Pr. Dr. Xavier Bonnaire

Transcripción

1 Pr. Dr. Xavier Bonnaire Slide 1

2 Introducción Que es una red de computadores? Conjunto de computadores conectados por enlaces (links) de comunicación Varios tipos de computadores (PC, Servidores, Super-Computers,...) Varios tipos de tecnologías de red (tipos de conexiones) Interconexión de redes Dos o más redes Definición recursiva Una red es un conjunto de computadores o de redes conectados por enlaces (links) de comunicación Una red puede tener también equipos activos como Hubs y Switch Routers Sondas, etc... Slide 2

3 Porque una red? Para compartir informaciones y recursos Discos y archivos Impresoras Acceso a Internet Para ofrecer servicios a otro computadores Servidor de impresion Servidor de Base de Datos Servidor Web Para acceder a recursos de otras redes Interconexión (INTERNET) Computación científica Slide 3

4 Crecimiento de INTERNET Crecimiento de Internet / Computadores registrados en el DNS Número de computadores Año Slide 4

5 Requerimientos de una red Que esperamos de una red? El Usuario requiere acceso a la red y servicios Con diferentes calidades de servicios La Web no requiere la misma calidad de servicio que un flujo de video (video stream) El diseñador de la red requiere realizar un diseño costo/efectivo Mejor calidad de acceso y de servicios para el menor costo El proveedor de red necesita facilidades de administración Administración de los equipos físico Administración de los servicios Aislamiento de fallas / recuperación de fallas Slide 5

6 Requerimientos de conectividad Una red Debe proveer conectividad entre computadores y otras redes Pocos computadores (red de casa, de empresa,...) Hasta una cantidad enorme de computadores (Internet) Debe ser escalable Propiedad de una red de poder crecer hasta un tamaño determinado o hasta un tamaño arbitrario Una red universitaria o una red de una empresa crece hasta un tamaño máximo (no más que puede soportar el edificio) Internet puede crecer hasta un tamaño arbitrario Se dice que INTERNET es la red de toda las redes Slide 6

7 Conectividad Hay varios niveles de conectividad De punto a punto Conexión directa entre dos computadores Nodo (host) De Acceso Múltiple (con limitaciones de escalabilidad) Slide 7

8 Redes de conexión indirecta La conexión entre computadores puede ser indirecta Redes de PACKET SWITCHING La unidades de informacion que se transmiten se llaman Paquetes o Mensajes Switched Nework Slide 8

9 Mecanismo Store and Forward Las redes Packet Switched utilizan una técnica de Store and Forward Cada switch o nodo interno almacena los paquetes y posteriormente lo transmite (buffuring) Switched Nework Switch Host Almacena paquetes y los despacha Slide 9

10 Internetwork Es un conjunto de redes distintas interconectadas Red 2 Red 4 Router o Gateway (la misma funcion de un switch a nivel de red) Red 1 Red 3 Cada nodo tiene una dirección Slide 10

11 Modos de Comunicaciones Otro requerimiento para una red es el soporte para Unicast: Envío de un mensaje de un nodo (host) a otro nodo (host) de la red También se llama comunicación de punto a punto Multicast: Envío de un mensaje de un nodo (host) a un grupo de nodos (hosts) de la red Broadcast: Envio de un mensaje de un nodo (host) a todos los nodos (hosts) de la red Slide 11

12 LAN, MAN y WAN Caracterización de las redes por el tamaño LAN (Local Area Network) Redes de tamaño pequeño (edificio, empresa,...) Generalmente con menos de 1km de largo MAN (Metropolitan Area Network) Redes de tamaño mediano Típicamente una ciudad, una región, una empresa o universidad con más de un sitio A rededor de 10Km WAN (Wide Area Network) Redes de gran tamaño Red nacional de un país, red de interconexión universitaria, Internet,... No tiene limite en su tamaño Slide 12

13 SAN (System Area Network) Se usan Para conectar procesadores con paralelismo masivo Para conectar servidores de almacenamiento Localidad Su área geográfica se reduce a una habitación donde se conectan varios componentes de un grande sistema computacional Interfaces HiPPI (High Performance Parallel Interface) Fiber Chanel Infiniband (la más Up To Date) Slide 13

14 Packet Switching / MUX y DEMUX STDM (Synchronous Time Division Multiplexing) Idea del Packet Switching Multiplexion de muchos flujos de datos sobre un link simple Slide 14

15 Canales Abstractos Se puede ver la red como proveedora de canales abstractos entre aplicaciones Host 1 Host 4 Aplicación Host 2 Red Aplicación Host 5 Host 3 Slide 15

