Redesde Computadores 2018/2019...Contenidos (6 créditos ECTS) qTema 1: Redes de Computadores e...

Redes de Computadores2018/2019

Departamento deTecnología Electrónica

Contenidos (6 créditos ECTS)

qTema 1: Redes de Computadores e InternetqTema 2: Capa de AplicaciónqTema 3: Capa de TransporteqTema 4: Capa de RedqTema 5: Capa de Enlace y Redes de Área

Local

Recuerda: • 6 ECTS = 60 horas presenciales + 90 horas no presenciales• Primer cuatrimestre dura 15 semanas

à 10 horas/semana

Introducción 1-2

Tema 1Redes de Computadores e Internet

La mayoría de estas transparencias son proporcionadas como material con copyright por: Computer Networking: A Top Down Approach ,5th edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, April 2009.

Introducción 1-3


Tema 1: Redes de Computadores e InternetNuestro objetivo:v toma de contacto y

terminologíav mayor profundidad,

detalles más tarde en el curso

v enfoque:§ usar Internet

como ejemplo

Descripción general:v ¿qué es Internet?v ¿qué es un protocolo?v la frontera de la red: equipos,

redes de acceso, medios físicosv el núcleo de la red: conmutación

de paquetes/circuitos, arquitectura de Internet

v rendimiento: pérdidas, retardos, tasa de transferencia

v capas de protocolos, modelos de servicio

v historia Introducción 1-4

Tema 1: Índice

1.1 ¿Qué es Internet?1.2 La frontera de la red

vsistemas terminales, redes de acceso, enlaces1.3 El núcleo de la red

vconmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red

1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes

1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio1.6 Historia

Introducción 1-5

Red doméstica

Red empresarial

Red móvil

ISP global

ISP regional

¿Qué es Internet?: Componentes HW y SW

enlaces porcable

puntos deacceso

venlaces de comunicación§ fibra, cobre, radio,

satélite§ tasa de transmisión =

ancho de banda

routervrouters: reenvían

paquetes (bloques de datos)

Introducción 1-6

vmillones de dispositivos de computación conectados: hosts = sistemas terminales = sistemas finales§ ejecutando aplicaciones

de red

PC

servidor

portátilinalámbricoteléfonomóvil

ISP =Internet Service Provider

Dispositivos curiosos que se conectan a Internet

Marcos de fotos IPhttp://www.ceiva.com/

Tostador + predictor de tiempoaccesible via Web

Teléfonos de InternetFrigorífico conectadoa Internet

Slingbox: ver y controlar vía Internet la televisiónde casa.

Introducción 1-7

¿Qué es Internet?: Componentes HW y SW

v Protocolos controlan el envío y la recepción de la información§ ej., TCP, IP, HTTP, Skype,

Ethernetv Internet: “red de redes”

§ poco jerárquica§ Internet pública frente a

intranet privadav Estándares de Internet

§ RFC: Request for comments§ IETF: Internet Engineering

Task Force

Introducción 1-8

Red doméstica

Red empresarial

Red móvil

ISP global

ISP regional

¿Qué es Internet?: Serviciosv la infraestructura de

comunicacion permite aplicaciones distribuidas:§ Web, VoIP, correo y

comercio electrónico, juegos, compartir ficheros

v servicios de comunicación proporcionados a las aplicaciones:§ entrega de datos fiable de

origen a destino§ “mejor esfuerzo” entrega

de datos (no fiable)Introducción 1-9

Red doméstica

Red empresarial

Red móvil

ISP global

ISP regional

¿Qué es un protocolo? protocolos humanos:v “¿qué hora es?”v Levantar la manov Dejar salir antes de

entrar

… se envían mensajes específicos

… se toman acciones específicas cuando se reciben las respuestas u otros sucesos

protocolos de red:v máquinas en lugar de

seres humanosv toda la actividad de

comunicación en Internet se rige por protocolos

un protocolo define el formato y el orden de los mensajes enviados y recibidos entre entidades de red,

y las acciones tomadas en la transmisión y/o recepción de un

mensaje u otro sucesoIntroducción 1-10

Ahí va

Dame el fichero X2:00

¿Qué hora es?

¿Qué es un protocolo?un protocolo humano y un protocolo de red de

computador:

P: ¿Otros protocolos humanos?

Hola

Hola Sí

tiempo

Introducción 1-11

¿estás ahí servidor?

