Bloque 0 Introducción

Transcripción

1 Bloque 0 Introducción Arquitectura de redes de computadores Rafael Sebastian Departamento de Informática Escuela Técnica Superior de Ingenierías Universitat de València

2 Índice de contenido n Introducción y conceptos n Protocolos y aplicaciones en Internet n Tecnologías avanzadas n Redes multimedia n Seguridad en redes 2

3 Objetivos sección þ Repaso de los dispositivos de red þ Describir el modelo de referencia OSI 3

4 Material Multimedia 1. [Cisco] Networking CCNA [EN] 2. Capas del modelo de referencia OSI [ES] 3. Funcionamiento de Internet [ES] 4. Subredes [ES] Enlaces Wikipedia Video YouTube (Aula Virtual) 2012/2013 R. Sebastian - ARC 4

5 Conceptos de redes n Tecnología n Modelo de Referencia OSI n Direccionamiento 5

6 CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Iconos utilizados Hub = Concentrador Switch= Conmutador (nivel 2) 6

7 CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Repetidor o Hub 7

8 Repetidor o Hub CONCEPTOS DE REDES - Tecnología 0.59 Kg 8

9 CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Puente o bridge 9

10 Funcionamiento del puente Trama recibida sin error en puerto x CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Reenvío Aprendizaje Sí Dirección de destino encontrada en base de datos? Puerto de salida = x? Reenviar trama por puerto de salida Dirección de origen encontrada en base de datos? Sí Sí No Actualizar dirección y contador de tiempo No No Reenviar trama por todos los puertos excepto x Añadir a base de datos dirección de origen (con número de puerto y contador de tiempo) Terminar 10

11 Funcionamiento del puente CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Puerto 1 Puerto 2 emisor 11

12 CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Conmutador o switch 12

13 Encaminador o Router CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Internet 13

14 CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Redes LAN 2012/2013 R. Sebastian - ARC 14

15 CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Redes WAN 2012/2013 R. Sebastian - ARC 15

16 CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Analogía, ancho de banda 2012/2013 R. Sebastian - ARC 16

17 CONCEPTOS DE REDES - Tecnología Limitaciones físicas y técnicas 2012/2013 R. Sebastian - ARC 17

18 Planteamiento del problema CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI n La interconexión de ordenadores l l problema técnico de complejidad elevada Requiere el funcionamiento correcto de equipos (hw) y programas (sw) de diferentes fabricantes n Cuando las cosas no funcionan es muy fácil echar la culpa al otro equipo n La interoperabilidad no cumple la propiedad transitiva El correcto funcionamiento de A con B y de B con C no garantiza el correcto funcionamiento de A con C 18

19 Solución CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI n La mejor forma de resolver un problema complejo es dividirlo en partes n En telemática dichas partes se llaman capas y tienen funciones bien definidas n El modelo de capas permite describir el funcionamiento de las redes de forma modular y hacer cambios de manera sencilla n El modelo de capas más conocido es el llamado modelo OSI de ISO (OSI = Open Systems Interconnection) 19

20 Analogía capas Capas CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Dpto Dir Postal Código Postal Estación SEDE 1 Informe ventas Dirección Carta C.P. Saco Director Secretaria Cartero Tren SEDE 2 Informe ventas Dirección Carta C.P. Saco Dpto Dir Postal Código Postal Estación 20

21 Modelo de capas CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Las capas entre dos nodos directamente conectados deben de ser iguales para que puedan entenderse correctamente. Capas Definidas por protocolo 21

22 Protocolos e Interfaces CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Protocolos Capa Pintura 4 Artista Ruso Inglés 3 Traductor Texto escrito Morse 2 Telegrafista Manipulador Impulsos eléctricos 1 Telégrafo Interfaces Artista Valenciano Traductor Texto escrito Telegrafista Manipulador Telégrafo Moscú Valencia 22

