Contenido del Curso - LDC Noticiasfigueira/Cursos/redes/Material/Tema1.pdf · cómo se comunica...

Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 1

Curso deRedes Computadores 1

Tema 1Introducción a las Redes de Computadores


Objetivo Al finalizar el curso los estudiantes

tendrán un conocimiento básico sobre la noción de protocolo de comunicación, la estructura de software/hardware de redes locales, las funciones principales de las capas de software en el modelo TCP/IP y algunos modelos de programación en redes, en especial el modelo cliente-servidor.


Perspectivas Usuario de la Red Diseñadores e Instaladores de Red Administradores de Redes Proveedores de Servicios (de Red)


Contenido del Curso TEMA 1: Conceptos básicos. Internet. Redes locales, de

área ancha, etc. Protocolos de uso e implementación de servicios. Estructuración de software de red por capas. Modelos TCP/IP y OSI. Protocolos basados en pregunta-respuesta. Servicios de red.

TEMA 2: Introducción a Internet (redes IP). Identificadores de máquinas: dirección “física” y dirección IP. Espacio de direcciones IP: dominios y máquinas. Nombres nemónicos: servicio DNS. Asociación número IP <-> nombre DNS.

TEMA 3: Introducción a la capa de transporte. Interfaz de programación en redes. Sockets: par (dirección IP, puerto).

TEMA 4: Estudios de casos de protocolo estándares sobre capas de transporte, tales como RFC822, POP, HTTP.

TEMA 5: Otros modelos de programación en redes: RPC.


Contenido del Curso TEMA 6: Componentes de una red IP. Redes locales. Redes de

difusión, redes punto a punto. Elementos para armar una red local. Medios de transmisión y propiedades. Dispositivos: modems, conmutadores, concentradores (hubs).

TEMA 7: Control y manejo del intercambio de datos sobre un enlace (link). Trama (frame) y sincronización de trama. Control de flujo a nivel de enlace. Transmisión confiable. Control de errores. Detección de errores.

TEMA 8: IP en detalle. Formato de los paquetes. Conmutación, fragmentación y re-ensamblaje. Introducción a enrutamiento. Algoritmos de vector de distancias y de estado de enlace.

TEMA 9: UDP y TCP. Formato de los segmentos. Protocolos. Inducción a control de flujo y control de congestión.

TEMA 10: Introducción a aspectos de seguridad. Encriptamiento. Autentificación.


Curso deRedes Computadores 1

Tema 1Introducción a las Redes de Computadores


Redes de Computadores

Una red de computadores es un conjunto de equipos conectados por medio de cables, señales, ondas o cualquier otro método de transporte de datos, que comparten información (archivos), recursos (CD-ROM, impresoras, etc.) y servicios (acceso a internet, e-mail, chat, juegos), con un objetivo específico.

Redes de Computadores


Redes de Computadores 150 millones de sitios web. 500 millones

de usuarios (2008) Su tamaño se duplica cada 5 años.


Redes de Computadores Internet


Redes de Computadores Un servicio puede ser definido como un

conjunto de actividades que buscan responder a necesidades de un cliente.

El objetivo de una red de Telecomunicaciones es el de intercambiar información entre entidades que pueden estar fisicamente distantes



Modelo Simplificado para las Telecomunicaciones


Un Modelo de Telecomunicaciones Fuente

genera los datos que se transmiten (p.e. teléfonos, computadores)

Transmisor (Tx)

Convierte los datos en señales transmitibles (señales eléctricas a ondas electromagnéticas; cadena de bits a señales analógicas)

Sistema de Transmisión Portador de los datos (líneas de transmisión; enlaces de radio;

red de telecomunicaciones) Receptor (Rx)

Convierte la señal recibida en datos para que pueda ser manejada por el dispositivo destino

Destino Toma los datos que entrantes


Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones Utilización del Sistema de Transmisión: Interfaz entre el dispositivo y el medio de transmisión Generación de la Señal Sincronización Gestión de Intercambio Detección y Corrección de Errores Control de Flujo Direccionamiento y Encaminamiento (Enrutamiento) Recuperación Formato de Mensajes Seguridad Administración de la Red