Hola

<fichero>

Respuesta de conexiónTCP

Petición de conexiónTCP

GET http://www.dte.us.es/index.html

Tema 1: Índice


v sistemas terminales, redes de acceso, enlaces1.3 El núcleo de la red




Introducción 1-12

Visión detallada de la estructura de red v la frontera de la red:

aplicaciones y sistemas terminales

v redes de acceso, medios físicos: enlaces de comunicación cableados, inalámbricos

Introducción 1-13

v el núcleo de la red:§ routers

interconectados§ red de redes

La frontera de la redv sistemas terminales (hosts):

§ ejecuta programas de aplicación§ ej. Web, correo electrónico§ en la “frontera de la red”

cliente/servidor

peer-peer

v modelo cliente/servidor§ sistema terminal cliente

solicita y recibe un servicio de un servidor “puro”

§ ej. navegador/servidor Webv modelo peer-peer:

§ mínimo (o ningún) uso de servidores dedicados

§ ej. Skype, BitTorrent

Introducción 1-14

Redes de acceso y medios físicos

P: ¿Cómo conectar sistemas terminales a un router de frontera?

v redes de acceso domésticasv redes de acceso

institutionales (colegio, empresa)

v redes de acceso móviles

Ten en cuenta: v ancho de banda (bits por

segundo) de acceso a la red?v compartida o dedicada?

Introducción 1-15

Red telefónicaInternet

Modemde accesotelefónicodoméstico

Modem del ISP(ej., AOL)

PCdoméstico

Centraltelefónica

v usa la infraestructura telefónica existente§ hogar conectado directamente a la central

telefónicav velocidad máxima de 56Kbps (a menudo menos)v no se puede navegar y hacer llamadas telefónicas al

mismo tiempo: no “siempre disponible”

Acceso telefónico (dial-up modem)

Introducción 1-16

Redes de acceso domésticas

Redtelefónica

ModemDSL

PCdoméstico

Teléfonodoméstico

Internet

DSLAM

Línea telefónica existente:telefonía 0-4KHz; 4-50KHz carga de datos; 50KHz-1MHz descarga de datos

splitter

Centraltelefónica

Digital Subscriber Line (DSL)

v usa la infraestructura telefónica existentev velocidad de carga máxima de 1 Mbps (hoy típicamente

< 256 kbps)v Velocidad de descarga máxima de 8 Mbps (hoy

típicamente < 1 Mbps)v línea física dedicada hasta la central telefónica Introducción 1-17


Cable

v usa la infraestructura de la televisión por cable en lugar de la infraestructura telefónica

v HFC: hybrid fiber coax (híbrido de fibra y coaxial)§ asimétrico: velocidad máxima de descarga de

30Mbps y 2 Mbps de cargav red de cable, fibra conecta las casas al router

del ISP§ las casas comparten el acceso al router § a diferencia del DSL, el cual tiene un acceso

dedicado

Introducción 1-18


Cable

Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html Introducción 1-19

Típicamente 500 a 5,000 casas


ONT

OLT

Centraltelefónica

Splitteróptico

ONT

ONT

Cable defibra óptica

Cables defibra óptica

Internet

Fibra hasta el Hogarv enlaces de fibra óptica desde la central telefónica a

las casas (fibra directa)v proporciona velocidades de acceso a Internet mucho

mayores; y servicios de televisión y telefoníav dos tecnologías de fibra que compiten:

§ Passive Optical Network (PON) § Active Optical Network (AON)

Introducción 1-20


100 Mbps

100 Mbps

100 Mbps

1 Gbps

servidor

ConmutadorEthernet

Routerinstitucional al ISP de

la institución

Ethernet

v típicamente usado en empresas, universidades, etc.v También se usan en redes domésticas.v 10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps Ethernetv actualmente, los sistemas terminales se

conectan generalmente a conmutadores (switches) Ethernet Introducción 1-21

Redes de acceso institucionales

Redes de acceso inalámbricosv la red de acceso inalámbrico

compartida conecta los sistemas terminales al router§ a través de una estación base

también conocida como “punto de acceso”

v LANs inalámbricas:§ 802.11b/g (WiFi): 11 or 54 Mbps

v Acceso inalámbrico de área extensa§ Proporcionado por los operadores

de telecomunicaciones§ ~1Mbps usando la infraestructura

de telefonía móvil (EVDO, HSDPA)§ emergente (?): WiMAX (10’s Mbps)

sobre área extensa

estaciónbase

sistemasterminales

móviles

router

Introducción 1-22

Redes de acceso móviles

Redes domésticasComponentes típicos de una red doméstica: v modem DSL o modem cable v router/firewall/NATv Ethernetv Punto de acceso inalámbrico

Punto deacceso

inamlábrico

Portátiles(inalámbricos)

router/Firewall

/NAT

modemcable

a/desdeel terminal

de cabecerade cable

EthernetIntroducción 1-23

Home Station Fibra Óptica Teldat i-1104W(MoviStar)http://www.movistar.es/particulares/ayuda/internet/adsl/equipamiento-adsl/routers/Teldat-i-1104w

