[email protected] Profesor Daniel Díaz A. Propiedad intelectual de Daniel Díaz @ 2014...

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Profesor Daniel Díaz A. http://www.danieldiaza.com

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Introducción a los protocolos

Profesor Daniel Díaz [email protected]

http://www.danieldiaza.com

Catedrático Titular a Tiempo Parcial FIEE-UNI / UNMSMDirector de Investigación y Desarrollo

Tecnológico del INICTEL-UNI

Lima, Enero-Diciembre de 2014

Comentarios iniciales Conceptos básicos Concepto de protocolo Modelo de Referencia OSI Arquitectura TCP/IP

INTRODUCCIÓN A LOS PROTOCOLOS

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COMENTARIOSINICIALES

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ALIANZA ESTRATÉGICAhttp://www.alianzaestrategica.edu.pe/portal/

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CONOCIMIENTO, HABILIDAD Y ACTITUD

Conocimiento Habilidad

Actitud

Competencia

Competencia = Conocimiento + Habilidad + Actitud

Eficacia.- Lograr sus objetivos. Sus

resultados

Eficiencia.- Lograr resultados con

mejores recursos.

Efectividad.- Que sus resultados sean

de impacto.1ra tarea

Archivo Competencia.pdf

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http://www.lk.cs.ucla.edu/REPORT/PhD/proposal.html

Tesis Doctoral presentada en elMIT en 1961

► “Information Flow in Large Communication Nets”.

“for fundamental contributions to the mathematical theory of modern data networks, for the

functional specification of packet switching which is the foundation of the Internet Technology, for

mentoring generations of students and for leading the commercialization of technologies that have

transformed the world."

USA le condecoró con laMedalla Nacional de Ciencia en 2007:

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Analizar la lectura “Una breve historia de Internet” http://www.isoc.org/internet/history/brief.shtml

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CONCEPTOSBÁSICOS

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1

1 Señalización de inicio de la conexión

2

2 Señalización de aceptación de la conexión

Se establece el circuito,según la señalización,con calidad de servicio

3 Envío de los datos por una trayectoria con calidad de servicio (QoS)

3

4 Liberación del circuito: se liberan recursos de la red

4

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N1

N2 N3

N4

N5

Red A Red B

Red C

N6

2 1

1

11

1

1

2

22

2

22

2

1

Origen Destino

ASI FUNCIONAINTERNET

Destino Siguiente

Red B Nodo N2

Destino Siguiente Red B Nodo N3 Red A Nodo N1 Red C Nodo N1




Destino Siguiente

Red B Nodo N5

Aspectos clavesTablas de enrutamientoRecursos de la red son compartidos (Nodo N1)Estructura de los paquetes aceptados por todos.

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Datos(longitud variable)

Cabeceradel paquete

Ver HLENTipo Serv. Longitud total

Identificador Desplaz de frag. Indic

TTL Protocolo Suma de chequeo

Dirección de origen

Dirección de destino

0 4 8 16 19 31

20 b

ytes Campos que forman

la cabecera delProtocolo IPv4

La estructura del paquete aceptado es el protocolo IP

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Cabeceradel paquete

Campos que formanla cabecera delProtocolo IPv6

DS Etiqueta de flujo


40 b

ytes

Ver

Longitud de carga útil Límite saltoCabe.sigte

Dirección IP de destino

Dirección IP de origen

0 4 8 12 16 24 31

La estructura del paquete aceptado es el protocolo IP

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Una cola interna paratodas las aplicaciones:Servicio Best Effort

Varias colas internas.Servicio Diferenciado,mejor calidad de servicio

IMP1: El primer nodode ARPANET

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VPN

VPN

VPN

05Bytes

48 Bytes

53 bytes53 bytes

VPI VCI

VPI

VCI

VCI PTI CLP

HEC

08 bits

05

byte

s

Aspectos clavesEtiquetas (VPI, VCI)Conmutación basada en el valor de etiquetaCrean caminos “fijos”, denominados VPN, garantizando QoS.Minimiza congestiónAlgoritmo de detección de error sencillo.