Modelo Simplificado para la Comunicación de Datos en Redes de Computadores


Redes (networks) Conexión punto a punto entre todas las

entidades no es práctica Dispositivos están muy lejanos entre sí Una gran cantidad de dispositivos necesitaría un

número no práctico de conexiones Número de conexiones necesarias = N x (N-1)/2

Solución es una red de comunicaciones


Modelo Simplificado de Red


Clasificación de las Redes de Computadores WAN (Wide Area Network) Son Públicas o depende

en parte de circuitos comunes de operadores particularesCubren largas distancias (X.25, Frame Relay, ATM, SDH, Sonet)

MAN (Metropolitan Area NetworkPueden cubrir el area de una Ciudad (MetroEthernet)

LAN (Local Area Network)Redes de computadores en un Campus, Organización o una

edificación.La red, por lo general, pertenece al mismo dueño de los equipos

que ésta comunica (Ethernet, WiFi)

PAN (Personal Area Network)Redes de uso personal de muy corto alcance. (Bluetooth, UWB)


Conmutación de Circuitos(Circuit Switching) Mientras dure la comunicación se establece un

camino de comunicación dedicado establecido a través de los nodos de la red

El camino es una secuencia conectada de enlaces físicos entre nodos

En resumen, se establece un canal físico entre ambos extremos que nadie más puede usar mientras dure la comunicación

p.e. Red telefónica


Conmutación de Paquetes (Packet Switching)

Se envían pequeñas unidades (paquetes) de datos, uno a la vez.

Los datos se pueden enviar fuera de secuencia. Los paquetes pasan de nodo en nodo entre fuente

y destino. En cada nodo el paquete se recibe

completamente, se almacena durante un intervalo breve de tiempo y posteriormente se transmite al siguiente nodo

Usado para comunicaciones de terminal a computador y de computador a computador

3

12

4

5


Configuración de una Red


Protocolos Conjunto de reglas que gobiernan el

intercambio de datos entre dos o más entidades

Usado para comunicaciones entre entidades en un sistema

Entidades cualquier cosa capaz de enviar y recibir datos

Aplicaciones de usuarios gestores de e-mail terminales

Un Protocolo es en Redes equivalente a un Algoritmo en la Programación tradicional.


Características de los protocolos La comunicación entre dos entidades

puede ser: Directa o indirecta

Los protocolos pueden ser: Monolítico o estructurado Simétrico o asimétrico Estándar o no-estándar


Directa o Indirecta Directa

Los sistemas comparten un enlace punto a punto o Los sistemas comparten un enlace multi-punto Los datos pueden pasar sin intervención de agentes

activos


Directo o Indirecto Indirecto

Redes conmutadas o Conjunto de redes (Internetworks) o internets La transferencia de datos depende de otras entidades


Monolítico o Estructurado La tarea de la comunicación es

compleja como para ser abordada como una unidad

El diseño estructurado analiza el problema en unidades más pequeñas En lugar de un único protocolo, habrá un

conjunto de protocolos organizados, por ejemplo en una estructura jerárquica en capas


Simétrico o Asimétrico Simétrico

Comunicación entre entidades pares

Asimétrico Cliente/servidor


Uso de Protocolos Estándares o No Estándares


Funciones de los protocolos Encapsulación de mensajes Segmentación y re-ensamblaje de mensajes Control de conexión Entrega ordenada de mensajes Control de flujo Control de Error Direccionamiento Multiplexaje Servicios de transmisión


Encapsulación Se agrega información de control a los

datos Información de dirección: indicar dirección

del emisor y/o del receptor Código detector de errores: se debe incluir

alguna secuencia de comprobación Control del protocolo: se debe incluir alguna

información adicional para realizar las funciones del protocolo que se mencionan más adelanteMensaje

Este es el mensaje a enviar Encabezado Cola


EncapsulaciónSe agrega información de control a los datos

Información de dirección, Código detector de errores, Control del protocolo


Segmentación (Fragmentación)

Los bloques de datos son de tamaño limitado Los mensajes de la capa de aplicación pueden ser muy

grandes Los protocolos de niveles inferiores pueden ser más

pequeños La segmentación ( o fragmentación en TCP/IP) consiste en

dividir los bloques más grandes en otros más pequeños Los bloques de ATM (cells) son de 53 bytes de largo Los bloques Ethernet (frames) son de hasta 1526 bytes de

largo


Control de Conexión Establecimiento de la conexión (orientada a la

conexión) Transferencia de datos Término de la conexión (orientada a la conexión) Puede haber interrupción y recuperación de la

conexión Numeración secuencial de los mensajes enviado,

esto se usa para Entrega en orden Control de flujo Control de error


Transferencia de Datos Orientada a la Conexión


Cuál es la necesidad de una arquitectura de protocolos Por ejemplo para la transmisión de archivos

