Redes de Computadores. Tema 1 Introducción a las redes de computadores

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1 (07BJ) (05BR) Redes Redes de Computadores Tema 1 Introducción a las redes de computadores

2 Índice 1. Introducción 1.1 Aplicaciones de las redes 1.2 Esquema general de comunicación 2. Conceptos básicos ([FOR07] C1) 2.1 Configuración del enlace 2.2 Modos de comunicación 2.3 Topologías 2.4 Escala de la red: LAN, MAN y WAN 3. Arquitectura de red ([STA04] C2.2 o [TAN03] C1.3) 4. Modelos de referencia 4.1 El modelo de referencia OSI ([STA04] C2.3) 4.2 El modelo de referencia TCP/IP ([STA04] C2.4) 2

4 1.1 Aplicaciones de las redes En entornos empresariales: Compartición de recursos físicos o lógicos con independencia de su ubicación Servidor de impresión, servidor de ficheros, etc. Ejemplo típico del modelo cliente/servidor Medio de comunicación eficiente , videoconferencia, herramientas de trabajo cooperativo e-business e-commerce Procesamiento distribuido Mayor escalabilidad (facilidad para adecuarse a las necesidades futuras de la empresa), mejor relación coste/rendimiento, y mayor tolerancia a fallos que los supercomputadores 4

5 1.1 Aplicaciones de las redes En entornos domésticos: Compartición de recursos físicos o lógicos locales Acceso a información remota Periódicos, revistas y bibliotecas digitales Medio de comunicación entre personas Chat, IM, VoIP, etc. Ejemplo típico del modelo peer-to-peer Entretenimiento interactivo e-commerce e-learning 5

6 1.1 Aplicaciones de las redes Consideraciones sociales: Derecho de los empleados/empleadores Protección de datos de carácter personal Libertad de expresión Privacidad Virus Spam Phishing 6

7 1.2 Esquema general de comunicación Redes de comunicación de datos Necesidad de transmisión de información Componentes físicos: Hosts (+ interfaz de red) Red: conjunto de dispositivos autónomos (nodos) con capacidad de interconexión Canal de comunicación: línea o enlace de transmisión eléctrica u óptica, o radio Componentes lógicos: Información: datos/instrucciones codificados que tanto el host origen como el host destino pueden manipular Software: manipula/transforma la información a transmitir Comunicación de datos: movimiento de información codificada entre el host origen y el destino por la red 7

8 1.2 Esquema general de comunicación Comunicación de datos: Entre usuarios Entre ordenadores Entre el ordenador y la red 8

10 2.1 Configuración del enlace Punto a punto Canales de comunicación individuales entre pares 10

11 2.1 Configuración del enlace Multipunto o difusión Canal de comunicación compartido Campo de dirección (difusión y multidifusión) Asignación del canal (estática o dinámica) Arbitraje (centralizado o distribuido) 11

12 2.2 Modos de comunicación Símplex Unidireccional Semi-dúplex Bidireccional no simultánea Full-dúplex o dúplex Bidireccional simultánea 12

13 2.3 Topologías Malla Star Bus Ring 13

14 2.4 Escala de la red Redes de área local (LAN) Redes privadas (pocos kilómetros) Difusión (10/100/1000 Mbps) Topología en árbol, bus, anillo o estrella Su tamaño restringido permite usar diseños específicos 14

15 2.4 Escala de la red Redes de área metropolitana (MAN) Redes privadas o públicas de ámbito metropolitano Interconexión de varias LAN / Red de TV por cable 15

16 2.4 Escala de la red Redes de área extensa (WAN) Hosts (privados) Sistema final, ES, o DTE Subred (compañía telefónica o ISP): Línea o enlace de transmisión Elemento de conmutación/router/encaminador/enrutador Sistema intermedio, IMP o DCE Punto a punto: encaminamiento / congestión Topología irregular (almacenamiento y reenvío) 16

17 2.4 Escala de la red Red Académica Española (RedIris) Universidades y centros de I+D españoles 17

18 2.4 Escala de la red Red Académica Española (RedIris) 18

19 2.4 Escala de la red GÉANT 3,500 research/education institutions in 33 countries 19

20 2.4 Escala de la red 20

21 Problemas Problema 1. Un paquete es enviado por un ordenador de la Universidad de Murcia hacia un servidor del Diario Clarín ( que se encuentra en Argentina? Cuántos routers crees que atravesaría y qué ruta seguiría un paquete? Sol.: Visual Route 2008 ( 21

23 3. Arquitectura de red División jerárquica en capas o niveles Cada capa realiza un conjunto de tareas relacionadas Cada capa proporciona servicios a la capa superior (ocultando todos los detalles de implementación) usando únicamente servicios de la capa inferior Las entidades en la misma capa pero en distintos hosts reciben el nombre de procesos pares Los procesos pares dialogan mediante un protocolo Al conjunto de capas (conjuntos de servicios) y protocolos usados en cada capa se le denomina arquitectura de red (pila de protocolos) 23

24 3. Arquitectura de red Ejemplo: arquitectura de red de 5 capas o niveles 24

25 3. Arquitectura de red Servicios, protocolos e interfaces Servicio: especificación funcional de las tareas realizadas por cada capa o nivel Cada proceso par se identifica mediante un SAP (Service Access Point) o punto de acceso al servicio Protocolo: reglas y convenciones que determinan la sintaxis, la semántica y la temporización de la comunicación entre procesos pares Interfaz: conjunto de primitivas que proporcionan un servicio 25