Medios físicos

v bit: se propaga entre parejas de transmisores y receptores

v enlace físico: el medio que hay entre el transmisor y el receptor

medios guiados:§ las señales se transportan por un

medio sólido: cobre, fibra, coaxial

medios no guiados:§ Las señales se propagan

libremente, ej., radio

Introducción 1-24

Medios físicos guiadosPar trenzado (Twisted Pair, TP)v dos cables de cobre aislados

§ Categoría 3: cables de teléfono tradicionales, 10 Mbps Ethernet§ Categoría 5: 100Mbps Ethernet

Cable coaxial:v dos conductores de cobre concéntricosv bidireccionalv Banda base:

§ un único canal sobre un cable§ heredado de Ethernet

v Banda ancha:§ varios canales sobre un cable§ HFC

Cable de fibra óptica:v fibra de vidrio conduciendo pulsos de luz, cada pulso representa un bitv alta velocidad de operación:

§ transmisión punto a punto de alta velocidad (ej., 10’s-100’s Gpbs)v tasa de error baja: atenuación baja permite repetidores muy espaciados;

inmune a las interferencias electromagnéticas

Introducción 1-25

Medios físicos no guiados: radio

v señales transportadas en el espectro electromagnético

v sin “cable” físicov bidireccionalv efectos del entorno de

propagación:§ reflexión§ obstrucción por objectos§ interferencia

Introducción 1-26

Tipos de canales de radio:v microondas terrestre

§ ej. canales de 45 Mbps (máximo)v WLAN (ej., WiFi)

§ 11Mbps, 54 Mbpsv área-extensa (ej., móvil)

§ móviles 3G: ~ 1 Mbpsv satélite

§ velocidad del canal: Kbps to 45Mbps (o varios canales más pequeños)

§ Retraso de extremo a extremo de 270 ms

§ geoestacionarios frente a los de órbita baja terrestre

Tema 1: Índice



v conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red



Introducción 1-27

El núcleo de la red

v malla de routers interconectados

v la pregunta fundamental:¿cómo se transfieren los datos a través de la red?§ conmutación de circuitos:

circuito dedicado por llamada: red telefónica

§ conmutación de paquetes:los datos se envían a través de la red en fragmentos más pequeños (paquetes) Introducción 1-28

El núcleo de la red: Conmutación de circuitos

recursos de extremo a extremo reservados por “llamada”

v ancho de banda del enlace, capacidad del router

v recursos dedicados: sin compartir

v rendimiento garantizadov establecimiento de

llamada requerido

Introducción 1-29

El núcleo de la red: Conmutación de circuitos

recursos de red (ej., ancho de banda) dividivido en “partes”

v partes asignadas a llamadas

v parte del recurso inutilizado si no es usado por el que realiza la llamada (no se comparte)

v división del ancho de banda del enlace en “partes”§ División de frecuencia§ División de tiempo

Introducción 1-30

Banda base y Banda ancha

Banda base Banda ancha

MU

LTIPLEXO

R

DEM

ULTIPLEX

OR

1 enlace3 canales

- No se modula- Señal original

Introducción 1-31

Conmutación de circuitos:FDM y TDM

FDM

frecuencia

tiempoTDM

frecuencia

tiempo

4 usuariosEjemplo:

Introducción 1-32

Marco

El núcleo de la red: Conmutación de paquetes

cada flujo de datos de extremo a extremo se divide en paquetes

v paquetes de distintos usuarios comparten los recursos de la red

v cada paquete usa el ancho de banda del enlace completo

v Recursos usados según se necesitan

contienda por los recursos:v demanda de recursos del

conjunto puede exceder la cantidad disponible

v congestión: colas de paquetes, espera para el uso del enlace

v store and forward: los paquetes avanzan un paso cada vez§ el nodo recibe

completamente el paquete antes del reenvío

División del ancho de bandaen “partes”

Asignación dedicadaReserva de recursos

Introducción 1-33

Conmutación de paquetes: multiplexación estadística

v la secuencia de paquetes de A y B no tiene un patrón temporal fijo§ ancho de banda compartido bajo demanda: multiplexación

estadística

A

B

C100 Mb/sEthernet

1.5 Mb/s

D E

multiplexación estadística

cola de paquetesesperando el enlace

de salida

Introducción 1-34

Conmutación de paquetes: store-and-forward

v se tarda L/R segundos en transmitir (expulsar) paquetes de L bits sobre un enlace de R bps

v store and forward: el paquete completo debe llegar al router antes de ser transmitido al siguiente enlace

v retardo = 3L/R (asumiendo un retardo de propagación cero)

Ejemplo:§ L = 7.5 Mbits§ R = 1.5 Mbps§ Retardo de

transmisión (extremo a extremo) = 15 s

R R RL

más sobre retardos en breve …

Introducción 1-35

Conmutación de paquetes frente a conmutación de circuitos

Ejemplo:§ enlace de 1 Mb/s§ cada usuario:

• 100 kb/s cuando “activo”• activo 10% del tiempo

vConmutación de circuitos:§ 10 usuarios

vConmutación de paquetes:§ con 35 usuarios, probabilidad

> 10 activos en el mismo tiempo es menor que 0.0004

La comnutación de paquetes permite a más usuarios usar la red!