La fuente debe activar el camino de comunicación o informar a la red cual es su destino

La fuente debe verificar si el destino está preparado para recibir la información

La aplicación de transferencia de archivos en la fuente debe verificar si el sistema de manejo de archivo del destino aceptará y almacenará el archivo para el usuario especificado

Puede requerirse una transformación de formato del archivo

Una tarea es dividida en subtareas Implementadas de forma separada y en capas

dentro de una pila Las funciones se necesitan en ambos sentidos Las capas pares (del mismo nivel) se comunican


La utilidad de un arquitectura jerárquica de protocolos

DHL


Elementos Claves de un Protocolo Para que dos entidades se comuniquen con

éxito, se requiere hablen el mismo idioma. Las entidades deben seguir una serie de

convenciones mutuamente aceptadas a fin de saber: qué se comunica (semántica) cómo se comunica (sintaxis) cuándo se comunica (temporización)


Arquitectura de un Protocolo Tareas de comunicación separadas en

módulos Por ejemplo la transferencia de archivo

podría usar tres módulos Aplicación para la transferencia de archivos Módulo de servicio de comunicaciones Módulo de acceso a la red


Arquitectura simplificada en Transferencia de Archivos

Capa de aplicación

Capa de transporte

Capa de

Acceso

a la red


Requerimientos de Direccionamiento Se requieren dos niveles de

direccionamiento Cada computador necesita una única

dirección de red Cada aplicación en un computador

multitarea necesita una única dirección dentro del computador Puntos de Acceso al Servico (Service Access

Point SAP) El puerto en una red TCP/IP


Redes y Arquitecturas de Protocolos


Unidades de Datos de los Protocolos UDP (Protocol Data Units PDU)

En cada capa, se usan los protocolos para comunicarse

En cada capa se agrega información de control a los datos del usuario

La capa de transporte puede fragmentar los datos del usuario


Operación de una Arquitectura de Protocolo


Arquitectura Estándar de Protocolos Se requieren para la comunicación de dispositivos Los vendedores cuentan con productos con mejor

mercado Los consumidores pueden insistir en equipos

basados en estándares Existen dos estándares principales que son:

El modelo de referencia OSI Nunca fue más alla de las promesas iniciales

Suite de protocolos TCP/IP Más ampliamente utilizado

También existe: IBM Systems Network Architecture (SNA)


Elementos de Estandarización Especificación del protocolo

Dos entidades en la misma capa en sistemas diferentes cooperan e interactúan por medio del protocolo

Las especificaciones del protocolo deben ser precisas Formato de la unidad de datos Semántica de todos los campos Secuencia permitida de PDUs

Definición del servicio Se necesita normalizaciones para los servicios que cada capa

ofrece a la capa superior contigua Descripción funcional de qué servicios está proporcionando No especifica cómo se proporcionan los servicios

Direccionamiento: cada capa suministra a las entidades en la capa superior contigua. Las entidades se identifican mediante SAP Un NSAP(NetworkSAP) indica una entidad de transporte que es

usuaria del servicio de red


Modelo OSI OSI = Open Systems Interconnection Desarrollado por International Organization for

Standardization (ISO) como arquitectura para comunicaciones entre computadores

Objetivo: ser el marco de referencia en el desarrollo de protocolos estándares

Siete capas

Un sistema teórico desarrollado muy tarde! TCP/IP es el estándar de facto


El modelo OSI Es un modelo basado en capas Cada capa desarrolla un subconjunto de

las funcionalidades requeridas para lograr la comunicación

Cada capa se apoya en la capa siguiente de menor nivel para llevar a cabo funciones primitivas

Cada capa provee servicios a la siguiente capa de nivel superior

Los cambios en una capa no requerirán de modificaciones en otras capas de la pila

Capa k +1

Capa k

Capa k - 1


Las capas de la OSI


Estándares específicos por capa


Capas OSI


Capas OSI Física:

Se encarga de la transmisión de cadenas de bits no estructurados sobre el medio físico; esta capa está relacionada con las características mecánicas, eléctricas, funcionales y de procedimiento para acceder al medio físico

Aquí se definen características de la interfaz física entre dispositivos, tales como: Físicas: distancias máximas de transmisión

Mecánicas: especifica las características físicas del conector y sus circuitos

Eléctricas: especifica los niveles de voltaje, velocidades de transmisión de los datos y sincronización de cambio de voltaje