23 Relación capas CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Comunicación real Servicios ofrecidos a la capa N+1 Capa N Servicios utilizados de la capa N-1 Comunicación con la entidad homóloga mediante el protocolo de la capa N Comunicación virtual (salvo si N=1) 23

24 Comunicación indirecta mediante capas CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI n Supongamos ahora que Moscú y Valencia no disponen de comunicación directa vía telégrafo, pero que la comunicación se realiza de forma indirecta por la ruta: l Moscú Copenague: telégrafo por cable l Copenague París: radiotelégrafo l París Valencia: telégrafo por cable 24

25 Comunicación indirecta a través de telégrafos CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Artista Traductor Telegrafista Telégrafo Moscú Morse Impulsos eléctricos Telegrafista Telégrafo Copenague Pintura Inglés Morse Ondas de radio Telegrafista Telégrafo París Morse Impulsos eléctricos Artista Traductor Telegrafista Telégrafo Valencia 25

26 [2] Modelo de referencia OSI CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Definido entre 1977 y 1983 por la ISO (International Standards Organization) para promover la creación de estándares independientes de fabricante q Reduce la complejidad q Estandariza los interfaces q Facilita el diseño modular q Asegura la interoperabilidad de la tecnología q Acelera la evolución q Simplifica la enseñanza y el aprendizaje 26

27 CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Modelo de referencia OSI 27

28 CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Peering entre capas 28

29 CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Hardware en cada capa Cabe UTP Ondas de radio 29

30 [3] Capa de Red CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Routers 2012/2013 R. Sebastian - ARC Suministra información sobre la ruta a seguir Por donde debo ir a w.x.y.z? 30 N = 3

31 CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Capa de Transporte Verifica que los datos se transmitan correctamente Paquetes de datos Conexión extremo a extremo (host a host) Son estos datos buenos? Error de comprobación de mensaje Este paquete no es bueno. Reenviar 31 N = 4

32 Capa de aplicación CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Que debo enviar? Interfaz que ve el usuario final Muestra la información recibida En ella residen las aplicaciones Envía los datos de usuario a la aplicación de destino usando los servicios de las capas inferiores N = 7 32

33 Modelos TCP/IP e híbrido CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI n Los protocolos TCP/IP nacieron por la necesidad de interoperar redes diversas (internet-working) n El modelo TCP/IP se diseñó después de los protocolos (puede decirse que primero se hizo el traje y después los patrones) n Por eso a diferencia del OSI en el modelo TCP/IP hay unos protocolos predefinidos. n A menudo se sigue un modelo híbrido, siguiendo el OSI en las capas bajas y el TCP/IP en las altas. Además en LANs el nivel de enlace se divide en dos subcapas. Esto da lugar a lo que denominamos el modelo híbrido 33

34 Comparación OSI-TCP/IP CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física OSI Aplicación Transporte Internet Host-red TCP/IP WAN Aplicación Transporte Red Enlace Física LLC MAC LAN Híbrido Hardware Firmware Software Sist. Operativo Progr. de usuario 34

35 Protocolos y redes del modelo TCP/IP CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Protocolos Redes Telnet FTP DNS SMTP TCP IP UDP ARPANET SATNET Packet LAN Capa (nombre OSI) Aplicación Transporte Red Física y Enlace 35

36 Comparación OSI-TCP/IP CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI n En OSI primero fue el modelo, después los protocolos; en TCP/IP primero fueron los protocolos, luego el modelo n En OSI el modelo es bueno, los protocolos malos; en TCP/IP ocurre al revés n En OSI los productos llegaban tarde, eran caros y tenían muchos fallos n En TCP/IP los productos aparecían rápido, estaban muy probados (pues los usaba mucha gente), y a menudo eran gratis n Nosotros seguiremos el modelo OSI (modificado) pero veremos los protocolos TCP/IP 36

37 Comparación OSI-TCP/IP CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI n El modelo que utilizaremos es el siguiente: l 5: Capa de aplicación (incluye sesión y presentación) l 4: Capa de transporte l 3: Capa de red l 2: Capa de enlace 2.2: Subcapa LLC (Logical Link Control) 2.1: Subcapa MAC (Media Access Control) l 1: Capa física 37

