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1.II.1© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II

Redes de ComputadoresTema 1: Introducción a las redes de Computadores Parte II


Contenido1. Introducción a las redes de computadores2. Las redes según su cobertura3. Redes de difusión y conmutadas4. Redes de Conmutación de Paquetes (RCP)


1. Introducción a las redes de computadores Noción de red de computadoresClasificación de las redes


Introducción a las redes de computadoresNoción de red Definición de red de computadores:

• Es un conjunto de computadores (y otros equipos) conectados entre sí mediante dispositivos de comunicaciones y medios de transmisión .

Sistema finalHostETD

NODO

NODO

RedMedio de comunicaciones



Introducción a las redes de computadoresElementos de una red Sistema final o host o ETD:

• Equipo origen o destino de los datos. Es donde residen las aplicaciones de los usuarios. Nodo:

• Equipo utilizado para la conmutación de los datos . Hace labores de encaminamiento de la información. Sólo tiene los tres primeros niveles de OSI (únicamente existen en las redes de conmutación).


NODO

Medio de comunicaciones


NODO

Capas superiores

Red

Enlace

Físico

Red

Enlace

Físico

Enlace

Físico

Capas superiores

Red

Enlace

Físico

Red

Enlace

Físico

Enlace

Físico


La capa de red vs. la capa de transporte La capa de red provee a la capa de transporte de servicios CLNS y CONS Entre las tareas de estos servicios están:

• El encaminamiento de los paquetes por la red de datos.• El Control de congestión de los datos por la red.• La Interconexión de subredes distintas.• La Asignación de direcciones de red únicas.

Transporte Transporte

Servicios de red:Control de la Conexión, el Encaminamiento, la Congestión y el Direccionamiento

Protocolo de transporte

Sistema X Sistema Y

NSAP NSAP

NSAP: Network Service Access Point


Clasificación de las redesTecnologíaAplicaciónAspectoTaxonomía

Redes

EmpresarialPúblicas

Privadas

Cobertura

De área local (LAN)

De área metropolitana (MAN)

De área extensa (WAN)

Modo de transferencia

Difusión (broadcast)

Controlada

Contienda

ConmutaciónDe circuitos

De paquetes


2. Las redes según su coberturaRedes LANRedes MANRedes WAN


Redes LANCaracterísticas Características:

• Tecnología broadcast, medio compartido• Cableado específico• Velocidad típica de 1 a 100 Mbps • Extensión máxima típica 3km

Ejemplos:• Ethernet (IEEE 802.3): 1, 10, 100 Mbps (Fast Ethernet)• Token Ring (IEEE 802.5): 1, 4, 16 Mbps• FDDI: 100 Mbps

Origen Destino


Redes MANCaracterísticas Características:

• Alta velocidad• Medios de transmisión: fibra óptica y par trenzado• Múltiples servicios de transmisión de datos, voz y vídeo• 10 Mbit/s ó 20 Mbit/s, sobre cobre y 100 Mbit/s, 1 Gbit/s y 10 Gbit/s mediante FO• Habitualmente interconectan LANs

10Gb

10Mb10Mb

Sede central A

Sede central B

Oficina1 Oficina2


Redes WANCaracterísticas Características:

• Una WAN (Wide área network) es una red que abarca un área geográfica relativamente grande: una ciudad, un país, un continente, incluso el mundo (como Internet)• Alta velocidad• Medios de transmisión diversos (sobre todo satelitales)• Soportan múltiples servicios de transmisión de datos, voz y vídeo• Tiene una tasa de errores superior a las LAN• Aunque puede ser privada, la mayoría se contratan a las compañías telefónicas


3. Redes según el modo de transferencia de la informaciónRedes de difusiónRedes de conmutaciónRed de conmutación de circuitosRedes de conmutación de mensajesRedes de conmutación de paquetes


Redes de difusión Características Características:

• Los datos emitidos por un transmisor son recibidos por cualquier terminal conectado a la red• El medio físico es compartido mediante Técnicas de Acceso al Medio. • Tiene problemas de seguridad• Se puede hacer un envío a múltiples direcciones (multicast) o a todas las direcciones (broadcast).• La ubicación del destinatario es desconocida

Red cableada en bus Red cableada en anillo

Red satelital Red inalámbrica


Redes de difusiónTécnicas de acceso al medio

Dependencia del tiempo(síncrona/asíncrona)