Funcionales: especifica las funciones de cada uno de los circuitos De procedimiento: especifica la secuencia de eventos que se realizan en

el intercambio de flujo de bits a través del medio físico


Capas OSI Enlace de Datos:

Se encarga de activar, mantener y desactivar un enlace, ofreciendo un tránsito confiable de datos a través de un enlace físico

Envía bloques de datos (tramas) llevando a cabo la sincronización, el control de errores , la entrega ordenada de tramas y el flujo necesario

Las capas superiores pueden asumir una transmisión libre de errores

Red: Proporciona conectividad y selección de rutas entre dos sistemas

finales que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas Proporciona independencia a los niveles superiores respecto de las

técnicas de conmutación y de transmisión usadas para conectar los sistemas; es responsable del establecimiento, mantenimiento y cierre de las conexiones

No hace falta enlaces directos origen-destino.


Capas OSI Transporte:

Segmenta y reensambla los datos en un flujo de datos Brinda un servicio de transporte de datos que proteja a las capas

superiores de los detalles de implementación de transporte Se ocupa de temas tales como la confiabilidad del transporte a través

de una interconexión de redes, evitando pérdidas de paquetes, duplicaciones, errores y pérdida de secuencia en los paquetes.

Proporciona seguridad, transferencia transparente de datos entre los puntos finales: proporciona además procedimientos de recuperación de errores, control de flujo origen destino y calidad de servicio.

Sesión: Proporciona el control de la comunicación entre las aplicaciones.

Establece, administra y cierra las conexiones (sesiones) entre las aplicaciones que cooperan

Contempla mecanismos de recuperación: procedimiento para reanudar la transmisión después de ocurrido un fallo

Brinda sus servicios a la capa de presentación


Capas OSI Presentación:

Asegura que la capa de aplicación pueda leer la información enviada por la capa de aplicación de otro sistema

De ser necesario, la capa de presentación realiza una traducción entre varios formatos de representación de datos, usando un formato de representación común

Proporciona a los procesos de aplicación independencia respecto a las diferencia en la representación de los datos (sintaxis)

Algunos ejemplos de servicios específicos de esta capa son:

Compresión de datos Encriptación o cifrado de datos


Capas OSI Aplicación:

Proporciona un medio para que las aplicaciones accedan al entorno OSI

Es la capa más cercana al usuario y brinda servicios de red a las aplicaciones del usuario

Incluye las funciones de administración y en general, a los mecanismos necesarios en la implementación de las aplicaciones distribuidas

Pertenecen a esta capa aplicaciones tales como: Transferencia de archivos Correo electrónico Acceso desde terminales a computadores remotos Etc.


Modelo de Referencia OSI

7 Aplicación6 Presentación5 Sesión4 Transporte3 Red2 Enlace de Datos1 Física

Procesos de red para aplicacionesRepresentación de datos

Comunicación entre aplicacionesConexiones extremo a extremo

Direcciones y mejor rutaAcceso a los mediosTransmisión binaria


Uso de las capas en diferentes dispositivos (Un Retransmisor)


Arquitectura Protocolo TCP/IP Desarrollado por Defense Advanced Research

Project Agency (DARPA) de EEUU para su red de conmutación de paquetes (ARPANET)

Arquitectura comercial dominante Especificada y extensivamente usada antes de

OSI Usado por la Internet global Es un modelo no oficial que trabaja con:

Capa de Aplicación Capa de transporte o Host to host Capa Internet Capa de acceso a la red Capa física


Capa Física Define interfaz física entre

dispositivo de transmisión de datos (p.e. computador) y medio de transmisión o red

Características del medio de transmisión

Niveles de señal Velocidad de datos, etc.


Capa de Acceso a la Red Intercambio de datos entre el sistema final y la

red Proporciona dirección de destino para que la

red pueda encaminar los datos hasta el destino apropiado

Invocar servicios de red como prioridad El software que se use en esta capa

dependerá del tipo de red se han desarrollado estándares para

conmutación de circuitos conmutación de paquetes (X.25) LAN (ethernet)


Capa Internet (IP) Los sistemas pueden ser conectados a

diferentes redes

Funciones de encaminamiento a través de múltiples redes

El protocolo IP (Internet Protocol) se usa en esta capa para ofrecer servicio de encaminamiento a través de varias redes

Implementado en sistemas finales y routers un router es un dispositivo con capacidad de

procesamiento que conecta dos redes y que debe retransmitir datos desde una red a otra siguiendo la ruta adecuada para alcanzar el destino