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Cabeceradel paquete

Cabecerade etiqueta

Ver HLENTipo Serv. Longitud total

Identificador Desplaz de frag. Indic

TTL Protocolo Suma de chequeo


Dirección de destino

0 4 8 16 19 31

20 b

ytes

Los equipos solo analizan la nuevacabeceraCabecera nueva con etiqueta

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LSPLSP

Red A Red B

Red C

1 1

1

Origen Destino

Aspectos clavesLa nueva cabecera con etiquetas crea caminos “fijos”. Crean nuevas tablas basadas en etiquetas.Crean caminos virtuales privados en una red con IP (VPN)Transforma la red de paquetes en red de circuito “virtual”.Red IP con calidad de servicios-QoS

LSP: Label Schitch Path Trayectoria basada en conmutación de etiquetas

SURGESURGELA RED LA RED MPLS:MPLS:MultiProtocol LabelMultiProtocol Label

SchitchingSchitching

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Nivel 1

LAN

LAN

LAN

LAN

LAN

LAN

LAN

LAN

LAN

LAN

Nivel 3

POP.- POP.- Router donde se conectan los routers de otros ISP: Router de

Borde

Nivel 2

NAP- NAP- Router que permite

intercam-biar grandes tráficos

entre ISP

http://www.nap.pe http://www.redclara.nethttp://alice2.redclara.net/images/ALICE2/maps/redclara_alice2_map_march2010_es.jpg

Lectura obligada:

APLICACIONES

APLICACIONES

Sistema Autónomo

Sistema Autónomo

Sistema Autónomo

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Todo paquete sufre diferentes tipos de retardo en cada nodo a lo largo de su recorrido:► Retardo de procesamiento. ► Retardo de transmisión. ► Retardo de propagación.

► Retardo de cola.

Retardo de procesamiento, dproc:

Tabla de enrutamient

o

► Tiempo requerido para examinar la cabecera del paquete y la tabla de enrutamiento.

Análisis de detección de error.Análisis de prioridad.Etc.Luego en router envía el paquete a la cola de la interfaz.

Cola interna del router

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Retardo de cola, dcola:► Retardo que el paquete de datos experimenta en la cola, para ser atendido.

Tabla de enrutamient

o

Cola interna del router

El CPU del router debe esperar que los primeros paquetes sean atendidos.

► Retardo que es función de la intensidad y naturaleza de tráfico que llega a la cola

► Es del orden de los microsegundos a milisegundos.

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Retardo de transmisión, dtrans:► Es el tiempo que se requiere para transmitir los bits del paquete en el enlace. ► Si un paquete de datos tiene L bits y R es la tasa de transmisión del enlace (expresado en bits/seg); el retardo de transmisión se calcula como:

Retardo de transmisión = dtrans = L/RRetardo de transmisión = dtrans = L/R

Ejemplos de valores de R: Para un enlace Ethernet, R = 10 Mbps Para un enlace Fastethernet, R = 100 Mbps.

dtrans no tiene que ver con la longitud del enlace (medido en metros).

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Retardo de propagación, dprop:► Es el tiempo que precisa un bit para propagarse desde el inicio al fin del enlace. ► Un bit se propaga a la velocidad de propagación del enlace; es decir depende del medio físico: fibra óptica, cable de cobre trenzado, etc.► Si d es la distancia del enlace y s la velocidad de propagación del enlace:

Retardo de propagación = dprop = d/sRetardo de propagación = dprop = d/s

El retardo de propagación varía entre:2x108 metros/seg a 3x108 metros/seg

dprop no tiene que ver con la longitud del paquete.

TAREA:Leer Capítulo11.6 Retardo y pérdidas en redes de conmutación de paquetes

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Ancho de Banda.- Es la cantidad de información (bits) que puede fluir por una red en un periodo de tiempo (segundo).

Tasa de transferencia.- Es la medida real del ancho de banda en un momento. Es menor que el ancho de banda.

Idea de Ancho de Banda.

Información de CISCO

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Pag. 40, Computers Networks: A Systems Approach, Larry L. Peterson and Bruce S. Davie

El rendimiento y latencia depende de la aplicación

En una comunicación transcontinentalRTT = 100 mseg.

Envía 1 byte de controlSi el enlace es 1Mbps

El tiempo transmisión es 8 useg.Si el enlace es 100Mbps

El tiempo transmisión es 0.08useg.El retardo domina el rendimiento


Envía 1 byte de controlSi el enlace es 1Mbps

El tiempo transmisión es 8 useg.Si el enlace es 100Mbps

El tiempo transmisión es 0.08useg.El retardo domina el rendimiento


Envía 25Mbytes de imagenSi el enlace es 10Mbps

El tiempo de transmisión es 20 seg. Los 100 mseg. son insignificantes

El ancho de banda domina el rendimiento


Envía 25Mbytes de imagenSi el enlace es 10Mbps

El tiempo de transmisión es 20 seg. Los 100 mseg. son insignificantes

El ancho de banda domina el rendimiento

El rendimiento de la red puede ser medido por:Latencia (importa Round-Trip Time-RTT)Ancho de banda

D = dproc + dcola + L/R + d/s

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Pag. 44, Computers Networks: A Systems Approach, Larry L. Peterson and Bruce S. Davie

Ancho debanda

Latencia

Producto ancho de banda y latencia ► Es el número máximo de bits que puede ser transmitido a través de canal.: “cuantos bits encajan en el canal”.