N usuarios

Enlace 1 Mbps

Introducción 1-36

P: ¿qué sucede si > 35 usuarios ?

…..

Conmutación de paquetes frente a conmutación de circuitos

v ideal para ráfagas de datos§ se comparten los recursos§ es más simple, sin establecimiento de llamada

v congestión excesiva: retardo y pérdida de paquetes§ se necesitan protocolos para transferir datos de forma

fiable, para control de la congestiónv P: ¿Cómo proporcionar el comportamiento de la

conmutación de circuito?§ garantizar el ancho de banda necesario para aplicaciones

de audio y video§ todavía es un problema sin resolver

Es la conmutación de paquetes un “claro ganador”?

P: analogías humanas de recursos reservados (conmutación de circuitos) frente a asignación bajo demanda (conmutación de paquetes)? Introducción 1-37

Estructura de Internet: red de redes

Introducción 1-38

ISP ISP ISP ISPISP

Abonados Abonados Abonados Abonados Abonados

RSP RSP RSP

NSP NSP

NAPInternet Service Provider (ISP)

(Suministrador de Servicio de Internet)

Regional Service Provider (RSP) (Suministrador de Servicio Regional)Network Service Provider (NSP)

(Suministrador de Servicio de Red)

Network Access Point (NAP) (Punto de acceso a la red)

v Los ISPs o TIER 3 ISP (ISP de Nivel 3) se conectan a los RSP.v RSP o ISP de Nivel 2 se conectan a los NSP o ISP de Nivel 1.v NSP se interconectan a los NAPsv Un NAP es una red de acceso de alta velocidad, típicamente ethernet, a

través de la cual los ISPs intercambian rutas y tráfico. También conocido como IXP, Internet Exchange Point o NP (Neutral Point, Punto Neutro).

v Es posible que los RSP se conecten mediante enlaces privados a otros RSP o NSP.

v un paquete pasa a través de muchas redes desde el equipo fuente al equipo destino

Estructura de Internet: red de redes

Introducción 1-39

Tema 1: Índice






Introducción 1-40

¿Cómo ocurren las pérdidas y los retardos?

los paquetes se encolan en el buffer del routerv tasa de llegada de paquetes al enlace excede la

capacidad de salida del mismov Paquetes se encolan, esperando su turno

A

B

paquete siendo transmitido (retardo)

Paquetes encolados (retardo)buffer libre (disponible): paquetes que llegan se encolanbuffer completo: paquetes no se encolan (pérdida)

Introducción 1-41

NotaCómo se verá más adelante en la asignatura además de los routers hay otros dispositivos que introducen retardos.

Cuatro fuentes de retardos

dproc: procesamiento nodal § comprobar errores de nivel de bit§ Determinar el enlace de salida§ típicamente < ms

A

B

propagación

transmisión

procesamientonodal de cola

dcola: retardo de cola§ tiempo de espera antes de

ser transmitido por el enlace de salida

§ depende del nivel de congestión del router

Introducción 1-42

dnodal = dproc + dcola + dtrans + dprop

Cuatro fuentes de retardos

Introducción 1-43

dtrans: retardo de transmisión:§ L: longitud del paquete (bits) § R: ancho de banda del enlace

(bps)§ dtrans = L/R

dprop: retardo de propagación:§ d: longitud del enlace físico§ s: velocidad de propagación del

medio (~2x108 m/sec)§ dprop = d/sdtrans y dprop

muy diferentes

A

B

propagación

transmisión

procesamientonodal de cola

dnodal = dproc + dcola + dtrans + dprop

v R: ancho de banda del enlace (bps)

v L: longitud del paquete (bits)

v a: tasa de llegada de paquetes promedio (paquetes por segundo)

intensidad de tráfico = La/R

v La/R ~ 0: retardo de cola promedio pequeñov La/R -> 1: retardo de cola promedio grandev La/R > 1: llegan más paquetes de lo que se puede

servir, retardo de cola infinito!

