Redes de Datos (2012) Docentes: Gabriel Gómez Sena (ggomez@fing.edu.uy) Eduardo Cota (cota@fing.edu.uy) Alvaro Valdés (valdes@fing.edu.uy) Federico Morales (fmorales@fing.edu.uy) 1 Bibliografía Transparencias y notas de la asignatura Andrew S. Tanenbaum Computer Networks, Fourth Edition, Prentice Hall, 2003 James F. Kurose, Keith W. Ross Computer Networking, Fifth edition, Addison Wesley, 2010 Andrew S. Tanenbaum Computer Networks, Third Edition, Prentice Hall, 1996 W.R.Stevens, TCP/IP Illustrated, Addison Wesley, 1994 Douglas Comer, TCP/IP, Tercera Edición, Prentice Hall, 1996 4 Características Horarios TEORICO: Lunes y Miércoles de 10:30 a 12:30, Salón 002 LABORATORIOS: 8 clases de laboratorio Laboratorio de Software del IIE (Sub-Suelo) Grupo 1: Martes de 18:30 a 21:30 Grupo 2: Jueves de 18:30 a 21:30 Metodología Teórico 2 clases semanales de 2 horas Laboratorios Importante estar al día con el teórico 8 clases de 3 horas en el semestre Parciales 2 parciales 50 puntos cada uno 2 5 Características Sitio de cursos del IIE https://iie.fing.edu.uy/cursos/ Material en la página del curso: https://iie.fing.edu.uy/cursos/course/view.php?name=redes Créditos: 10 Previaturas: Ver http://www.bedelias.edu.uy 3 Aprobación del curso Teórico Laboratorio Parciales (sobre suma de puntos de parciales) Examen Grado Asistencia libre 80% de asistencia aprobación de pre-informes aprobación de informes Si se aprueba el laboratorio, >= 60% se exonera Entre 25% y 60% examen <25% se recursa Escrito y oral para la franja del medio (entre 25% y 60%) Actualización 80% de asistencia 80% de asistencia >= 60% en los parciales (recomendado) (opcional: rendir examen) Una instancia al finalizar el curso (requerido para certificado de aprobación) 6 1
Laboratorio Para cada clase de laboratorio se entregará el siguiente material: Instructivo Información sobre el contenido del laboratorio Pre-informe Formulario en línea para realizar individualmente al comienzo de la clase (sólo un laboratorio con pre-informe en papel) Informe Formulario en papel para llenar durante el desarrollo del laboratorio Los materiales deben traerse impresos a la clase de laboratorio Aprobación del laboratorio Pre-informe individual obligatorio que debe ser entregado o realizado en línea al comenzar la clase Informe grupal obligatorio que debe ser entregado al finalizar la clase Se requiere un 80% de asistencia y la aprobación de pre-informes e informes Guía de la clase Redes de computadoras Ventajas de las redes Clasificación de redes Tecnologías por difusión o punto a punto Red de acceso y núcleo de red (core) 7 10 Objetivos Al finalizar, el estudiante será capaz de: Comprender los conceptos fundamentales de las redes de datos Comprender la necesidad del modelo de capas, sus objetivos y funciones Describir los principales protocolos de cada capa, sus características y ámbito de aplicación Describir y analizar ejemplos de redes usados en la realidad 8 Introducción Modificación del viejo concepto de centro de cómputos a los sistemas basados en computadoras interconectadas Viene de la mano de la miniaturización en electrónica Computadoras + Comunicaciones = redes de computadoras computadoras autónomas interconectadas para intercambiar información 11 Objetivos Se jerarquizará la comprensión conceptual de los temas y su aplicación a situaciones de la realidad Se intentará desarrollar la comprensión crítica de los temas dando elementos para juzgar en casos concretos la posibilidades de aplicación de diferentes soluciones técnicas evaluando ventajas, problemas de implementación, costos, etc. 9 Ventajas de las redes Compartir recursos Aumento de la confiabilidad Ahorro (PCs versus Mainframes) Modalidad Cliente - Servidor Escalabilidad Medio de comunicación 12 2
Modelo Cliente-Servidor Máquina cliente Proceso Cliente Pedido Máquina servidor Respuesta Proceso Servidor Red de acceso y núcleo de red Red de acceso Diferentes formas de lograr acceso a la red Redes de área local (LAN) (Ethernet, WiFi) ADSL Celular 4G, 3G, 2G (LTE, EDGE, GPRS) WiMAX Cable Modems, HFC Fibra óptica, FTTH Núcleo de red (Core) Corazón de la red conectividad global Altas velocidades 13 16 Medio de comunicación comunicación interpersonal correo electrónico (e-mail) telefonía electrónica reuniones virtuales (video conferencia) acceso a información remota acceso a computadoras remotas (telnet, ssh, escritorio remoto) navegación (WWW) y transferencia de archivos (ftp) grupos de trabajo dispersos, compartir información entretenimiento interactivo Redes de Área Local (LAN) Tamaño limitado peor caso de tiempo de transmisión acotado administración simplificada Transmisión por difusión velocidades de 10..100 Mbps, 1 GBps, 10 GBps demoras muy bajas (decenas de microsegundos) baja tasa de errores Topologías propias bus (IEEE 802.3 ethernet) anillo (IEEE 802.5 token ring) 14 17 Clasificación de las redes Según la tecnología de transmisión: redes por difusión (broadcast networks) las estaciones comparten un canal (Ej. Ethernet) redes punto a punto enlaces entre equipos (Ej. Conexión por módem) (entre paréntesis) 1 kilo son 1000 o 1024? A nivel de capacidades de memoria: 1 kilo byte son 1024 bytes A nivel de velocidades de transmisión: 1 kilo bit/segundo (o 1 kbps) son 1000 bits por segundo 15 18 3
