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Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 1

Curso de

Redes Computadores 1

Tema 1

Introduccin a las Redes de

Computadores


Objetivo

Al finalizar el curso los estudiantes tendrn un conocimiento bsico sobre la nocin de protocolo de comunicacin, 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 programacin en redes, en especial el modelo cliente-servidor.


Perspectivas

Usuario de la Red

Diseadores e Instaladores de Red

Administradores de Redes

Proveedores de Servicios (de Red)


Contenido del Curso

TEMA 1: Conceptos bsicos. Internet. Redes locales, de rea ancha, etc. Protocolos de uso e implementacin de servicios. Estructuracin de software de red por capas. Modelos TCP/IP y OSI. Protocolos basados en pregunta-respuesta. Servicios de red.

TEMA 2: Introduccin a Internet (redesIP). Identificadores de mquimas: direccin fsica y direccin IP. Espacio de direcciones IP: dominios y mquinas. Nombres nemnicos: servicio DNS. Asociacin nmero IP nombre DNS.

TEMA 3: Introduccin a la capa de transporte. Interfaz de programacin en redes. Sockets: par (direccin IP, puerto).

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

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


Contenido del Curso

TEMA 6: Componentes de una red IP. Redes locales. Redes de difusin, redes punto a punto. Elementos para armar una red local. Medios de transmisin y propiedades. Dispositivos: modems, conmutadores, hubs.

TEMA 7: Control y manejo del intercambio de datos sobre un enlace (link). Trama o Frame y sincronizacin de frame. Control de flujo a nivel de enlace. Transmisin confiable. Control de errores. Deteccin de errores.

TEMA 8: IP en detalle. Formato de los paquetes. Conmutacin, fragmentacin y re-ensamblaje. Introduccin a enrutamiento. Algoritmos de vector de distancias y de estado de enlace.

TEMA 9: UDP y TCP. Formato de los segmentos. Protocolos. Induccin a control de flujo y control de congestin.

TEMA 10: Introduccin a aspectos de seguridad. Encriptamiento. Autentificacin.


Curso de

Redes Computadores 1

Tema 1

Introduccin a las Redes de

Computadores


Redes de Computadores

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


150 millones de sitios web. 500 millones de usuarios (2008)

Su tamao se dobla cada 5 aos.



Internet



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 informacin 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. telfonos, computadores)

Transmisor (Tx)

Convierte los datos en seales transmitibles (seales elctricas a ondas electromagnticas; cadena de bits a seales analgicas)

Sistema de Transmisin

Portador de los datos (lneas de transmisin; enlaces de radio; red de telecomunicaciones)

Receptor (Rx)

Convierte la seal 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

Utilizacin del Sistema de Transmisin:

Interfaz entre el dispositivo y el medio de transmisin

Generacin de la Seal

Sincronizacin

Gestin de Intercambio

Deteccin y Correccin de Errores

Control de Flujo

Direccionamiento y Encaminamiento (Enrutamiento)

Recuperacin

Formato de Mensajes

Seguridad

Administracin de la Red


Modelo Simplificado para la Comunicacin de

Datos en Redes de Computadores


Networking (Redes)

Conexin punto a punto entre todas las entidades no es prctica

Dispositivos estn muy lejanos entre s

Una gran cantidad de dispositivos necesitara un nmero no prctico de conexiones

Nmero de conexiones necesarias = N x (N-1)/2

Solucin es una red de comunicaciones


Modelo Simplificado de Red


Clasificacin de las Redes de

Computadores

WAN (Wide Area Network) Son Pblicas o depende en parte de circuitos comunes de operadores particulares

Cubren 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, Organizacin o una

edificacin.

La red, por lo general, pertenece al mismo dueo de los equipos que sta comunica (Ethernet, WiFi)

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


Conmutacin de Circuitos

(Circuit Switching)

Mientras dure la comunicacin se establece un camino de comunicacin dedicado establecido a travs de los nodos de la red

El camino es una secuencia conectada de enlaces fsicos entre nodos

En resumen, se establece un canal fsico entre ambos extremos que nadie ms puede usar mientras dure la comunicacin

p.e. Red telefnica


Conmutacin de Paquetes

(Packet Switching)

Se envian pequeas unidades (paquetes) de datos, unoa la vez.

