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Seminario de Redes Luis Tomas Wayar

Introducción a las redes               

Redes de computadoras e Internet ¿Qué es Internet? ¿Qué es una red? Redes de conmutacion de paquetes Tipos de acceso y medios fisicos ¿Que es un protocolo? Pila de protocolos Modelo OSI Capa fisica Capa de enlace Capa de red Capas Transporte Capa de Sesion, Presentacion y aplicación Puntos en contra de OSI OSI vs TCP/IP

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Seminario de Redes – UNJU 2009

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¿Que es internet? 

Desde el punto de vista hardware y software:  Host, routers y enlaces de comunicación 

Protocolos: TCP/IP



Desde el punto de vista de los servicios:  Internet permite a aplicaciones distribuidas intercambiar datos entre ellas. Por ejemplo: telnet, e­ mail, navegación Web, aplicaciones P2P, juegos, …  Internet proporciona dos servicios para las aplicaciones distribuidas: fiable y orientado a conexión y no fiable sin conexión.  En Internet no es posible establecer cuánto tiempo se necesita para enviar datos desde el emisor al receptor.



Tipos de redes (cableadas o inalámbricas):  Broadcast: canal de comunicación compartido ­> posibilidad de múltiples destinatarios (broadcast o multicast). Redes pequeñas en general.  Punto a punto: canales de comunicación dedicados para la comunicación entre dos máquinas.



Tipos de redes según su longitud:  Redes de Área Local (10m­1Km): LAN (Local Area Network)  Medio compartido, 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps (p.e. Ethernet/IEEE802.3) 

Redes de Área Metropolitana (10Km): MAN (Metropolitan Area Network)  Suelen utilizar tecnologías similares a las LAN.



Redes de Área Extendida (>10 Km): WAN (Wide Area Network)  Compuestas habitualmente de líneas de transmisión y elementos de conmutación.  Las líneas transportan los bytes y los elementos de conmutación conectan dos o más líneas de transmisión.

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¿Que es una Red?  Conmutación de circuitos: cuando dos nodos se qui eren comunicar se establece una conexión terminal a terminal.  Los recursos (buffers, ancho de banda, …) necesarios se r eservan a lo largo del recorrido.  La reserva se mantiene durante la sesión.  Por ejemplo: redes de telefonía.

 Conmutación de paquetes:  No hay reserva de recursos.  Los mensajes de la sesión utilizan los recursos bajo dema nda ­> Pueden tener que esperar para poder utilizar los recursos.  Por ejemplo: Internet.

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Redes de conmutacion de paquetes  Se dividen los mensajes originales en paquetes.  Los paquetes se envían a través de los enlaces y los routers.  Los routers utilizan la técnica de transmisión de almacenamiento y reenvío:  El router debe recibir el paquete completo antes de poder transmitir el pri mer bit hacia el siguiente destino ­>Retardo de almacenamiento y reenvío  Para cada enlace, el router dispone de un buffer de salida (o cola de salida), q ue almacena los paquetes a enviar por ese enlace.  Retardo de cola: si el enlace está ocupado con la transmisión de otro men saje ­> Esperar  Pérdida de paquetes: si la cola está llena ­> Es necesario descartar algún paquete (El último en llegar).  Redes de datagramas: el envío de paquetes se realiza en base a la dirección d e destino.  No se mantiene información sobre el estado de las conexiones en los rout ers.  Redes de Circuito Virtual (CV): el envío de paquetes se realiza en base al núm ero de circuito virtual.  Los conmutadores mantienen información del estado de las comunicacio nes entrantes: interfaz de entrada ­ etiqueta de entrada – interfaz de salid a – etiqueta de salida 12/01/09

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Tipos de acceso y medios fisicos  El acceso a la red se divide en tres clases:  Acceso residencial: conecta sistemas terminales del hogar a la red.  Modem telefónico, acceso de banda ancha (DSL – Digital Subscriber Line )  Acceso de empresa: conecta sistemas terminales de una empresa u organismo a la red.  Se utilizan LANs para conectar al sistema terminal al router.  Ethernet conmutada (10 – 100 Mbps, o incluso 1 ó 10 Gbps).  Acceso móvil: conecta terminales móviles a la red.  Wireless LAN: los usuarios móviles transmiten y reciben a través de una estaci ón base (punto de acceso).  Redes de acceso sin cable de área amplia: WAP (Wireless Access Protocol)  Medios de transmisión:  Guiados  Par trenzado: UTP  Cable coaxial  Fibra óptica  No guiados  Canales de radio terrestres (p.e. WIFI, GPRS, 3G, WIMAX)  Canales de radio satélite

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¿Que es un protocolo?  Toda actividad en Internet que implica a dos o más entidades remotas que se comunican están gobernadas por un protocolo.  Protocolo: formato y orden de los mensajes intercambiados entre dos o más entidades que se comunican, así como las acciones que se toman en la transmisión y recepción de un mensaje o evento.  