38 Datos, el modelo TCP/IP CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI 14 bytes Cabecera de enlace 20 bytes Cabec. IP Datagrama 20 bytes Cabec. TCP Segmento IP Datos aplicación TCP 4 bytes Cola de enlace Segmento TCP Datagrama IP Los valores que aparecen para el nivel de enlace se aplican al caso de Ethernet. Según el tipo de red puede haber pequeñas variaciones Trama 2012/2013 R. Sebastian - ARC 38

39 [3] Encapsulación en capas CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Aplicación Transporte Red Enlace Física HDLC IEEE Enlace Física LAN Ethernet HDLC Red Enlace Física HTTP TCP IP PPP V.35 WAN Red Enlace Física IP IEEE IEEE LAN Token Ring 39 Aplicación Transporte Red Enlace Física Servidor

40 Protocolos e información de control CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI n Todo protocolo requiere el envío de algunos mensajes especiales o información de control adicional (se hace añadiendo una cabecera o una cola) al paquete a transmitir n La información de control reduce el caudal útil, supone un overhead n Cada capa añade su propia información de control. Cuantas mas capas tiene un modelo mas overhead se introduce 40

41 Datos, el modelo TCP/IP CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI 14 bytes Cabecera de enlace 20 bytes Cabec. IP Datagrama 20 bytes Cabec. TCP Segmento IP Datos aplicación TCP 4 bytes Cola de enlace Segmento TCP Datagrama IP Los valores que aparecen para el nivel de enlace se aplican al caso de Ethernet. Según el tipo de red puede haber pequeñas variaciones Trama 41

42 Encapsulación en capas Modelo OSI CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI La información de una capa se encapsula en la capa inferior 42

43 CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI Encapsulación en capas 43

44 Servicio orientado y no orientado a conexión CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI n Un Servicio orientado a conexión (CONS) l Establece el canal antes de enviar la información l Ejemplo: llamada telefónica. n Un Servicio no orientado a conexión (CLNS) l Envía los datos directamente sin preguntar antes. Si la comunicación no es posible los datos se perderán l Ejemplo: servicio postal o telegráfico 44

45 Qué servicio es mejor? CONCEPTOS DE REDES Modelo OSI n Servicio orientado a Conexión (CONS): l l l l Se respeta el orden de los paquetes Se mantiene la misma ruta o camino para todos los paquetes Los paquetes no necesitan llevar la dirección de destino Si el canal se corta la comunicación se interrumpe n Servicio No orientado a Conexión (CLNS): l l l l No se respeta el orden Cada paquete ha de llevar la dirección de destino La ruta puede variar para cada paquete La red es más robusta, ya que si una ruta queda inservible se pueden usar otras 45

46 Dirección MAC CONCEPTOS DE REDES Dirección MAC Dirección MAC Tamaño: 48 bits Especificadas en fábrica Grabadas en la ROM 46

47 Direcciones de red CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP n n Cada sistema de comunicación utiliza un identificador, llamado dirección IP, que le diferencia de cualquier otro equipo Las direcciones se agrupan en conjuntos que comparten numeraciones cercanas 2012/2013 R. Sebastian - ARC 47

48 Direcciones IP CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP n n Las direcciones IP están formadas por secuencias de 32 bits Se dividen en cuatro grupos de 8 bits Valor decimal Ejemplo: Cálculo de Binario a decimal, /2013 R. Sebastian - ARC =

49 Clases de direcciones IP CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP n El direccionamiento en redes IP se divide en 5 clases: A, B, C, D y E 2012/2013 R. Sebastian - ARC n n A su vez los bits de la dirección IP están divididos en parte de RED y parte de HOST Dependiendo del número de bits de cada parte diferenciamos las clases 49

50 Clases de direcciones IP (clasificación histórica) CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP n Cada clase se define por el valor de los primeros bits del 1º byte 50