Técnicas de control de

acceso al medio compartido

Repartición

MDF MDT

Compartición

ControladaContienda/contención

Métodos ALOHA

(sin escucha)

Métodos CSMA

(con escucha)


Redes de difusión Control de acceso al medio Control de Acceso al Medio:

• Es el conjunto de mecanismos y protocolos a través de los cuales varios sistemas (ordenadores, teléfonos móviles, etc.) se ponen de acuerdo para compartir un medio de transmisión común (cableado o inalámbrico) Hay dos métodos de control de acceso de medios de comunicación para medios compartidos:

• Controlado: Cada nodo tiene su propio tiempo de usar el medio• Basado en contención: Todos los nodos compiten por el uso del medio

Tengo que enviar un paquete, pero aún no es mi turno… Esperaré.No tengo nada que enviar.

Es mi turno para enviar. Transmitiré una trama ahora.

Trama

Estoy preparado. Transmitiré ahoraTransmitiré cuando esté preparado.

Estoy preparado. Transmitiré ahora

TramaTrama

colisión

Acceso controlado

Acceso basado en la contención


Redes de conmutación Las Redes de conmutación son una colección de nodos interconectados, a través de los cuales los datos van de fuente a destino, sin que les concierna el contenido de los mismos Los datos que entran en la red procedentes de una estación origen se encaminan hacia el destino mediante su conmutación de nodo en nodo.


Redes de conmutaciónde circuitos [1]

Central telefónica

Marcando

Llamando

Aunque varias rutas son posibles, se selecciona una

sola por llamada


Redes de conmutaciónde circuitos [2] Fases de la comunicación:

• 1. Establecimiento del circuito.• 2. Transferencia de datos.• 3. Liberación del circuito.

Inconvenientes:• La capacidad del canal se desaprovecha cuando no se envían datos.• Origen y destino deben transmitir a la misma velocidad.• Congestión de red: el nº de canales es limitado.• Consume muchos recursos de red


Redes de conmutaciónde circuitos. Cronograma

Origen A Destino B

BA

Aceptación

13

4

2

Datos

Proceso de la central

Petición de desconexión

Petición de conexión


Redes de conmutaciónde mensajes [1] El almacenamiento y reenvío es una técnica de conmutación con conexiones punto a punto estáticas, en virtud de la cual los datos (el mensaje) se envían a un nodo intermedio, donde son retenidos temporalmente hasta su posterior reenvío, bien a su destino final, bien a otro nodo intermedio. Cada nodo intermedio se encarga de verificar la integridad del mensaje antes de transferirlo al siguiente nodo Cada mensaje debe incluir en la cabecera de dicho mensaje la dirección del destinatario Nodo de conmutación

de mensajes(almacenamiento y reenvío)


Redes de conmutaciónde mensajes [2]

Nodo de conmutación de mensajes(almacenamiento y reenvío)

Mensaje 1

Mensaje 2

A

B

1

2

3 4

Origen A

A

Datos

Almacenamiento y reenvío

B

Datos

Datos

Cabecera

Cabecera

Cabecera


Redes de conmutación de paquetesConcepto Una red de Conmutación de Paquetes es aquella que posibilita un intercambio de bloques de información (o “paquetes”) entre dos puntos, un emisor y un receptor. En el origen (extremo emisor), la información a enviar se divide en “paquetes” que contienen los datos de usuario y la información de control (dirección de origen y destino, etc.)

RCP

Paquete3

Datos de usuario

Paquete2Paquete3 Paquete1

Información de control

Paquete3

Datos de usuario

Paquete2Paquete3 Paquete1


4. Redes de Conmutación de Paquetes (RCP)Ventajas de la RCPRCP mediante datagramasRCP mediante Circuitos VirtualesEncaminamientoControl de la congestión


Redes de conmutación de paquetesVentajas vs. inconvenientesVentajas Inconvenientes

Consume recursos del

sistema cuando se envía

(o se recibe) un paquete

Intercambio de paquetes

entre hosts de diferentes

velocidades

Mayor eficiencia: enlace

compartido dinámicamente

Tolerancia a fallos de las líneas

Ancho de banda no

garantizado (no apto para

voz y video en TR)

Pérdida y retardo de los

paquetes

Información de control

necesaria


Redes de conmutación de paquetesMediante datagramas

Conmutador de nivel 3 (router)