Conjunto de mensajes válidos Significado de cada mensaje: sintáctico (campos que contiene + formato) y semántico (sign ificado + acciones)

 Un protocolo también se puede ver como un proveedor de servicio:   

Entidades pares usan un protocolo para ofrecer un servicio a una entidad superior. La interfaz de servicio (de las entidades pares) oculta los detalles del protocolo(s) usados p ara proveer el servicio. Por ejemplo, el protocolo FTP ofrece un servicio de transferencia de archivos fiable.

 Diferencia entre Servicio y Protocolo:   

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Las entidades utilizan los protocolos para implementar el servicio que ha sido solicitado por el usuario. Deben ser independientes: podría cambiarse el protocolo sin necesidad de que lo note el u suario (sin cambiar el servicio). Concepto similar a Definición e Implementación de módulos en los lenguajes de programac ión.

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Pila de protocolos  Conjunto niveles de protocolos  Cada nivel hace uso del nivel inferior y proporciona un servicio al nivel superior  Ejemplo: el protocolo de transferencia de ficheros utilizado por protocolo de e­ mail. Pila de protocolos: e­mail, transferencia ficheros y transferencia paquetes.

 Los detalles de implementación de un nivel quedan ocultos al resto de niveles:  La implementación de un protocolo puede cambiar sin afectar a las capas superiore s.

 Ventajas de la estructuración en nivel y protocolos:  Un problema complejo se descompone en piezas pequeñas:  Ejemplo: WWW (HTTP) está en un nivel por superior a TCP e IP y utiliza DNS, ARP, DHCP, RIP, OSPF, BGP, PPP, ICMP.

 Abstracción de los detalles de implementación:  Separación de implementación y especificación.  Se puede cambiar la implementación y mantener la interfaz del servicio.

 Compartimiento por múltiples niveles superiores los servicios de una capa inferior.

 Inconvenientes:  Ocultación de información:  Si no se aplica, los cambios en un nivel implican cambiar todo ­> Violación del principio de layering

 Balance entre ocultación de información y rendimiento del sistema:  Una capa superior puede optimizar su rendimiento conociendo el funcionamiento de l a capa inferior. 12/01/09

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Modelo de referencia ISO ­ OSI  A principios de la década de 1980 el desarrollo de redes sucedió con desorden en muchos sentidos.  La organización Internacional para Estandares (OSI) diseña un conjunto de reglas aplicables de forma general a todas las redes.  El modelo en sí mismo no puede ser considerado una arquitectura, ya que no especifica el protocolo que debe ser usado en cada capa, sino que suele hablarse de modelo de referencia.  Este modelo está dividido en siete capa  Ha tenido gran influencia en el diseñ o de pilas de protocolos  El modelo TCP/IP esta basado en el modelo OSI

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Capa fisica  Definir el medio o medios físicos por los que va a viajar la comunicación: cable de pares trenzados, coaxial, guías de onda, aire, fibra óptica.  Definir las características materiales (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas (niveles de tensión) que se van a usar en la transmisión de los datos por los medios físicos.  Definir las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico).  Transmitir el flujo de bits a través del medio.  Manejar las señales eléctricas/electromagnéticas  Especificar cables, conectores y componentes de interfaz con el medio de transmisión, polos en un enchufe, etc.  Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad de ésta).

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Capa de Enlace  Cualquier medio de transmisión debe ser capaz de proporcionar una transmisión sin errores  Debe crear y reconocer los límites de las tramas, así como resolver los problemas derivados del deterioro, pérdida o duplicidad de las tramas.  Puede incluir algún mecanismo de regulación del tráfico que evite la saturación de un receptor que sea más lento que el emisor.  La capa de enlace de datos se ocupa de:  direccionamiento físico  topología de la red  acceso a la red  notificación de errores  distribución ordenada de tramas  control del flujo.  Posee una dirección MAC (control de acceso al medio) y la LLC (control de enlace lógico).  Los Switches realizan su función en esta capa. 12/01/09

