Computer Networks I. Arquitecturas de Red

Transcripción

1 Version Jan 25, 2015 Computer Networks I application aplicación transporte transport network red Arquitecturas de Red enlace link physical física inocente.sanchez@uclm.es

2 Prefacio Qué es una red? Clasificación de Redes Inter-redes Conceptos básicos de redes Modos de conmutación de paquetes Arquitecturas de red Modelos de referencia Modelo OSI Modelo TCP/IP Fundamentos de direccionamiento Referencias Redes de Computadores I 2

3 La naturaleza de Internet Las comunicaciones son la base de la sociedad, e Internet ha cambiado definitivamente la forma en que nos comunicamos. Los protocolos de Internet se diseñaron para que fuesen abiertos, escalables e interoperables. La mayoría de los estándares y protocolos de Internet son de dominio público (RFC). A día de hoy, nadie puede controlar Internet, pero esto podría cambiar pronto... 3

4 Internet hoy Forouzan 5ed Computer Networks I 4

5 Administración de Internet Forouzan 5ed Computer Networks I 5

6 Administración de Internet ISOC (Internet Society). Organización internacional formada en 1992 para apoyar los procesos de normalización de Internet IAB (Internet Architecture Board). Consejero técnico de la ISOC. Supervisa el continuo desarrollo del TCP/IP y asesora en aspectos tećnicos en las investigaciones de los miembros de la comunidad de Internet. También gestiona la edición de las RFCs IRTF (Internet Research Task Force). Investiga en asuntos relacionados con protocolos, aplicaciones, arquitectura y tecnologías IETF (Internet Engineering Task Force). Identifica problemas operativos y propone soluciones. Desarrolla y revisa especificaciones. Se divide en áreas específicas Forouzan 5ed Computer Networks I 6

7 Request for Comment (RFC) Forouzan 5ed Computer Networks I 7

8 Request for Comment (RFC) Forouzan 5ed Computer Networks I 8

9 Request for Comment (RFC) Estándar de Internet. Especificación probada útil para quienes trabajan en Internet Niveles de madurez: Estándar propuesto: especificación conocida y de interés para la comunidad, probada e implementada por diversos grupos Borrador: propuesta probada con éxito dos veces Estándar de Internet: borrador probado con éxito dos veces Histórico: perspectiva histórica, tanto si ha llegado a ser estándar o no Experimental: trabajo relacionado con una situación experimental que no afecta al funcionamiento de Internet Informativo: información general, histórica o tutorial relacionada con Internet Forouzan 5ed Computer Networks I 9

10 Qué es una red? Esto es un conjunto de ordenadores autónomos interconectados que pueden intercambiar información. Los usuarios de la red son conscientes de que son diferentes ordenadores cada uno con sus recursos. i La red por lo general se representa por una nube, para indicar que no sabemos bien su estructura interna 10

11 Clasificación de redes Por tipo de enlace Por tamaño Por topología 11

12 Redes por tipo de enlace Una conexión punto-a-punto establece un enlace que sólo puede ser usado por dos extremos. Normalmente usan cables, pero también pueden usar enlaces de microondas o por satélites. 12

13 Redes por tipo de enlace En una conexión multipunto varios nodos (más de dos) comparten un enlace Normalmente, se permiten diferentes modos de direccionamiento: Unicast. La dirección identifica a un único host destino. Broadcast. La dirección identifica a todos los hosts en la red. Multicast. La dirección identifica a un subconjunto de hosts. 13

14 Redes por tamaño IPN: InterPlanetary y Delay Tolerant Networks (DTN). Global (Internet). WAN: Wide Area Network un país o enlaces intercontinentales. MAN: Metropolitan Area Network Una ciudad o parte de ella. LAN: Local Area Network Un departamento o edificio. PAN: Personal Area Network Ordenadores y escritorios. SAN: System Area Network Clusters y sistemas empotrados. NoC: Network On Chip Red en un circuito integrado 14

15 Redes por tamaño: LAN La LAN se administra de forma privada. Alta velocidad (100Mbps 1Gbps), concebidas con recursos compartidos y las necesidades de los usuarios. Usa una topología y tecnología de transmisión sencilla. Computer Networks I 15

16 Redes por tamaño: WAN Involucra a hosts y sub-redes (que usan enlaces punto a punto). Una subred se compone de: Líneas de enlace Routers El router debe almacenar mensajes y encaminarlos al destino adecuado. El mecanismo de almacenar y encaminar (o conmutación de paquetes ) es lo contrario de conmutación de circuitos. Computer Networks I 16