51 Direccionamiento privado CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP Direccionamiento reservado para uso privado Estas direcciones no pueden ser utilizadas en Internet Interesante combinado con un servicio de traducción de direcciones (NAT) 51

52 Dirección IP y máscara CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP n Cuando asignamos dirección IP a una tarjeta de red le tenemos que indicar la máscara que estamos utilizando. Ejemplo: En binario: Dirección: Máscara: Parte red: Parte host: 22 Red con 256 direcciones, desde hasta Parte host a ceros Parte host a unos 52

53 [4] Subredes CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP n n Red de organización formada por varias redes: n Conveniente partir de una red grande que dividimos en trozos más pequeños llamados subredes Ejemplo n Empresa X utiliza la red (desde hasta ) en una LAN enorme n Para reducir el tráfico broadcast decide dividirla formando VLANs, ninguna de las cuales tendrá más de 256 ordenadores. Las subredes podrían ser: VLAN Subred Máscara Rango /2013 R. Sebastian - ARC 53

54 Ejemplo, uso subredes CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP A por /2013 R. Sebastian - ARC 54. VLAN Rtr: VLAN Rtr: VLAN Rtr: VLAN Rtr:

55 Máscaras que no son múltiplo de 8 CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP n Las máscaras no siempre son de 8, 16 o 24 bits. En estos casos la separación de la parte red y la parte host no es tan evidente, aunque el mecanismo es el mismo: En binario: Dirección: Máscara: Parte red: 22 bits Parte host: 10 bits Esta red tiene 1024 direcciones. Rango: La primera y la última no son utilizables 2012/2013 R. Sebastian - ARC 55

56 Posibles valores de las máscaras CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP n n En las máscaras los bits a 1 siempre han de estar contiguos empezando por la izquierda. No está permitida por ejemplo la máscara Los únicos valores que pueden aparecer en cualquier máscara Bits de máscara (n) Binario Decimal = = = = = = = = 255 Máscara (n) = máscara (n-1) + 128/2 n /2013 R. Sebastian - ARC 56

57 Máscaras. Notación concisa CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP n La máscara se puede indicar en su longitud en bits (entre 0 y 32). Notación mucho más concisa al indicar direcciones de interfaces y rutas La interfaz se convierte en /24 La ruta A por se convierte en A /8 por Máscara Bits Máscara Bits Máscara Bits Máscara Bits /2013 R. Sebastian - ARC 57

58 Mini-Redes CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP La red más pequeña que podemos hacer es la de máscara de 30 bits: 30 bits 2 bits Red Máscara: Host En este caso obtenemos cuatro direcciones, de las cuales solo podemos usar dos. Estas redes se suelen utilizar en enlaces punto a punto ya que en este caso solo se necesitan dos direcciones. Ejemplos: Red Rango Broadcast Direcciones utilizables / a y / a y / a y /2013 R. Sebastian - ARC 58

59 Máscaras de tamaño variable CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP n A menudo interesa dividir una red en subredes de diferentes tamaños n Para esto se utilizan máscaras de tamaño variable, es decir, la división red/host no es igual en todas las subredes n Aunque las subredes pueden tener diferente tamaño no pueden solaparse (habría direcciones duplicadas) n La visión que tenemos de las subredes puede variar. Por ejemplo lo que en un sitio de la red se ve como una subred /22 (1024 direcciones) puede dividirse en varias /24 (256 direcciones) cuando nos acercamos 2012/2013 R. Sebastian - ARC 59

60 Subredes con máscara de long. variable (VLSM) CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP A /22 por A /23 por A /0 por Internet /30 A /16 por X A /24 por A /0 por / /30 A / /30 D /24 Agregación de rutas /30 A /23 por A /0 por / / / / / / /30 A /0 por /2013 R. Sebastian - ARC 60 B E A /0 por C /23

61 División de una red clase C CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP Sin uso de subredes Disponibles 254 Direcciones NOTA: = /2013 R. Sebastian - ARC 61