Un canal con una latencia de una vía (ida) de 50 mseg y ancho de banda de45Mbps está habilitado para mantener : (50 x10-3 seg.) x (45 x 106 bits/seg.) = 2.25 x106 bits

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LAN

LAN

LAN

LAN

Orden de decenasde Gbps

Orden de centenasde Mbps

Orden de centenasde Mbps

Enlace de algunos

Mbps

Enlace decentenas

Kbps

Existe una banda ancha banda ancha paracomunicar con las zonas rurales

MUY COSTOS

LECTURA OBLIGADAhttps://www.mtc.gob.pe/portal/proyecto_banda_ancha/Plan%20Banda%20Ancha%20vf.pdf

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Pag 19 “Broadband; A Plataform for Progress”, UIT/UNESCO Junio de 2011, http://www.broadbandcommission.org/Reports/Report_2.pdf

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http://www.leychile.cl/Navegar?idNorma=1016570

Caso de ChileChile se ha convertido en el primer país del mundo en promulgar una ley que garantiza el principio de neutralidad en la red.Publicado el 26 de Agosto de 2010.

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Información de CISCO

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La Secretaría General se encuentra en Ginebra-Suiza:http://www.iso.ch/

ISO: Organismo Internacional de Normaliza-ción,integrado por 159 países: Fundado en 1946

La IETF: Internet Engineering Task ForceComité para la ingeniería en internet: http://www.ietf.org/Genera documentos RFC y Draft

La UIT o ITU: Unión Internacional de Telec.ITU-T Fue creada el 01 de marzo de 1993 y sustituye al CCITT (Comité Consultivo Internacional de Telefonía y Telégrafos).

(*)Perú ingresó el 12-Julio-1915IEEE: IEEE 802.2, IEEE 802.11

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CONCEPTOS DEPROTOCOLOS

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Es un conjunto de convenios y de reglas quegobiernan el intercambio

de datos entre dos entidades

Es un conjunto de convenios y de reglas quegobiernan el intercambio

de datos entre dos entidades

Hola

Hola

Que curso es?

Redes Telemática

Solicitud de conexión

Respuesta de conexión

GET: http://www.uni.edu.pe

Envío de archivo

Chao

Chao

Fin de la conexión

Aceptación de fin de

conexión

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ARQUITECTURA DE PROTOCOLOSARQUITECTURA DE PROTOCOLOS

óó

Dato

Un programa:

un (01) módulo

Un programa:

un (01) módulo

Capa nCapa n

Capa n+1Capa n+1

Capa 1Capa 1

Protocolo pProtocolo p Protocolo qProtocolo q

Protocolo tProtocolo t

Protocolo aProtocolo a Protocolo bProtocolo b

Protocolo jProtocolo j

Protocolo 1Protocolo 1 Protocolo kProtocolo k

........

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Capa n

Capa n+1

Capa n-1

Capa n

Capa n+1

Capa n-1

Se defineprotocolos

Emisor Receptor

RED RED

Comunicaciónde par a par

Los protocolos deben tener un formato común.

Los protocolos están ubicados en capas.

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Las redes tiene diferentes MTU.

DatosDatos

Trama 1Trama 1

DatosDatos

Trama 2Trama 2

Control de error más eficiente con menos datos.

En el receptor menor capacidad de memoria.

Razones de fragmentar.

Poca eficiencia. Relación Datos/Control menor.

Se interrumpe muy seguido al procesador.

Desventaja de fragmentar.

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Dirección de destino y de origen.

Técnicas de detección de error.Información sobre el tipo de dato que transporta. Etc.

La información de control puede contener:

DatoDato

CabeceraCabecera DatoDato

CabeceraCabecera CabeceraCabecera DatoDato

Protocolo 1

Protocolo 2

CabeceraCabecera DatoDato

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….

IPv4/IPv6

….