1

1

1

1

1

23

22

2

4

3

4

4

4

3

3

Paquetes desordenados. El host de destino se encarga

de reordenarlos

Todos los paquetes tienen en su cabecera la dirección

origen y destino

Encolamiento y encaminamiento

independiente de los paquetes

Red

Enlace

Físico

Red

Enlace

Físico


Redes de conmutación de paquetesMediante datagramas. CronogramaOrigen A

A

Datos

Encolamiento y enrutamiento

B

Datos

Datos

Cabecera

Cabecera

Cabecera

Retardo de propagación


Redes de conmutación de paquetesMediante Circuitos Virtuales

Conmutador de nivel 3 (router)

Paquetes siempre ordenados.

Todos los paquetes tienen su identificador de circuito

virtual VCI

Encolamiento. No hay que tomar decisiones de

encaminamiento

Red

Enlace

Físico

Red

Enlace

Físico

1234

124 312

3

4

A

B


Redes de conmutación de paquetesMediante Circuito Virtual. CronogramaOrigen A

Petición de llamada

Conexión

A

1

B

1

1

2

1

2

2

2

3

3

3

3

4

4

4

4

Desconexión

Trasferencia de datos

Paquete de aceptación

Liberación del Circuito Virtual


Redes de conmutación de paquetes vs. conmutación de circuitosCaracterísticasRedes de conmutación de

circuitos

• Ruta de transmisión dedicada• Transmisión de datos continua• Los mensajes no se almacenan• La ruta se establece para toda

la conversación• Retardo de establecimiento de

la llamada• No existe conversión de

velocidad ni de código• Ancho de banda fijo• No existen bits suplementarios

añadidos a los datos

RCPMediante datagrama

• Ruta no dedicada• Transmisión de paquetes• Los paquetes se almacenan• La ruta se establece para cada

paquete• Retardo en la transmisión de

los paquetes• Existe conversión de velocidad

y de código• Ancho de banda dinámico• Uso de bits suplementarios en

cada paquete

RCPMediante C.Virtuales

• Ruta no dedicada• Transmisión de paquetes• Los paquetes se almacenan• La ruta se establece para toda

la conversación• Retardo de establecimiento de

llamada y de transmisión pqts.• Existe conversión de velocidad

y de código• Ancho de banda dinámico• Uso de bits suplementarios en

cada paquete


Redes de conmutación de paquetesEncaminamiento La función principal de una red de conmutación de paquetes es aceptar paquetes procedentes de una estación emisora y enviarlos hacia una estación destino. Para ello se debe determinar una ruta (encaminamiento) a través de la red, siendo posible generalmente la existencia de más de una. Es necesario fijar un criterio con el que poder establecer cuál es la mejor ruta:

• Criterios de rendimiento (coste, retardo, nº de saltos, etc.) • Entidad que toma la decisión: Cada nodo (distribuido), nodo central (centralizado) y nodo origen (fuente).• Fuente de información de la red: Ninguna, local, nodo adyacente, nodos a lo largo de la ruta, todos los nodos.• Tiempo de actualización de la información de la red: Continuo, periódico, cambio importante en la carga, cambio en la topología.


Redes de conmutación de paquetesAlgoritmos de Encaminamiento• Las tablas no cambian con el tiempo• Aplicable a redes en las que el tráfico y la topología

permanecen en el tiempoEstáticos

• Las tablas se calculan en un solo nodo de la redCentralizados

• La tablas se calculan en cooperación con todos los nodos de la redDistribuidos

• El encaminamiento cambia con las condiciones de la red

• Los principales determinantes son: los fallos y la congestión

Adaptable


Redes de conmutación de paquetesLa congestión La congestión se produce cuando el número de paquetes que se transmite a través de una red comienza a aproximarse al límite de la capacidad de proceso de paquetes de la misma El objetivo del control de congestión es mantener el número de paquetes en la red por debajo del nivel para el que decaen dramáticamente las prestaciones Medidas primarias para controlar la congestión

• Con circuitos virtuales Reserva de Buffers En la fase de establecimiento de la conexión, cada nodo intermedio del circuito virtual hace una reserva de buffers adecuada. Si no se puede garantizar la reserva de buffers, no se establece la conexión.

• Con datagramas Descartado de paquetes Si un nodo no puede colocar un paquete en un buffer de salida, lo descarta


Referencias[1] William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall[2] J Kurose & K Ross: Computer networking (2009)

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