62 División de una red clase C CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP Subred Subred Subred Subred /2013 R. Sebastian - ARC 62

63 Valor de la máscara de subred CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP à = / à = / à = / à = / /2013 R. Sebastian - ARC 63

64 Relación subredes/host en clase C CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP (Máscara de subred de 3 bits =.224) (Campo hosts 5 bits = 32 direcciones-2 = 30) 2012/2013 R. Sebastian - ARC 64

65 Resumen subredes clase C CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP 2012/2013 R. Sebastian - ARC 65

66 Ejemplo creación de subredes CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP Red empresa: /24 48 PCs 16 PCs Subred de al menos 48 PCs de tamaño: Tamaño campo HOST: 6 bits = 63 Pcs Tamaño campo SUBRED: 2 bits 2012/2013 R. Sebastian - ARC / / / /26

67 Ejemplo creación de subredes CONCEPTOS DE REDES Direccionamiento IP Red empresa: / / / / / / / / / / /2013 R. Sebastian - ARC / / / / /26 67

68 Cuestiones Test 1. Cuáles de los siguientes equipos puede utilizar un administrador para dividir su red en segmentos? (selección múltiple) A. Hubs B. Repetidores C. Switches D. Bridges E. Routers F. Convertidores de medios G. Todos los anteriores 2. Qué equipos de capa 1 pueden ser utilizados para extender el área cubierta por un único segmento LAN? (selecciona dos) A. Switch B. Router C. NIC D. hub E. Repetidor F. RJ-45 transceiver NOTA: Segmento = dominio de colisión 68

69 Cuestiones Test 3. Has descargado un fichero desde un FTP en Internet. Cuál es el número de la capa más elevada del modelo OSI que has usado? A. Aplicación B. Presentación C. Sesión D. Transporte E. Red F. Enlace G. Física 4. Has configurado correctamente un equipo usando una IP estática, pero el gateway por defecto está mal definido. Qué capa del modelo OSI será la primera en ser afectada? A. Capa 1 B. Capa 2 C. Capa 3 D. Capa 4 E. Capa 5 F. Capa 6 G. Capa 7 69

70 Cuestiones Test 5. Qué capa del modelo OSI es la responsable de asegurar el transporte confiable de extremo-a-extremo? A. Aplicación B. Presentación C. Sesión D. Transporte E. Red F. Enlace 6. Qué capa del modelo de referencia OSI es la encargada del routing de datos, es decir, se encarga de encontrar el camino desde el host origen al host destino A. Capa 1, Física B. Capa 2, Enlace C. Capa 3, Red D. Capa 4, Transporte E. Capa 5, Sesión F. Capa 6, Presentación E. Capa 7, Aplicación 70

71 Cuestiones Test 7. Tres direcciones se muestran en binario a continuación. Indica la opción correcta: X ( , a public class A IP address) Y ( , a private (RFC 1918) IP address) Z ( in decimal, a public class C address) A. La dirección Z es una dirección clase C pública. B. La dirección Z es una dirección clase C privada. C. La dirección Y es una dirección clase B pública. D. La dirección X es una dirección clase A pública. E. La dirección Y es una dirección clase B privada. F. La dirección X es una dirección clase A privada. 8. Qué se entiende por el proceso de encapsulación? A. Es la operación de pasar los datos a través de las diferentes capas B. Es una operación en la que cada capa añade sus cabeceras y después lo pasa a la capa inferior C. B. Es una operación en la que cada capa quita sus cabeceras y después lo pasa a la capa superior D. Es un proceso por el cual se comunican dos capas del mismo nivel en dos equipos diferentes 71

72 Cuestiones Test 9. La red IP con una máscara de red /24, cuántas redes y direcciones de host permite usar? A. 1 red con 254 hosts B. 4 red con 128 hosts C. 2 red con 24 hosts D. 6 red con 64 hosts E. 8 red con 36 hosts 10. Cuáles de las siguientes direcciones son privadas? A B C D E