Los datos se pueden enviar fuera de secuencia.

Los paquetes pasan de nodo en nodo entre fuente ydestino.

En cada nodo el paquete se recibe completamente, sealmacena durante un intervalo breve de tiempo yposteriormente se transmite al siguiente nodo

Usado para comunicaciones de terminal a computador yde computador a computador

12

3

4

5


Configuracin

de una Red


Protocolos

Conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre dos o ms 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 Programacin tradicional.


Caractersticas de los

protocolos

La comunicacin entre dos entidades puede ser:

Directa o indirecta

Los protocolos pueden ser:

Monoltico o estructurado

Simtrico o asimtrico

Estndar o no-estndar


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 intervencin de agentes activos


Directo o Indirecto

Indirecto

Redes conmutadas o

Conjunto de redes (Internetworks) o internets

La transferencia de datos depende de otras entidades


Monoltico o Estructurado

La tarea de la comunicacin es complejacomo para ser abordada como una unidad

El diseo estructurado analiza el problemaen unidades ms pequeas

En lugar de un nico protocolo, habr un conjunto deprotocolos organizados, por ejemplo en unaestructura jerrquica en capas


Simtrico o Asimtrico

Simtrico

Comunicacin entre entidades pares

Asimtrico

Cliente/servidor


Uso de Protocolos Estndares o No

Estndares


Funciones de los protocolos

Encapsulacin de mensajes

Segmentacin y re-ensamblaje de mensajes

Control de conexin

Entrega ordenada de mensajes

Control de flujo

Control de Error

Direccionamiento

Multiplexaje

Servicios de transmisin


Encapsulacin

Se agrega informacin de control a los datos

Informacin de direccin: indicar direccin del emisor y/o del receptor

Cdigo detector de errores: se debe incluir alguna secuencia de comprobacin

Control del protocolo: se debe incluir alguna informacin adicional para realizar las funciones del protocolo que se mencionan ms adelante

MensajeEste es el mensaje a enviarEncabezado Cola


Encapsulacin

Se agrega informacin de control a los datosInformacin de direccin, Cdigo detector de errores, Control del protocolo


Segmentacin (Fragmentacin)

Los bloques de datos son de tamao limitado

Los mensajes de la capa de aplicacin pueden ser muy grandes

Los protocolos de niveles inferiores pueden ser ms pequeos

La segmentacin ( o fragmentacin en TCP/IP) consiste en dividir los bloques ms grandes en otros ms pequeos

Los bloques de ATM (cells) son de 53 bytes de largo

Los bloques Ethernet (frames) son de hasta 1526 bytes de largo


Control de Conexin

Establecimiento de la conexin (orientada a la conexin)

Transferencia de datos

Trmino de la conexin (orientada a la conexin)

Puede haber interrupcin y recuperacin de la conexin

Numeracin secuencial de los mensajes enviado, esto se usa para

Entrega en orden

Control de flujo

Control de error


Transferencia de Datos

Orientada a la Conexin


Cul es la necesidad de un

arquitectura de protocolos

Por ejemplo para la transmisin de archivosLa fuente debe activar el camino de comunicacin o informar a

la red cual es su destino

La fuente debe verificar si el destino est preparado para recibir la informacin

La aplicacin de transferencia de archivos en la fuente debe verificar si el sistema de manejo de archivo del destino aceptar y almacenar el archivo para el usuario especificado

Puede requerirse una transformacin 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

jerarquica de protocolos

DHL


Elementos Claves de un

Protocolo

Para que dos entidades se comuniquen con xito, se requiere hablen el mismo idioma.