Introducción 1-44

retardo de colaprom

edioLa/R ~ 0

Retardo de cola (revisado)

La/R -> 1

Pérdida de paquetesv La cola (buffer) asociada a un enlace tiene una

capacidad finitav paquetes que llegan a una cola llena se

descartan (pierden)v paquetes descartados pueden ser

retransmitidos por el sistema terminal origen, por el nodo previo o por nadie

A

B

paquete siendo transmitido

paquete que llega albuffer lleno se pierde

buffer (área de espera)

Introducción 1-45

Tasa de transferencia(extremo a extremo) v tasa de transferencia (throughput): tasa

(bits/unidad de tiempo) a la cual los bits son transferidos entre el cliente y el servidor§ instantánea: tasa en un instante de tiempo determinado§ promedio: tasa sobre un periodo largo de tiempo

servidor, tiene queenviar un fichero de

F bits al cliente

capacidad delenlace

Rs bits/s

capacidad delenlace

Rc bits/s

tubería puede transportar el fluido a

una tasaRc (bits/s)

servidor envía bits (fluido) a la

tubería

tubería puede transportar el fluido

a una tasaRs (bits/s) Introducción 1-46

Tasa de Transfer. ext. a ext. (cont.)v Rs < Rc ¿tasa de transferencia promedio de

terminal a terminal?

Rs bits/s Rc bits/s

v Rs > Rc ¿tasa de transferencia promedio de terminal a terminal?

Rs bits/s Rc bits/s

enlace cuello de botellaEs el enlace en la ruta de extremo a extremo que limita la tasa de transferencia extremo a extremo.

Introducción 1-47

Tasa de transferencia: escenario de Internet

10 conexiones comparten el enlace común (en partes iguales) con

velocidad R bits/s

Rs

Rs

Rs

Rc

Rc

Rc

R

v Tasa de transferencia terminal a terminal por conexión: min(Rc,Rs,R/10)

v en la práctica: Rc o Rs es a menudo el cuello de botella

Introducción 1-48

Tema 1: Índice






Introducción 1-49

Capas de protocolosRedes son complejas,con muchas “piezas”:

v sistemas terminalesv routersv enlaces de varios

mediosv aplicacionesv protocolosv hardware, software

Pregunta:¿tenemos alguna esperanza de poder

organizar una arquitectura de red?

¿o al menos nuestra exposición sobre la

misma?

Introducción 1-50

Organización de un viaje en avión

v un conjunto de pasos

billete (compra)

equipaje (facturación)

embarque (carga)

despegue

control de vuelo

billete (reclamación)

equipaje (recogida)

embarque (descarga)

aterrizaje

control de vuelo

control de vuelo

Introducción 1-51

billete (compra)

equipaje (facturación)

embarque (carga)

despegue

control de vuelo

Aeropuertode salida

Aeropuetode llegada

Centros intermedios decontrol de tráfico aéreo

control de vuelo control de vuelo

billete (reclamación)

equipaje (recogida)

embarque (descarga)

aterrizaje

control de vuelo

equipaje

embarque

despegar/aterrizar

control de vuelo

billete

Disposición en capas de la funcionalidad de una compañía aérea

Capas o niveles: cada capa implementa un serviciov llevando a cabo determinadas acciones dentro

de dicha capav utilizando los servicios que proporciona la capa

que tiene directamente debajo de ellaIntroducción 1-52

¿Por qué una arquitectura en capas?Los sistemas son complejos:v Una estructura específica permite identificar y

relacionar las partes complejas del sistema§ Un modelo de referencia en capas para análisis y

discusiónv modularización simplifica el mantenimiento y la

actualización del sistema§ Modificar la implementación del servicio de una

capa es transparente al resto del sistema§ ej., cambio en el procedimiento de embarque no

afecta al resto del sistema

Introducción 1-53

Introducción 1-54

v En cada extremo debe haber una instancia de un determinado nivel, conocido como entidad.v Cada nivel realiza un conjunto de tareas, conocidas como funciones

v No todas las funciones se realizan en cada extremo de la comunicación.v ej., en la capa de equipaje esta la función de facturación y

la de recogida.v Cada nivel ofrece un conjunto de prestaciones (proveedor) al nivel superior (usuario), conocidas como servicios

v ej., servicio de facturación.v El acceso a los servicios de un determinado nivel se

realiza a través de una interfaz conocida como SAP (Service Access Point).

¿Cómo se organiza una arquitectura en capas? (I)

Introducción 1-55

v En cada nivel se utiliza un determinado protocolo para comunicarse con otra entidad del mismo nivel, ofrecer los servicios a su nivel superior y realizar la funciones que tiene encomendadas.

v Usa los servicios que le ofrece el nivel inferior.v En el protocolo se describe:

v el formato de los mensajes a intercambiarv Conocido como PDU (Protocol Data Unit)

v las reglas de intercambio de mensajes.v Ejemplo

¿Cómo se organiza una arquitectura en capas? (II)

Nivel N + 1

Nivel N

Nivel N - 1

Nivel N + 1

Nivel N

Nivel N - 1

...

...

...

...