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Capa de Red  Proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas de hosts que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas  Su misión es conseguir que los datos lleguen desde el origen al destino aunque no tengan conexión directa  Ofrece servicios al nivel superior (nivel de transporte) y se apoya en el nivel de enlace  Para la consecución de su tarea:  asigna direcciones de red únicas  interconecta subredes distintas  encaminar paquetes  utiliza un control de congestión  Tipos de servicios:  Servicios Orientados: Sólo el primer paquete de cada mensaje tiene que llevar la dirección destino. Con este paquete se establece la ruta que deberán seguir todos los paquetes pertenecientes a esta conexión. Cuando llega un paquete que no es el primero se identifica a que conexión pertenece y se envía por el enlace de salida adecuado, según la información que se generó con el primer paquete y que permanece almacenada en cada conmutador o nodo.  Servicios no orientados: Cada paquete debe llevar la dirección destino, y con cada uno, los nodos de la red deciden el camino que se debe seguir. Existen muchas técnicas para realizar esta decisión, como por ejemplo comparar el retardo que sufriría en ese momento el paquete que se pretende transmitir según el enlace que se escoja.  A esta capa pertenecen los protocolos: IPv4, IPv6, Ipsec, ARP, BGP, RIP, ICMP, DHCP 12/01/09

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Capa de Transporte  El nivel de red proporciona un servicio extremo a extremo.  El nivel de transporte crea un enlace extremo a extremo multiplexado, con cont rol de errores y de flujo (servicios opcionales)  Control de errores:  Los mensajes llegan a su destino independientemente de que:  Se pierdan paquetes: retransmisión.  Se dupliquen: detección y descarte.  Se corrompan: detección, descarte y retransmisión.  Control de flujo: la velocidad de transmisión del origen se adapta a la velocida d del receptor.  Multiplexa varias aplicaciones sobre la misma conexión extremo a extremo:  Añade un identificador específico para cada aplicación (nº de puerto)  Objetivo: el sistema receptor final pueda llevar los paquetes entrantes a la aplicación correcta.  Internet:  Se multiplexa en base al número de puerto.  TCP ofrece un servicio orientado a conexión y fiable, proporciona control de flujo, de errores y multiplexación.  UDP ofrece un servicio no orientado a conexión y no fiable, sólo proporcio na multiplexación. 12/01/09

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Sesion, Presentacion y Aplicacion  Sesion: capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción  Presentacion: El objetivo es encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres, sonido, imagenes, etc.  Aplicacion: Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos. No proporciona servicios a ninguna otra capa.  Ejemplos de protocolos de aplicación:  HTTP (tcp ­ 80): Servicio web  HTTPs (tcp ­ 443): Servicio web encriptado  SSH (tcp ­ 22): Acceso remoto seguro  SMTP (tcp ­ 25): correo electronico  SNMP (udp ­ 161): administracion de redes  DNS (udp ­ 53): resolucion de nombres 12/01/09

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Puntos en contra de OSI  Mala planificación temporal: TCP/IP se le ha anticipado claramente en el merc ado.  Mala tecnología: Las capas no están bien dimensionadas, las de sesión y aplic ación están casi vacías. De hecho el modelo OSI propuesto por Inglaterra tení a sólo cinco capas.  Protocolos extraordinariamente complejos de especificar e implementar.  Duplicidad de algunas funciones como el control de flujo que aparecen capa tr as capa.  Olvida los servicios no orientados a conexión.  Filosofía del modelo está dominada por la vertiente comunicativa y no la de co mputadoras.  Mala implementación: dada la complejidad del protocolo, las primeras versione s eran complicadas de instalar y lentas en su funcionamiento.  Asociación OSI = mala calidad.  Mala política: OSI fue visto como una imposición política.  TCP/IP se originó por parte de los investigadores como un módulo del UN IX sobre el que se realizaban las implementaciones. Esto provocó que los avances que funcionaban se realizaran sobre máquinas con TCP/IP.

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Osi vs. TCP/IP

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Bibliografía        

Addison Wesley ­ Advanced Linux Networking Addison Wesley ­ W. Richard Stevens ­ TCP­IP Illustrated ­ Vol 1 Comunicaciones y redes de computadoras ­ William Stallings Redes Linux con TCPIP Prentice Hall ­ Pat Eyler Tanembaum, Andrew ­ Redes De Computadores 3Ed William Stallings ­ Comunicaciones Y Redes De Computadores El Modelo OSI http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_OSI Tutorial y descripción tecnica de tcp/ip ­ http://ditec.um.es/laso/docs/tut­tcpip/

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Fin

Muchas gracias Luis Tomas Wayar Abril de 2009 Universidad Nacional de Jujuy

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