26 3. Arquitectura de red Tipos de servicios Servicio Orientado a Conexión Establecimiento, transmisión de datos, liberación Entrega en orden de la secuencia de bytes transmitida Servicio No Orientado a Conexión Cada mensaje lleva la dirección del destinatario No garantiza la entrega en orden Servicio Confirmado Con acuse de recibo Servicio No Confirmado Sin acuse de recibo Servicio de datagramas: servicio no orientado a conexión no confirmado 26

27 3. Arquitectura de red Flujo de información entre capas Comunicación vertical-horizontal-vertical 27

28 3. Arquitectura de red Arquitectura de red = Capas (servicios) + Protocolos 28

29 Problemas Problema 2. Cada PDU de la capa N se puede encapsular en varias PDU de la capa (N-1) (fragmentación), y varias PDU de la capa N se pueden agrupar en una única PDU de la capa (N-1) (agrupamiento). En la segmentación, es necesario que cada segmento del nivel (N-1) contenga una copia de la cabecera del nivel N? En el agrupamiento, es necesario que cada una de las PDU de la capa N conserve su cabecera o basta una única cabecera de la capa N? 29

31 4.1 El modelo de referencia OSI Modelo de referencia OSI (Interconexión de Sistemas Abiertos) Propuesto por la ISO (Organización Internacional de Estandarización) Criterios para definir las capas Agrupar funciones similares en la misma capa Cada capa debe realizar una función bien definida La función de cada capa debe facilitar la definición de protocolos estandarizados internacionalmente Minimizar el flujo de información a través de las interfaces entre capas adyacentes Equilibrar funcionalidad y número de capas 31

32 4.1 El modelo de referencia OSI Esbozo de las 7 capas o niveles del modelo OSI Físico. Especificaciones mecánicas y eléctricas del interfaz y del medio de transmisión, tipo del medio de transmisión, codificación, sincronización de bit, configuración del enlace, modo de comunicación, topología física, velocidad de transmisión, etc. Enlace. Tramas, direccionamiento físico, sincronización de trama, control de flujo, control de errores, control de acceso, etc. Red. Paquetes, direccionamiento lógico, encaminamiento, control de la congestión, interconexión de redes heterogéneas, etc. Transporte. Comunicación de extremo a extremo, segmentación y reensamblaje, identificación (puntos de servicio), multiplexión, control de flujo y errores de extremo a extremo, etc. Sesión. Control del diálogo, puntos de verificación (checkpoints) Presentación. Sintaxis y semántica de la información, es decir, representación, compresión y seguridad Aplicación. Transferencia de archivos, correo electrónico, mensajería instantánea, conexión remota, etc. 32

33 4.1 El modelo de referencia OSI Esquema de las capas del modelo OSI 33

34 4.2 El modelo de referencia TCP/IP Modelo de referencia TCP/IP Anterior al modelo OSI propuesto por la ISO Origen en la red experimental ARPANET de ARPA (Advanced Research Projects Agency) para interconexión de diferentes redes Toma su nombre de sus dos protocolos principales Capa de red Protocolo IP (Internet Protocol) Entrega de datagramas desde host origen hasta host destino (protocolo no orientado a conexión no confirmado) Encaminamiento y control de la congestión 34

35 4.2 El modelo de referencia TCP/IP Modelo de referencia TCP/IP Capa de transporte (extremo a extremo) TCP (Transmission Control Protocol): Entrega en orden y garantizada de la secuencia de bytes transmitida (protocolo orientado a conexión confirmado) UDP (User Datagram Protocol): Entrega no garantizada de mensajes que pueden llegar fuera de orden (protocolo no orientado a conexión no confirmado) TCP / UDP IP 35

36 4.2 El modelo de referencia TCP/IP Esquema de las capas del modelo TCP/IP 36

37 4.2 El modelo de referencia TCP/IP Flujo de información en el modelo TCP/IP. Ejemplo 1: Puntos de acceso al servicio (puertos) 37

38 4.2 El modelo de referencia TCP/IP Flujo de información en el modelo TCP/IP. Ejemplo 2: Direccionamiento lógico vs. direccionamiento físico 38

39 4.2 El modelo de referencia TCP/IP Internet hoy en día 39

40 4.2 El modelo de referencia TCP/IP Comparación entre el modelo OSI y TCP/IP TCP/IP no distingue claramente entre servicio, protocolo e interfaz como hace OSI TCP/IP se ajusta mejor a la realidad puesto que se definió a partir de protocolos ya existentes TCP/IP no sirve para redes que no los usen 40

41 Problemas Problema 3. Un proceso desea enviar un mensaje de L bytes a su proceso par utilizando una conexión TCP existente. El segmento TCP consta de un mensaje más una cabecera de 20 bytes. El segmento es encapsulado en un paquete IP que tiene 20 bytes adicionales de cabecera. A su vez, el paquete IP es incluido en una trama Ethernet que tiene 18 bytes de cabecera y de cola. Qué porcentaje de los bytes transmitidos en la capa física corresponden al mensaje emitido si L es igual a 100 bytes, 500 bytes ó 1000 bytes? 41

42 Resumen Enlaces punto a punto y multipunto Transmisión símplex, semi-dúplex y full-dúplex Topología de la red: malla, estrella, bus y anillo Escala de la red: LAN, MAN y WAN Concepto de arquitectura de red Jerarquía de capas o niveles Diferencia entre interfaz, servicio y protocolo Modelos de referencia: OSI (teórico) TCP/IP (práctico) 42

43 RedIRIS: GÉANT: Protocolos: RFCs: RFC 2500: Internet Official Protocol Standards Referencia WIKIPEDIA: Acrónimos: TechFest: TechWeb: Webopedia: 43