Extremo A Extremo B

N_SAP

Entidad de nivel NProtocolo nivel N

N_PDU

Un nivel puede ofrecer distintos servicios. Cada uno usará su propio protocolo

Nota

Introducción 1-56

v Los servicios se especifican formalmente mediante un conjunto de estructuras de información, conocidas como primitivas.

v tipos:ü solicitud (request) à emitida por el usuario en origenü indicación (indication) à emitida por el suministrador del servicio (por

iniciativa propia o no)ü respuesta (response) à emitida por el usuario en destinoü confirmación (confirm) à emitida por el suministrador del servicio

Servicios ofrecidos por un nivel

Nivel N+1Nivel N Servicio

Extremo A (iniciador)

Nivel N+1Nivel N Servicio

Extremo Bsolicitud

1

indicación

2

respuesta

3

confirmación

4

hacia los niveles de abajo en

transmisión

hacia los niveles de abajo en la transmisión

hacia los niveles de arriba en recepción

Introducción 1-57

Tipos de Servicios

confirmados:v requieren una respuestav implementan las cuatro

primitivasno confirmados:

v no requieren respuestav implementan solicitud e

indicaciónparcialmente confirmados:

v responde el proveedorv implementan solicitud,

indicación y confirmacióniniciados por el proveedor:

v al detectar una condiciónv implementan indicación en

ambos sentidos

Nivel N Nivel N+1Nivel N+1

Usuario deN-Servicio

Usuario deN-Servicio

ProveedorN-Servicio

Servicio.Request

Servicio.Confirmation

Servicio.Request

Servicio.Request

Servicio.Confirmation

Servicio.Indication

Servicio.Indication

Servicio.Response

Servicio.Indication

Servicio.Indication

Servicio.Indication

tiempotiempo

Confirmado

ConfirmadoNo

Parcialmenteconfirmado

Iniciado porel proveedor

TransmisiónTransmisión

Introducción 1-58

Arquitectura en capas

Entidades par de nivel N

primitiva del N-servicio primitiva del N-servicio

Entidades par de nivel N-1

N-PDU

Entidades par de nivel N-2

N-1 -PDU

N-2 -PDU

primitiva del N-1-servicio




Extremo A Extremo B

Protocolo capa N

Protocolo capa N-1

Protocolo capa N-2

A las entidades de un mismo nivel se conocen como entidad par

Nota

Real:v Entre niveles adyacentes.v A través del SAP.v Comunicación vertical.v Las PDUs se tienen que

encapsular y desencapsular.

v En el mismo equipo.Lógica:

v Entre entidades pares. v Comunicación horizontalv Entre diferentes equipos.v Se intercambian PDU.

¿Cuál es el flujo de información?

Introducción 1-59

Encapsulación

(N+1)-PDU

(N)-UD (N)-PDU

(N)-ICI

(N)-ICI(N)-SDU

(N)-PCI

Nivel N

Nivel N+1

IDU: Interface Data UnitICI: Interface Control InformationPCI: Protocol Control InformationSDU: Service Data UnitUD: User Data

(N)-SAP

Encapsulación

(N)-IDU

Emisor

SAP: Service Access Point

Introducción 1-60

Desencapsulación

(N+1)-PDU

(N)-UD (N)-PDU

(N)-ICI

(N)-ICI(N)-SDU

(N)-PCI

Nivel N

Nivel N+1

IDU: Interface Data UnitICI: Interface Control InformationPCI: Protocol Control InformationUD: User Data

Desencapsulación

Receptor

(N)-IDU (N)-SAP

Fragmentación

(N)-PDU

(N)-PCI

(N+1)-PDU

(N)-ICI

(N)-SDU(N)-ICI

Nivel N

Nivel N+1

Encapsulación

(N)-PDU

Emisor

Introducción 1-61


(N)-IDU (N)-SAP

Reensamblaje

(N+1)-PDU

(N)-SDU

(N)-ICI

(N)-ICI

Nivel N

Nivel N+1

(N)-PCI

(N)-PDU (N)-PDU

Desencapsulación

Receptor

Introducción 1-62


(N)-IDU (N)-SAP

¿Cuántas capas son necesarias?v Depende del conjunto de funciones que se desee que

tenga la arquitectura de red.v Dos arquitecturas de red:

v TCP/IP la utilizada en Internet.v Se compone de cinco capas.v Describe funciones, servicios y protocolos

v Modelo de referencia OSI (Open System Interconnection).v Se compone de siete capas.v Estándar de ISO (International Organization

for Standardization).v Describe funciones y servicios.