Capa de Transporte (TCP) Independientemente de la naturaleza de

las aplicaciones se requiere que: La entrega de datos sea confiable Se asegure que todos los datos llegan a la

aplicación destino y además en el mismo orden en que fueron enviados

El Protocolo TCP (Transmission Control Protocol) es el más utilizado para proporcionar esta funcionalidad


Capa de Aplicación Contiene la lógica necesaria para soportar

la comunicación en varias aplicaciones de usuario p.e. para cada tipo distinto de aplicación se necesita un

módulo independiente y con características bien definidas

e.g. Http (Hiper Text Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Tranfer Protocol), SNMP, etc.


Modelo de Arquitectura de Protocolo TCP/IP


OSI vs TCP/IP


TCP La capa usual de transporte en TCP/IP es

Transmission Control Protocol (TCP) Brinda una conexión confiable

Conexión Asociación lógica y temporal entre entidades en

diferentes sistemas

TCP PDU Llamado segmento TCP Incluye puertos de origen y destino (equivalente a SAP)

Que identifican respectivamente a las aplicaciones de los usuarios

Una conexión hace referencia a un par de puertos


UDPUna alternativa a TCP es UDP (User

Datagram Protocol) Envíos no garantizados No se preserva el orden de secuencia de

paquetes No hay protección contra la duplicación de

paquetes Presenta una pérdida de eficienca mínima Añade el concepto de puertos a IP


Conceptos de TCP/IP


Direccionamiento Es el nivel dentro de la arquitectura en el cual las

entidades reciben su nombre

Existe una dirección única para cada sistema final (computador) y enrutador (router)

Dirección a nivel de Red IP o dirección de internet (TCP/IP) Network service access point or NSAP (OSI)

Los procesos dentro de un sistema se asocian a Número de puerto (Port number) (TCP/IP)

Service access point or SAP (OSI)


Seguimiento de una operación simple El Proceso asociado con el puerto 1 en el host A

envía un mensaje al puerto 2 en el host B El Proceso en A envía hacia abajo el mensaje a TCP para

que éste lo envíe al puerto 2 del destino TCP envía información a IP para que el mensaje sea

enviado a B IP envía a la capa de red (p.e. Ethernet) para que lo

envíe al router J Se generan una serie de PDU encapsulados

TCP

IP

A1

Red

B2

TCP

IP

Red

EnrutadoRouter J


PDUs en TCP/IP


Algunos Protocolos de la Suite TCP/IP


Estándares Requerido para permitir la

interoperabilidad entre equipos Ventajas

Asegura un gran mercado para equipos y software estimula la producción masiva reduciendo los costos

Permite que productos de diferentes proveedores se comuniquen

Desventajas Tienden a congelar la tecnología

mientras que un estándar se desarrolla, se revisa y se adopta, ya se habrán desarrollado otras técnicas más eficaces


Organizaciones de Normalización Internet Society ISOC International Organization for Standardization (ISO) creadora

de Open Systems Interconnection (OSI). American National Standards Institute (ANSI). USA miembro de

ISO. Electronic Industries Association (EIA) Desarrolló el EIA/TIA-232

(antes RS-232) y otros. Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) -- IEEE.

Desarrolló IEEE 802.3 e IEEE 802.5. International Telecommunication Union Telecommunication

Standardization Sector (ITU-T) -- ITU-T organización internacional (antes CCITT). Desarrollo X.25 y otros protocolos

Internet Activities Board (IAB) The IAB ha presentado varios Request For Comments (RFC) incluído (TCP/IP) y (SNMP).

ATM forum


Lecturas Adicionales

Tanenbaum. Redes de Computadores. Capítulo 1 (1.1- 1.4 y 1.6)

Stallings, W. Comunicaciones y Redes de Computadores (7th edicion), Prentice Hall. 2004. capítulos 1 y 2

Comer,D. Internetworking with TCP/IP volume I Comer,D. and Stevens,D. Internetworking with TCP/IP

volume II and volume III, Prentice Hall

Halsall, F. Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison Wesley

Web sites for IETF, IEEE, ITU-T, ISO

Contenido del Curso - LDC Noticiasfigueira/Cursos/redes/Material/Tema1.pdf · cómo se comunica...

Documents

Transcript of Contenido del Curso - LDC Noticiasfigueira/Cursos/redes/Material/Tema1.pdf · cómo se comunica...