IPv4/IPv6

Infraestructura existente en la

InternetRouterDual Stack

RouterDual Stack

Internet IPv4

LAN con IPv6 LAN con IPv6

IPv6 Datos

IPv4 DatosIPv4 DatosIPv6 Datos

IPv6 Datos

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Dato Dato

Dato

Dato

DatoDato

Dato

DatoDato

Dato

AckAck

Ack

Ack Ack

El receptor envía Acuses de recibo (Ack).

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Dato Dato Dato

Dato

Dato

DatoDato Dato Dato

Dato

Dato DatoDato

Dato

DatoDato Dato Dato

Dato

Dato

Dato

Transmisor Receptor

No existe confirmación del receptor.

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RED ATM

RED ATM

ATM

Red

Transporte

Transferenciade archivos

ATM

Red

Transporte


ORIENTADOA CONEXION

NOORIENTADOA CONEXION

ORIENTADOA CONEXION

INICIO

CONEXCONEX

Ok_CONOk_CON

Datos

INICIO

INICIOINICIO

Datos

INICIO Ok_INIC

Ok_INIC

Ok_INICOk_INIC

Ok_INIC

Ok_INIC

Se establece una conexión

Se establece un circuito virtual

Dat

os

Datos

Datos Datos

Datos

Dato

s

Datos

Datos

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RED ATM

RED ATM

ATM

Red

Transporte


ATM

Red

Transporte




ORIENTADOA CONEXION

CONEXCONEX

Ok_CONOk_CON

Datos

Datos

Se establece un circuito virtual

Dat

os

Datos

Datos Datos

Datos

Dato

s

Datos

Datos

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Transmisión de los datos es verticalTransmisión de los datos es vertical

Cada capa se propaga de manerahorizontal

Cada capa se propaga de manerahorizontal

La Internet proporciona dos tipos de servicios a sus aplicaciones distribuidas: servicio fiable orientado a

conexión y servicio no fiable sin conexión

La Internet proporciona dos tipos de servicios a sus aplicaciones distribuidas: servicio fiable orientado a

conexión y servicio no fiable sin conexión

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Se publicó en 1984.

Presenta una estructura por capascapas o niveles.

Modelo de referencia de Interconexión de SistemasAbiertos (OSI, Open System Interconection)

Desde el inicio de los 90´ es una arquitectura dominante.

Su uso se inició antes de que se normalice OSI.

Fue desarrollado por el Departamento de Defensa (DoD) de EEUU para fines militares.

Lo usa INTERNET.

Arquitectura TCP/IP

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MODELO DEREFERENCIA

OSI

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La ISO crea el Modelo de Referencia OSI en 1984.

El objetivo fue crear un grupo de protocolos que permita ínteroperar las diversas redes de datos emergentes en esa fecha.

Está formado por 07 Capas.

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Cada capa es independiente de otras capas:Principio de abstracción.

Cada capa debe realizar una función bien definiday no repetirse en otra capa.

Cada capa debe contener un conjunto de protocolos estandarizados.

La complejidad del intercambio de informaciónentre las capas debe ser sencilla:Encapsulamiento

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Capa n ofrece un servicio a la Capa n+1.

Dat

os s

e p

rop

agan

ve

rtic

alm

ente

Capas iguales se comunican horizontalmente

Los protocolos intercambian información denominada PDU (Unidad de Protocolos de Datos) entre capas iguales.

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Contienen los protocolos que manejan las aplicaciones:Correo electrónico, transferencia de archivos, etc.Suministra el servicio estándar terminal virtual.

Aplicación

Se ocupa de la sintaxis (ordenación y conexión) y semántica (significado) de la información que se transmite.

Presentación

Establece sesiones entre usuarios de host diferentes.

Una sesión permite el envío de datos más algunos servicios.

Ejemplo: evita que dos protocolos intenten una mismaoperación al mismo tiempo, verificación del flujo de datos.

Sesión

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Define los datos para enviarlos a la capa de red y asegura su envío. Regula el flujo de datos.

Transporte

Responsable del enrutamiento de los datos del origen al destino.Red

Divide los datos en tramas de datos y envía las tramas en forma secuencial a la red.

Enlace de datos

Ve la transmisión de los bits por el canal de transmisión.

Representación de un bit 1 ó 0,duración del bits, conector,

Física

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Físico

Enlace dedatos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

AplicaciónDatosAH

A-PDUPH

P-PDUSH

S-PDUTH

T-PDUNH

R-PDULH

DL-PDU Físico

Enlace dedatos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

RedRed

Datos

Preámbulo Cola ANCHODE BANDAbps

ANCHODE BANDA

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ARQUITECTURATCP/IP

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Interfaz de Red

Internet

Transporte

Aplicación

Define las características de la interfaz físicaentre el medio de transmisión. Define:Tipo de señalVelocidad de transmisión, etc.