Introducción 1-63

Pila de protocolos de Internetv aplicación: soporta las aplicaciones

de red. Sirve de interfaz con el usuario final§ FTP, SMTP, HTTP, DNS

v transporte: transferencia de datos extremo a extremo entre procesos§ TCP, UDP

v red: direccionamiento y enrutado de datagramas de origen a destino§ IP, protocolos de rutado

v enlace: transferencia de datos entre elementos de red “cercanos”§ Ethernet, 802.11 (WiFi), PPP

v física: bits “en el cable”

aplicación

transporte

red

enlace

física

Introducción 1-64

A_PDUmensaje

T_PDUsegmento

R_PDUdatagrama

E_PDUtrama

Modelo de referencia ISO/OSI

v presentación: permite que las aplicaciones interpreten el significado de los datos, ej., encriptación, compresión, codifica datos en modo estándar

v sesión: sincronización, puntos de comprobación, recuperación del intercambio de datos

v pila de Internet “omite” estas capas!§ estos servicios, si son necesarios,

deben ser implementados en aplicación

§ ¿necesarios?

aplicaciónpresentación

sesióntransporte

redenlacefísica

Introducción 1-65

¿Cómo se implementan las capas?

Introducción 1-66

aplicación

transporte

red

enlace

físicahardware

SoftwareSistema Operativo

Programas

Al hardware que implementa el nivel de enlace y físico se conoce como interfaz de red, tarjeta de red o NIC (Network Interface Card).

Nota

No todos los niveles están en todos los dispositivos que se usan en Internet.

Nota

origenaplicacióntransporte

redenlacefísica

HtHn M

segmento Htdatagrama

destinoaplicacióntransporte

redenlacefísica

HtHrHe MHtHr MHt M

M

redenlacefísica

router

Arquitectura en capas: Internet

mensaje M

Ht M

Hrtrama

Introducción 1-67

HtHrHe M

HtHr M

HtHrHe M

Ejemplo: Dos sistemas finales interconectados por un router.

Hx = X_PCIM = A_PCI(Ha) + Datos Usuario (UD)Ejemplo UD:Asunto/cuerpo de un e_mailTexto de un mensaje WhatsApp

NotaMedio físico

origenaplicacióntransporte

redenlacefísica

destinoaplicacióntransporte

redenlacefísica

redenlacefísica

router

Arquitectura en capas: Internet

Introducción 1-68

Protocolo aplicación

Protocolo transporte

Protocolo red Protocolo red

Ejemplo: Dos sistemas finales interconectados por un router.

Protocolo enlace

Protocolo físico

Protocolo enlace

Protocolo físico

Tema 1: Índice






Introducción 1-69

Historia de Internet

v 1961: Kleinrock – teoría de colas muestra la eficacia de la conmutación de paquetes

v 1964: Baran – conmutación de paquetes en redes militares

v 1967: ARPAnet concebido por la Advanced Research Projects Agency

v 1969: primer nodo ARPAnet operacional

v 1972:§ demostración pública ARPAnet§ NCP (Network Control Protocol)

primer protocolo de equipo a equipo§ primer programa de correo

electrónico§ ARPAnet tiene 15 nodos

1961-1972: principios de la conmutación de paquetes

Introducción 1-70


v 1970: red de satélite ALOHAnet en Hawaii

v 1974: Cerf and Kahn -arquitectura para interconectar redes

v 1976: Ethernet de Xerox PARC

v finales 70’s: arquitecturas propietarias: DECnet, SNA, XNA

v finales 70’s: conmutación de paquetes de longitud fija (precursor ATM)

v 1979: ARPAnet tiene 200 nodos

Cerf and Kahn’s principios de la interconexión de redes:§ minimalismo, autonomía

– no se requieren cambios internos para interconectar redes

§ modelo de mejor esfuerzo

§ stateless routers§ control descentralizado

define la arquitectura de Internet actual

1972-1980: interconexión de redes, redes nuevas y propietarias

Introducción 1-71


v 1983: despliegue de TCP/IP

v 1982: se define el protocolo smtp (correo electrónico)

v 1983: se define DNS para la traducción de nombre a dirección IP

v 1985: se define el protocolo ftp

v 1988: Control de la congestión TCP

v nuevas redes nacionales: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel

v 100,000 equipos conectados a la confederación de redes

1980-1990: nuevos protocolos, proliferación de redes

Introducción 1-72


vprincipios 1990’s: ARPAnet fuera de servicio

v 1991: NSF levanta las restricciones sobre el uso comercial de NSFnet (fuera de servicio, 1995)

vprincipios 1990s: Web§ hipertexto [Bush 1945, Nelson

1960’s]§ HTML, HTTP: Berners-Lee§ 1994: Mosaic, más tarde

Netscape§ finales 1990’s:

comercialización de la Web

finales 1990’s – 2000’s:v más aplicaciones: mensajería

instantánea, compartición de ficheros P2P

v seguridad de la red en primer plano

v est. 50 millones equipos, más de 100 millones usuarios

v enlaces backbone funcionando a Gbps

1990, 2000’s: comercialización, the Web, nuevas aplicaciones

Introducción 1-73


2010:v ~750 millones de equiposv voz, video sobre IPv aplicaciones P2P: BitTorrent