17 Redes por topología Ring Fully connected mesh n(n-1)/2 links Star Bus Computer Networks I 17

18 Inter-redes Una inter-red es un conjunto de redes (heterogéneas) conectadas entre sí. Redes con diferentes tecnologías de software y hardware pueden compartir información gracias a un protocolo de red lógico y a pasarelas. Computer Networks I 18

19 Conceptos básicos de redes Direccionamiento Detección y corrección de errores Control de flujo Multiplexación Enrutado... 19

20 Redes de conmutación físicas Red de conmutación de circuitos El viejo sistema telefónico Extremo a extremo 3 fases: Llamada (conexión), conversación, cuelgue (desconexión) Red de conmutación de mensajes El viejo sistema telegráfico Extremo a oficina, oficina a oficina,... oficina a extremo 1 fase: intercambio de mensajes Red de conmutación de paquetes Similar al correo postal Redes de ordenadores Modernos Computer Networks I 20

21 Comparación Computer Networks I 21

22 Modos de conmutación de paquetes Hoy todas las redes de ordenadores Similar al correo postal Los mensajes se trocean en pequeños mensajes llamados PAQUETES Forouzan 5ed Computer Networks I 22

23 Modos de conmutación de paquetes Forouzan 5ed Computer Networks I 23

24 Modos de conmutación de paquetes Medio de comunicación compartido Servicio no orientado a conexión Servicio orientado a conexión No orientado a conexión Cada mensaje se envía como una unidad individual aislada. El mensaje incluye dirección de destino (y puede que también de origen) y otra información para su entrega. Ej: carta postal. Orientado a conexión Antes de transmitir datos entre emisor y receptor, se necesita establecer previamente una conexión. Una vez establecida, la comunicación funciona como un flujo continuo de bytes, normalmente en modo de transmisión duplex. Al final se desconecta. Ej: teléfono. 24

25 Arquitectura de red Es un entorno que describe una red de comunicación, sus componentes y sus protocolos. El diseño de red se organiza como una pila de capas. Cada capa proporciona servicios a la capa superior y pide servicios a la capa inferior. La capa 'n' de un nodo mantiene una conversación virtual con la misma capa del nodo destino. Dicha conversación debe conocer un protocolo específico. 25

26 Ejemplo de capas Analogía de los filósofos Tanenbaum 26

27 Modelos de Referencia Modelo OSI Modelo TCP/IP i El modelo de referencia y la implementación del protocolo son cosas muy distintas. No deben confundirse. 27

28 Modelo OSI La OSI (Open System Interconnection) es una norma ISO (International Organization for Standardization) Proporciona un modelo conceptual general para describir y estudiar cualquier pila de protocolo. El modelo define tres conceptos básicos: servicio: la función que puede proporcionar una capa. interfaz: la forma de conseguir los servicios de la capa. protocolo: el homogéneos. conjunto de reglas entre puntos 28

29 Capas del modelo OSI aplicación aplicación presentación presentación sesión sesión transporte red enlace física segmentos paquetes tramas bits medio físico transporte red enlace física 29

30 Capas del modelo OSI 1. Capa Física Define las características eléctricas, mecánicas y temporales para los dispositivos necesarios en una determinada tecnología de comunicación de datos. 2. Capa de Enlace Soporta transferencias de datos entre nodos directamente accesibles (vecinos). Proporciona direcciones físicas. 3. Capa de Red Soporta la comunicación extremo a extremo con mensajes individuales de longitud variable. Proporciona direcciones lógicas. 30

31 Capas del host del modelo OSI 4. Capa de Transporte Proporciona un canal de comunicación fiable sin error entre usuarios finales. También la multiplexación de procesos. 5. Capa de Sesión Permite crear sesiones entre hosts y gestionar la sincronización. 6. Capa de Presentación Define la representación de datos en el cable y su semántica. 7. Capa de Aplicación Protocolos específicos de aplicación como correo, noticias, comandos remotos, etc. Computer Networks I 31

32 Modelo TCP/IP El modelo TCP/IP llega años después de las primeras implementaciones. El objeto es formalizar y normalizar su uso y desarrollo. Está íntimamente relacionado con los protocolos de pila TCP/IP, y no se puede usar para describir otros protocolos o redes. aplicación aplicación transporte transporte Inter-red Inter-red red subyacente subyacente red (host to to net) net) (host 32

33 Modelo TCP/IP Capa de Aplicación Protocolos de alto nivel como DNS, SMTP, HTTP, FTP y otros muchos. Capa de Transporte Define protocolos de transporte TCP (Transport Control Protocol) y UDP (User Datagram Protocol). Capa de inter-red Proporciona mecanismos para interconexión de redes y enrutado de paquetes. Define el protocolo IP, que ofrece un servicio de entrega no orientado a conexión. Capa red subyacente (host to net) Proporciona (o rechaza) los mecanismos necesarios para posibilitar que un paquete IP alcance otro host en la red. 33