Topologías LAN Bus Estrella Anillo (ring) 19 Redes WAN Principios de funcionamiento: En general usan conmutación de: paquetes (packet-switching, store-and-forward) o celdas (paquetes pequeños y de igual tamaño) En general son áreas o zonas interconectadas con enlaces punto a punto y eventualmente utilizan múltiples topologías Interconexión de redes (Interredes) formadas por la interconexión de redes Ejemplo típico: Internet 22 Núcleo de la red Redes de Área Amplia (WAN) Conectividad global Componentes: máquinas que corren aplicaciones (hosts) subred de comunicaciones (subnet) líneas de transmisión (enlaces punto a punto, circuitos, canales, troncales) enrutadores (routers, conmutadores, switches) Conmutación de paquetes A Se almacena el paquete Se toman decisiones Se reenvía el paquete Eventualmente los paquetes pueden tomar diferentes caminos B 20 23 Esquema de WAN Cable Módem subrred WiFI enrutador host núcleo de red Celular LAN red de acceso 21 Clasificación de las redes Clasificación por tamaño, alcance o ámbito Según el tamaño PAN (Personal Area Network) LAN (Local) WLAN (Wireless Local) CAN (Campus) MAN (Metropolitana) WAN (Wide) 24 4
Tecnologías Cables de par de cobre Cables coaxiales Fibra óptica Enlaces de radio Redes inalámbricas Ejemplo: diálogo real Idea! Filósofo inglés Traductor inglésalemán Secretaria Texto en inglés Texto en alemán Comparto! Filósofo francés Traductor francésalemán Secretaria Texto en francés Texto en alemán Fax, mail, etc 25 28 Guía de la clase Arquitectura de redes Modelo de capas Pila de protocolos Aspectos de diseño Interfaces, capas, servicios, primitivas Clasificación de servicios Calidad de servicio Ejemplo: diálogo virtual Filósofo inglés Traductor inglésalemán Secretaria Idea Texto en alemán Secuencia de palabras Filósofo francés Traductor francésalemán Secretaria 26 29 Arquitectura de redes Modelo de capas para el diseño y análisis Organización por capas cada capa realiza un conjunto bien definido de funciones que ofrece como servicios a las capas superiores Arquitectura de redes 27 30 5
Modelo de capas Entidades elementos activos en las capas hay entidades de software (procesos) o de hardware (chips inteligentes de I/O) las entidades de la capa N implementan los servicios de esa capa que son usados por las entidades de la capa N+1 Parejas de entidades entidades de capas iguales en máquinas diferentes Pila de protocolos 31 34 Modelo de capas Protocolos horizontales las parejas de entidades se comunican por protocolos de la capa Transferencia vertical de la información el flujo real de información transcurre verticalmente por debajo de la capa 1 está el medio físico por encima de todo está el usuario Aspectos de diseño Direccionamiento identificar y seleccionar máquinas identificar y seleccionar procesos en las máquinas Reglas de la transferencia de datos modalidades simplex, half-duplex, full-duplex prioridades 32 35 Modelo de capas Arquitectura de red un conjunto de capas y protocolos Pila de protocolos (stack de protocolos) el conjunto de protocolos utilizados en una arquitectura de red Aspectos de diseño Control de errores detección de errores corrección de errores secuenciamiento de los mensajes Control de flujo transmisor rápido hacia receptor lento 33 36 6
Aspectos de diseño Control del tamaño de los mensajes desensamblado y reensamblado de mensajes largos optimización del uso del canal (agrupamiento de mensajes cortos) Administración de las conexiones multiplexación por economía demultiplexación por eficiencia Servicios Orientados a Conexión (Connection Oriented, CO) Hay tres fases de la comunicación se establece conexión se usa la conexión se libera la conexión No necesariamente hay garantía de orden de la información No necesariamente todos los paquetes recorren el mismo camino 37 40 Interfaces y Servicios Interfaces entre capas mecanismo de comunicación entre capas aislamiento de los detalles de implementación minimización del volumen información de control entre capas Puntos de acceso a los servicios cada capa ofrece estos puntos para acceder a sus servicios (Service Access Point) cada SAP está identificado por una dirección 38 Servicios No Orientados a Conexión (Connection Less, CL) No se requiere trámite previo para enviar información cada mensaje porta toda la información de direccionamiento No hay garantía de orden de la información No necesariamente todos los paquetes recorren el mismo camino 41 Clasificación de los servicios Servicios orientados a conexión Servicios no orientados a conexión Servicios confiables Servicios no confiables Calidad de Servicio Diferentes niveles, por ejemplo en cuanto confiabilidad (pérdida de información, retardo, variación de retardo) En general, mayor confiabilidad lleva a mayores demoras 39 42 7
Combinaciones posibles Orientado a conexión No orientado a conexión Confiable X X No confiable todas las combinaciones son en principio posibles aunque hay algunas más razonables X X Ejemplo de primitivas 1. CONNECT.request 2. CONNECT.indication 3. CONNECT.response 4. CONNECT.confirm 5. DATA.request 6. DATA.indication 7. DISCONNECT.request 8. DISCONNECT.indication 43 46 Primitivas de servicio Un servicio se especifica formalmente mediante un conjunto de primitivas Las primitivas son las operaciones disponibles para el usuario del servicio Son indicaciones para que el servicio haga algo o para que avise si la entidad par hace algo Terminología Capas Servicios Primitivas Protocolos Entidades Entidades pares Interfaces 44 47 Primitivas de servicio Primitiva Significado Solicitud request una entidad desea que el servicio realice alguna actividad Indicación indication una entidad es informada de algún evento Respuesta response una entidad desea responder a un evento Confirmación confirm la respuesta a una solicitud anterior ha llegado 45 8