Responsable de definir el camino seguido porlos paquetes de datos desde el origen hasta eldestino a través de varias redes usando routers.

Contiene los protocolos de alto nivel utilizadopor los usuarios: Telnet, FTP, SMTP, POP, DNS,HTTP,…etc.

Maneja conversaciones Extremo-a-Extremo.Los dos protocolos principales son;TCP.- Confiable y orientado a conexiónUDP.- No confiable y no orientado a conex.

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Interfaz de Red

Internet

Transporte

Aplicación

INTERNET

Interfaz de Red

Internet

Transporte

Aplicación

NOTA: Aquí se denominará Capa de Redy Capa de Internet de manera indistinta.

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Interfaz de Red

Internet

Transporte

Aplicación

Interfaz de Red

Internet

Transporte

Aplicación

Interfazde Red

Interfazde Red

Internet

Tabla de enrutamiento

IP

IPMAC

IPMAC

IP

IPMAC

IPMAC

IPMAC IPMAC

IP

El tema clave….La tabla de enrutamiento►Contiene un listado de las redes de destino.►Contiene la interfaz de salida o siguiente salto para llegar a la red de destino.

TCP TCP

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Interfaz de RedInternet

TransporteAplicación Interfaz de Red

InternetTransporteAplicación




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MODELO DE REFERENCIA

IEEE 802

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Medio de transmisión Medio de transmisión

Físico

Control de Acceso al Medio- MAC

Control de Enlace Lógico-LLC

Protocolosde la capassuperiores

IEEE 802IEEE 802

Físico

Enlace dedatos

Red

Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

OSIOSI

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Medio de transmisiónFísico

Control de Accesoal medio-MAC

Control de EnlaceLógico-LLC


Modelo de ReferenciaIEEE 802

Codificación/DecodificaciónGeneración/Eliminación delPreámbulo (sincronismo de trama)Transmisión/Recepción de bitsEspecificación del medio de TxTopología de red

Ensamblados de datos en tramas (Tx)Desensamblados de tramas(Rx)Control de Acceso al Mediode transmisión compartido (LAN)

Interfaz con la capa superiorControl de error y de flujo

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Interfaz de Red

Internet

Transporte

Aplicación

TCP/IPTCP/IP

Físico




IEEE 802IEEE 802

Físico



Internet

Transporte

Aplicación

TCP/IP con IEEETCP/IP con IEEE

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Application to VSAT NetworksGérard MaralPag. 116

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Ethernet

IPIP

TCPTCP

Aplica-ción

Aplica-ción

DriveEthernet

DriveEthernet

MACDest.

MACDest.

MACOrig.

MACOrig. Tipo

Tipo

CabeceraIP

CabeceraIP

CabeceraTCP

CabeceraTCP

CabeceraHTTP

CabeceraHTTP

Informacióna enviar (web)




CabeceraHTTP

CabeceraHTTP



CabeceraTCP

CabeceraTCP

CabeceraHTTP

CabeceraHTTP



Datos de IPDatos de IPCabecera

IP

CabeceraIP

Datos de IPDatos de IPCabecera

IP

CabeceraIP

MACDest.

MACDest.

MACOrig.

MACOrig. Tipo

TipoDatos de la Trama

Datos de la Trama

Capa de Aplicación

Capa de Transporte

Capa de Internet

Capa de Enlace de Datos

ProtocoloHTTP

ProtocoloTCP

ProtocoloIP

TramaEthernet

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Protocolo de acceso de red

Protocolo Internet IP

Protocolo de Transporte TCP UDP

OSPFICMP

BGP FTP HTTP SMTP TELNET SNMP

MIME

DNS RIP

Existen más protocolos: RSVP, RTP, etc.

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Libro: Redes de Computadores: Un enfoque Descendente Basado en InternetJames F Kurose, Keith W. Ross.►Capítulo 1: Redes de Computadores e Internet.

Libro: Data and Computer Comunications.William Stallings►Capítulo 1 y 2

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Libro: Computers Networks:A Systems ApproachLarry L. Peterson and Bruce S. Davie►Capítulo 1

Libro: TCP/IP Illustrated, Volume 1The Protocols. W. Richard Stevens.►Capítulo 1: Introducción. Página 15 al 31.

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Palacio de Aranjuez-España

[email protected] Profesor Daniel Díaz A. Propiedad intelectual de Daniel Díaz @ 2014...

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