34 OSI, TCP/IP y modelos híbridos OSI TCP/IP híbrido aplicación aplicación aplicación aplicación 7 aplicación aplicación 6 presentación presentación 5 sesión sesión 4 transporte transporte transporte transporte transporte transporte 3 red red inter-red inter-red red red 2 enlace datos datos enlace 1 física física red subyacente subyacente red i Cuando hablamos algo de la capa x siempre nos referimos al modelo OSI. enlace datos datos enlace física física i Aunque... se usará el modelo híbrido. 34

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36 Encapsulado La información de usuario no puede ir directamente en el cable. La transmisión de datos necesita bytes agrupados en PDUs (Protocol Data Units). La PDU añade información de control como cabeceras y colas. Cabecera transporte transporte transporte Cabecera red red red ce enlace enla física física aplicación aplicación Datos de usuario aplicación aplicación Cabecera enlace transporte segmento transporte paquete cola red red trama enlace enlace bits física física

37 Encapsulado La receta 1. Construir datos (desde una aplicación). 2. Hacer segmentos de datos para el transporte extremo a extremo. 3. Añadir direcciones de red y construir uno (o varios) datagramas. 4. Añadir direcciones físicas de enlace y construir tramas para cada datagrama. 5. Codificar bits de tramas en señales que se puedan enviar por medio físico.

38 Ejemplo de encapsulado UDP Enviar el texto Redes~I en ASCII con protocolo de transporte UDP desde la dirección IP hasta la dirección IP , sabiendo que la MAC del host origen es 00:21:5D:E9:7F:80 y la MAC de la puerta de enlace (gateway) o router es 00:64:40:3A:C9:40. Todos los valores están en hexadecimal. < Bytes...> <.. 7 Bytes..> Datos de usuario: aplicación aplicación Relleno: aplicación aplicación <... 8 Bytes.> Cabecera transporte: transporte transporte DE...E9 Datagrama de usuario UDP transporte transporte Datagrama IP red red < Bytes...> Cabecera red: red red C DE...E < Bytes...> < Bytes...> ce enlace enla Cabecera enlace: física física <.. 4 Bytes..> Cola: C DE...E Trama enlace enlace XXXXXXXX Ethernet bits física física

39 Tabla caracteres ASCII

40 Cabecera y datos capa de transporte (UDP)

41 Cabecera y datos capa de red (IP) Datagrama IP cabecera Carga (payload) Versión IHL Tipo servicio D M F F Identificación Tiempo de vida Longitud total Protocolo Fragmentación offset Comprobación cabecera Dirección lógica origen (IP) Dirección lógica destino (IP) Opciones Internet, the IP protocol 41

42 Cabecera y datos capa de red (IP) Internet, the IP protocol 42

43 Cabecera y datos capa de enlace (Ethernet) Preámbulo + SFD Dirección destino Dirección origen Tipo Datos encapsulados Checksum CRC bytes

44 Resumen

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47 Dirección física Dirección física = Dirección MAC = Dirección Ethernet Tannenbaum

48 Protocolo ARP Formato del mensaje tipo hardware: Ethernet longitud hard long protocolo tipo protocolo: IP (0x0800) Operac. (0001 pet, 0002 resp) dirección hard origen (6 bytes para Ethernet) dirección protocolo origen (4 bytes para IP) dirección hard destino (vacío en petición) dirección protocolo destino Encapsulado Ethernet preámbulo MAC destino MAC origen tipo (0x0806) ARP (petic o respuesta) relleno checksum 48

49 ARP Ejemplo A B1:34:56:23:AD:1E :57:92:AF:FC:21 B Solicitud ARP (de A a todos) CRC 0x0002 0x06 0x0800 0x04 0x0001 B1:34:56:23:AD:1E tipo (0x0806) B1:34:56:23:AD:1E FF:FF:FF:FF:FF:FF preámbulo :00:00:00:00: x0002 0x06 Respuesta ARP (de B to A) preámbulo B1:34:56:23:AD:1E 0x04 0x0800 0x :57:92:AF:FC:21 46:57:92:AF:FC:21 tipo (0x0806) B1:34:56:23:AD:1E CRC 49

50 Dirección lógica o dirección IP Direcciones físicas: Destino - Origen Direcciones IP Origen - Destino A IP origen P IP destino Las direcciones IP son números, pero por simplicidad las ponemos como letras en este ejemplo Tannenbaum