16 Canales Abstractos Existen distintos tipos de aplicaciones sobre las redes Cada tipo de aplicación define un determinado canal abstracto en la red Estos canales están manejado por dos tipos de protocolos Request / Reply (RRP) tambien conocido como Client / Server El cliente manda un Request al Servidor El servidor constesta Ejemplos: FTP, HTTP (Web), BD Message Stream (MSP) Flujo continuo de datos Ejemplos: Video, MP3 Stream, Telefono IP,... Slide 16

17 Protocolos Request / Reply (RRP) Propiedades Mensaje de request cortos Ejemplo HTTP: GET /pub/www/index.html HTTP/1.1 Host: Respuestas cortas o largas Ejemplo HTTP: El archivo HTML de la pagina Web Generalmente no se acepta perdidas de mensaje Existen unos protocolos RRP que aceptan perdidas de mensajes Cliente RED Servidor Request / Reply Slide 17

18 Protocolos Message Stream (MSP) Tipo de tráfico Full Duplex (FDX) Los dos lados pueden emitir y recibir al mismo tiempo Half Duplex (HDX) Un lado no mas puede emitir al mismo tiempo Orden de los mensajes Se debe garantizar el orden de los mensajes No es necesario que todos los mensajes sean recibidos Ejemplos Video bajo demanda (On Demand Video) Teleconferencias Internet radios Slide 18

19 Arquitectura de Redes Que es una arquitectura de red? Una organización física de la red Nodos (hosts) Switch / Routers Asignación de direcciones,... Una organización lógica de la red Sistema de comunicaciones complejo Abstracciones Capas de redes Tambien puede incluir Requerimientos de escalabilidad Requerimientos de seguridad Slide 19

20 Capas de Redes Entender, diseñar y construir una red Tarea compleja que se puede dividir en tareas más pequeñas Tradicionalmente el problema se divide en varias capas Cada capa es responsable de proveer uno o varios servicios a la capa superior, usando uno o varios servicios de la capa inferior Cada capa se comunica con su capa par en otro nodo (host) usando uno o varios protocolos Existen dos modelos de capas El modelo OSI El más completo pero también el menos usado El modelo TCP/IP El más conocido y el más usado Slide 20

21 Niveles en una Arquitectura de Redes Modelo General de Capas Programas de Aplicación Conexión Proceso - Proceso Conexión Host - Host Niveles más abstractos de servicios Hardware Slide 21

22 Acquitectura de Redes Aplicaciones Request / Reply Chanel Message Stream Chanel Conexión Host - Host Hardware En la realidad, las arquitecturas son más complejas que una secuencia lineal de niveles A veces, un nivel provee múltiples abstracciones Slide 22

23 Protocolos Un protocolo Provee un servicio de comunicación que los niveles superiores usan para intercambiar mensajes Un protocolo define 2 interfaces diferentes Service Interface En el mismo computador, define las operaciones que los objetos locales pueden hacer sobre el protocolo Peer Interface Define la forma y el sentido de los mensajes que se intercambian entre las máquinas (entre mismo niveles) Un nivel de red puede proveer más de un protocolo Slide 23

24 Interfaces de Protocolos Host 1 Host 2 Objeto de alto nivel Objeto de alto nivel Service Interface Protocolo Peer Interface Peer Interface Service Interface Protocolo Slide 24

25 Grafo o Stack de Protocolos Web Application DB Application Video Application Igual RRP MSP Host 1 HHP Host 2 RED Slide 25

26 Grafo o Stack de Protocolos Descripción del ejemplo RRP : Request / Reply Protocol HHP : Host to Host Protocol Un programa de aplicación de Host 1 desea comunicar con su correspondiente en Host 2 Usando el servicio de comunicación ofrecido por RRP RRP invoca el servicio ofrecido por HHP Se dice que las aplicaciones usan los servicios ofrecidos por el Stack de protocolos RRP/HHP Slide 26

27 Encapsulación Programa de Aplicación Datos Datos de la aplicación RRP Transporte RRP Datos Datos de RRP HHP Red HHP RRP Datos Datos de HHP DLP Data Link DLP HHP RRP Datos Datos de DLP Slide 27

28 Encapsulación Programa de Aplicación Programa de Aplicación RRP RRP RED HHP DLP HHP RRP Datos HHP DLP DLP Host 1 Host 2 Slide 28