Las entidades deben seguir una serie de convenciones mutuamente aceptadas a fin de saber:

qu se comunica (semntica)

cmo se comunica (sintaxis)

cundo se comunica (temporizacin)


Arquitectura de un Protocolo

Tareas de comunicacin separadas en mdulos

Por ejemplo la transferencia de archivo podra usar tres mdulos

Aplicacin para la transferencia de archivos

Mdulo de servicio de comunicaciones

Mdulo de acceso a la red


Arquitectura simplificada en

Transferencia de Archivos

Capa de

aplicacin

Capa de

transporte

Capa de

Acceso

a la red


Requerimientos de

Direccionamiento

Se requieren dos niveles de direccionamiento

Cada computador necesita una nica direccin de red

Cada aplicacin en un computador multitarea necesita una nica direccin 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 informacin de control a los datos del usuario

La capa de transporte puede fragmentar los datos del usuario


Operacin de una Arquitectura

de Protocolo


Architectura Estndar de

Protocolos

Se requieren para la comunicacin de dispositivos

Los vendedores cuentan con productos con mejor mercado

Los consumidores pueden insistir en equipos basados en estndares

Existen dos estndares principales que son:

El modelo de referenciaOSI

Nunca fue ms alla de las promesas iniciales

Suite de protocolos TCP/IP

Ms ampliamente utilizado

Tambin existe: IBM Systems Network Architecture (SNA)


Elementos de Estandarizacin

Especificacin del protocolo

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

Las especificaciones del protocolo deben ser precisas

Formato de la unidad de datos

Semntica de todos los campos

Secuencia permitida de PDUs

Definicin del servicio

Se necesita normalizaciones para los servicios que cada capa ofrece a la capa superior contigua

Descripcin funcional de qu servicios est proporcionando

No especifica cmo 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 forStandardization (ISO) como arquitectura paracomunicaciones entre computadores

Objetivo: ser el marco de referencia en eldesarrollo de protocolos estndares

Siete capas

Un sistema terico desarrollado muy tarde!

TCP/IP es el estndar de facto


El modelo OSI

Es un modelo basado en capas

Cada capa desarrolla un subconjunto de las funcionalidades requeridas para lograr la comunicacin

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 requerirn de modificaciones en otras capas de la pila

Capa k +1

Capa k

Capa k - 1


Las capas de la OSI


Estndares especficos por capa


Capas OSI


Capas OSI

Fsica:Se encarga de la transmisin de cadenas de bits no

estructurados sobre el medio fsico; esta capa est relacionadacon las caractersticas mecnicas, elctricas, funcionales y deprocedimiento para acceder al medio fsico

Aqu se definen caractersticas de la interfaz fsica entredispositivos, tales como:

Fsicas: distancias mximas de transmisin

Mecnicas: especifica las caractersticas fsicas del conector y sus circuitos

Elctricas: especifica los niveles de voltaje, velocidades de transmisin de los datos y sincronizacin 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 travs del medio fsico


Capas OSI

Enlace de Datos: Se encarga de activar, mantener y desactivar un enlace, ofreciendo un

trnsito confiable de datos a travs de un enlace fsico

Enva bloques de datos (tramas) llevando a cabo la sincronizacin, elcontrol de errores , la entrega ordenada de tramas y el flujo necesario

Las capas superiores pueden asumir una transmisin libre de errores

Red: Proporciona conectividad y seleccin de rutas entre dos sistemas

finales que pueden estar ubicados en redes geogrficamente distintas

Proporciona independencia a los niveles superiores respecto de lastcnicas de conmutacin y de transmisin usadas para conectar lossistemas; es responsable del establecimiento, mantenimiento y cierrede 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 implementacin de transporte Se ocupa de temas tales como la confiabilidad del transporte a travs

de una interconexin de redes, evitando prdidas de paquetes,duplicaciones, errores y prdida de secuencia en los paquetes.

Proporciona seguridad, transferencia transparente de datos entre lospuntos finales: proporciona adems procedimientos de recuperacin deerrores, control de flujo origen destino y calidad de servicio.

Sesin: Proporciona el control de la comunicacin entre las aplicaciones.

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

Contempla mecanismos de recuperacin: procedimiento para reanudar la transmisin despus de ocurrido un fallo

Brinda sus servicios a la capa de presentacin


Capas OSI

Presentacin:Asegura que la capa de aplicacin pueda leer la informacin

enviada por la capa de aplicacin de otro sistema

De ser necesario, la capa de presentacin realiza una traduccinentre varios formatos de representacin de datos, usando unformato de representacin comn

Proporciona a los procesos de aplicacin independencia respectoa las diferencia en la representacin de los datos (sintaxis)

Algunos ejemplos de servicios especficos de esta capa son:

Compresin de datos

Encriptacin o cifrado de datos


Capas OSI

Aplicacin:Proporciona un medio para que las aplicaciones accedan al

entorno OSI

Es la capa ms cercana al usuario y brinda servicios de red a lasaplicaciones del usuario

Incluye las funciones de administracin y en general, a los mecanismos necesarios en la implementacin de las aplicaciones distribuidas

Pertenecen a esta capa aplicaciones tales como:

Transferencia de archivos

Correo electrnico

Acceso desde terminales a computadores remotos

Etc.


