) : 1992 Sociedad Internacional que promociona el uso y acceso a Internet. Alberga a los grupos de trabajo responsables de la infraestructura de la red, incluyendo a IAB Apoyo financiero IAB - Internet Architecture Board (www.iab.org) 1979/1992 Responsable por la definición de la arquitectura global de la Internet. Dirige en un sentido macro a la IETF e IRTF También sirve como un organismo consultor de la ISOC. Entre otras actividades, es responsable por la administración editorial de los RFC s Trabaja junto con ICANN en asignación de Direcciones. IETF - Internet Engineering Task Force (www.ietf.org) Comunidad internacional de diseñadores, operadores, fabricantes e investigadores de protocolos de comunicación. Su objetivo está relacionado con el buen funcionamiento, y evolución de la Internet Esta dividida en grupos de trabajos (Aplicaciones, Seguridad, Ruteo,..) 29

30 Autoridades de Internet ICANN - Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (www.icann.org) Responsable por la asignación del espacio de direcciones IP, números de protocolos, administración DNS y administración de root servers. RIR : Regional Internet Registries: ARIN, RIPE NCC, AP NIC, LatNIC, AfriNIC Administración de direcciones IP para distintas regiones del mundo. IANA - Internet Assigned Numbers Authority (www.iana.org) Actualmente depende de ICANN Tiene como responsabilidad la administración de direcciones IP, nombres de dominio y parámetros de protocolos (delega en RIR s) Ver: Organización y Estandarización en Internet Internet Society fundada en 1992, organización sin fines de lucro, para ofrecer liderazgo en normas, educación y políticas relacionadas con Internet. Su misión es garantizar el desarrollo, evolución y uso abiertos de Internet en beneficio de todas las personas del mundo. IETF: Internet Engineering Task Force RFC (Request for coments) W3C (World Wide Web Consortium): directrices y estándares web. HTML, XML ICANN IANA 30

31 Estándares en Internet - Request for Comments (RFC) Los estándares de TCP/IP, servicios y prácticas son escritos en documentos denominados RFCs Los estandares TCP/IP no son desarrollados por comités, sino por consenso Cualquier persona puede enviar un RFC para su revisión Son revisados por expertos o grupos de trabajos Posteriormente se le asigna un número. No siempre un RFC se convierte en un estándar. Los estándares tienen su propia numeración (diferente del número de RFC). Algunos estándares están formados por varios RFC s Ejemplo STD 8: Protocolo Telnet: RFC 854/855 Los estándar de Internet tienen un ciclo de vida: Proposed Standard -> a revisión de IESG Draft Standard -> implementado por 2 empresas (mínimo) Internet Standard Algunas especificaciones no pasan por este ciclo de vida BCP ( Best Current Practices ) No todo los RFC s terminan en estándar. Los BCP son también revisados por la IETF pero tienen como finalidad aconsejar sobre el uso de ciertos protocolos o funcionalidades de los mismos. Ejemplo: RFC 1918 (BCP 5) Address Allocation for Private Internets En este BCP se especifican los rangos de direcciones IP que deberían utilizarse en redes privadas. El BCP 5 es de amplio uso en la actualidad será cubierto mas adelante. También existen los FYI ( For your information ) que tienen propósitos solamente de información sobre la internet en si, pero no sobre protocolos. Ejemplo: FYI0005 (RFC 1178) Choosing a name for your computer 31

32 Organización de Internet / Asignación de bloques IP 32

33 Registro de nombres.ar 33

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