29 Estándares de Arquitecturas Existen 2 estandares de arquitecturas El Modelo OSI Norma del ISO (International Standards Organization) El más complejo 7 Capas Muy poco usado en redes El modelo TCP/IP Norma del IETF (Internet Engineering Task Force) 4 Capas Más simple Más eficiente El más usado en las redes El más conocido Slide 29

30 Arquitectura OSI Modelo OSI Es una guia para diseñar redes 7 Capas Application Presentation Session Transport Network Data Link Nivel de las aplicaciones Nivel de representación de datos Nivel de flujos de datos para una aplicación Nivel de los canales abstractos Nivel de red, servicios Host-to-Host Nivel Enlace de datos Hardware Parte física de la red, tarjeta de red,... Slide 30

31 Arquitectura OSI Host 1 Host 2 Application Application Presentation Session Solo en End Host Presentation Session Transport Router Router Transport Network Network Network Network Data Link Data Link Data Link Data Link Physical Physical Physical Physical Slide 31

32 OSI Capa Física (Physical Layer) Capa Física Transmitir bits sin estructura sobre un enlace de comunicaciones Problemas que resuelve: Tamaño y forma de los conectores Convertir bits en señales eléctricas En una red puede existir diversos tipos de capas física Cable, Fibra Óptica,... Tarjetas 10, 100, 1000Mbits,... Slide 32

33 OSI Capa Enlace de Datos (Data Link) Capa Enlaces de Datos Transmitir pedazos de información a través de un enlace Problemas que resuelve: Detección de corrupción de datos Corrección de datos Coordinación de uso de medios físicos compartidos Es común que diferentes enlaces de datos implementan diferentes capas de enlace de datos Slide 33

34 OSI Capa de Red (Network) Capa de Red Permitir que cualquier par de host en la red se puedan comunicar entre sí. (servicio host a host) La capa de red es responsable de encontrar un camino entre dos host a través de un conjunto de nodos Problemas que resuelve: Cálculo de ruta Fragmentación y reesamblado de paquetes Slide 34

35 OSI Capa de Transporte (Transport) Capa de Transporte Establece un canal abstracto Proceso a Proceso Problemas que resuelve: Errores que se cometen en la capa de red tales como: Pérdida de paquetes Paquetes duplicados Reordenamiento de paquetes Los protocolos de esta capa y de las capas superiores corren en los hosts y no en los nodos intermediarios (routers,...) Slide 35

36 OSI Capa de Sesión (Session) Capa de Sesión Ofrecer servicios sobre un flujo full-duplex confiable proporcionado por el nivel de transporte Permite el manejo de potencialmente diferentes flujos de transporte que son partes de la misma aplicación Ejemplos: Stream de audio y vídeo que se combinan para una vídeo conferencia Stream de audio y vídeo de una película (on demand video) Slide 36

37 OSI - Capa de Presentación (Presentation) Capa de presentación Representación de los datos Diferentes tipos de procesadores LITTLE ENDIAN BIG ENDIAN Números de bits (16, 32, 64, 128) El modelo OSI supone el uso de la norma ASN 1 ASN 1 = Un lenguaje para definir estructuras de datos Slide 37

38 OSI - Capa de Aplicaciones (Application) Capa de Aplicaciones Aplicaciones de red FTP Web Vídeo Conferencia Virtual Terminal... Slide 38

39 Modelo Internet - TCP/IP Inicialmente ARPANET Proyecto financiado por ARPA (Advanced Internet Research Project Agency) Universities of UCLA, Stanford, Utah Solamente 4 capas: Transport -TCP/UDP Intenet - IP Application Las aplicaciones son libre de utilizar los protocolos que quieran Network Access Slide 39

40 TCP/IP Grafo de Protocolos Grafo parcial FTP HTTP VT NFS TCP UDP IP Red 1 Red 2 Red 3 Slide 40

41 Modelo TCP/IP Filosofía central Cualquiera puede proponer un protocolo, pero se debe entregar Una especificación del protocolo Uno o dos implementación representativa IETF: Internet Engineering Task Force Slide 41

42 Construir una aplicación de red Cada protocolo provee un conjunto de servicios La API (Application Programming Interface) provee la sintaxis a través de la cual es posible obtener esos servicios Existen varias interfaces pero la más conocida es la interfaz Sockets de UNIX Un socket es la conexión entre entre una aplicación y la red Una aplicación puede tener varios sockets La ventaja que tiene la interfaz socket de UNIX es que una vez un socket creado, el acceso a la red se ve casi como un acceso a un archivo Uniformidad de los acceso a los recursos de UNIX Slide 42

43 URL Relacionados IETF Internet Society ACM (Association for Computer Machinery) IEEE Computer Society ATT Research Slide 43