Modelo de Referencia OSI

7 Aplicacin

6 Presentacin

5 Sesin

4 Transporte

3 Red

2 Enlace de Datos

1 Fsica

Procesos de red para aplicaciones

Representacin de datos

Comunicacin entre aplicaciones

Conexiones extremo a extremo

Direcciones y mejor ruta

Acceso a los medios

Transmisin binaria


Uso de las capas en diferentes

dispositivos (Un Retransmisor)


Arquitectura Protocolo TCP/IP

Desarrollado por Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) de USA para su red de conmutacin 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 Aplicacin

Capa de transporte o Host to host

Capa Internet

Capa de acceso a la red

Capa fsica


Capa Fsica

Define interfaz fsica entre dispositivo de transmisin de datos (p.e. computador) y medio de transmisin o red

Caractersticas del medio de transmisin

Niveles de seal

Velocidad de datos, etc.


Capa de Acceso a la Red

Intercambio de datos entre el sistema final y la red

Proporciona direccin 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 depender del tipo de red

se han desarrollado estndares para

conmutacin de circuitos

conmutacin de paquetes (X.25)

LAN (ethernet)


Capa Internet (IP)

Los sistemas pueden ser conectados a diferentes redes

Funciones de encaminamiento a travs de mltiples redes

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

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

procesamiento que conecta dos redes y que deberetransmitir datos desde una red a otra siguiendo la rutaadecuada 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 aplicacin destino y adems en el mismo orden en que fueron enviados

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


Capa de Aplicacin

Contiene la lgica necesaria para soportar la comunicacin en varias aplicaciones de usuariop.e. para cada tipo distinto de aplicacin se necesita un mdulo

independiente y con caractersticas 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 conexin confiable

Conexin

Asociacin lgica 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 conexin hace referencia a un par de puertos


UDP

Una alternativa a TCP es UDP (User Datagram Protocol)

Envos no garantizados

No se preserva el orden de secuencia de paquetes

No hay proteccin contra la duplicacin de paquetes

Presenta un overhead Mnimo

Aade 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 direccin nica para cada sistema final (computador) y enrutador (router)

Direccin a nivel de Red

IP o direccin de internet (TCP/IP)

Network service access point or NSAP (OSI)

Los procesos dentro de un sistema se asocian a

Nmero de puerto (Port number) (TCP/IP)

Service access point or SAP (OSI)


Seguimiento de una operacin

simple

El Proceso asociado con el puerto 1 en el host A enva un mensaje al puerto 2 en el host B

El Proceso en A enva hacia abajo el mensaje a TCP para que ste lo enve al puerto 2 del destino

TCP enva informacin a IP para que el mensaje sea enviado a B

IP envia a la capa de red (p.e. Ethernet) para que lo enve 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


Estndares

Requerido para permitir la interoperabilidad entre equipos

Ventajas

Asegura un gran mercado para equipos y software

estimula la produccin masiva reduciendo los costos

Permite que productos de diferentes proveedores se comuniquen

Desventajas

Tienden a congelar la tecnologa

mientras que un estndar se desarrolla, se revisa y se adopta, ya se habrn desarrollado otras tcnicas ms eficaces


Organizaciones de

Normalizacin

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) Desarroll el EIA/TIA-232 (antes RS-232) y otros.

Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) -- IEEE. Desarroll IEEE 802.3 e IEEE 802.5.

International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) -- ITU-T organizacin internacional(antes CCITT). Desarrollo X.25 y otros protocolos

Internet Activities Board (IAB) The IAB ha presentado variosRequest For Comments (RFC) includo (TCP/IP) y (SNMP).

ATM forum


Lecturas Adicionales

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

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

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