(compartir ficheros) Skype (VoIP), PPLive (video)

v más aplicaciones: YouTube, gaming, Twitter

v conexión inalámbrica, movilidad

Introducción 1-74

Resumencubierta gran cantidad de

material!v descripción general de Internetv ¿qué es un protocolo?v frontera y núcleo de la red,

redes de acceso§ conmutación de paquetes

frente a conmutación de circuitos

§ arquitectura de Internetv rendimiento: pérdidas, retrasos,

tasa de transferenciav capas, modelos de serviciov historia

ahora conoces:v contexto, visión

general, la “esencial” de la red

v mayor profundidad y detalles a continuación!

Introducción 1-75

EJERCICIOS

Redes de Computadores Tema 1: Redes de Computadores e Internet


Introducción 1-76

TDM1. ¿Cuánto se tarda en enviar un fichero de 640000 bits

(640 Kb) desde un sistema final A al B sobre una red de conmutación de circuitos?§ velocidades de todos los enlaces: 1,536 Mbps§ cada enlace usa TDM con 24 particiones/marco§ 500 ms para establecer el circuito de terminal a terminal

A trabajar!

Introducción 1-77

Retardo de extremo a extremoConsiderar un paquete de longitud L transmitido por un sistema

terminal A que pasa a través de tres enlaces hasta alcanzar el sistema terminal destino. Los tres enlaces se conectan a través de dos router en una red de conmutación de paquetes. Considerando que di, si y Ri denotan la longitud, la velocidad de propagación y la velocidad de transmisión del enlace i, para i=1,2,3, que los routers retrasan cada paquete dproc, y asumiendo que no hay retardos de colas, en términos de di, si y Ri (i=1,2,3) y L, ¿cuál el retardo total de extremo a extremo para el paquete?

Suponer ahora que la longitud del paquete es 1500 bytes, la velocidad de propagación en los enlaces es 2.5x108 m/s, la velocidad de transmisión es 2 Mbps, el retardo de procesamiento del router es 3 ms, la longitud del primer enlace es 5000 km, la del segundo 4000 km y la del tercero 1000 km. Para estos valores, ¿cuál es el retardo de extremo a extremo?

Introducción 1-78

Retardo de colaUn router en una red conmutación de paquetes recibe un

paquete y determina el enlace de salida al cual el paquete debe reenviarse. Cuando el paquete llega, otro paquete se está transmitiendo por ese enlace de salida (la mitad se ha transmitido) y tres más están esperando para ser transmitidos. Los paquetes se transmiten por orden de llegada.Suponiendo que todos los paquetes tiene una longitud de 1500 bytes y que la velocidad del enlace es de 2Mbps.¿Cuál es el retardo de cola del paquete?De forma general, ¿cuál es el retardo de cola cuando todos los paquetes tienen longitud L, la velocidad de transmisión es R, x bits del paquete que se está transmitiendo se han transmitido, y n paquetes están ya en la cola? Introducción 1-79

Encapsulamiento y fragmentaciónSuponga que, en el modelo OSI, un protocolo de nivel de

enlace de datos tiene limitado el tamaño máximo de la E_SDU a 1000 bytes, y que el protocolo de nivel de red no limita el tamaño máximo de las R_SDUs a su nivel superior. Si las T_PDUs tienen siempre un tamaño de 2000 bytes y la R_PCI ocupa 100 bytes, ¿Cuántas R_PDUs enviará el nivel de red? ¿Qué contendrá cada R_PDU ? (Nota: Las R_PDUs que se envíen deben ser del tamaño máximo posible)

Introducción 1-80

SegmentaciónEn las redes de conmutación de paquetes modernas, el host de origen segmenta los

mensajes largos de la capa de aplicación (por ejemplo, una imagen o un archivo de música) en paquetes más pequeños y los envía a la red. Después, el receptor ensambla los paquetes para formar el mensaje original. Este proceso se conoce como segmentación de mensajes. La figura ilustra el transporte terminal a terminal de un mensaje con y sin segmentación del mensajes.

Equipo origen

Equipo origen

Conmutador de paquetes


Equipo destino

Equipo destinoConmutador de paquetes


Paquete con segmentación

Paquete sin segmentación

Introducción 1-81

SegmentaciónConsiderar que se envía un mensaje cuya longitud es 8x106 bits desde el origen hasta el

destino mostrados en esa figura. Suponga que cada enlace mostrado es de 2 Mbps. Ignore los retardos de propagación, de cola y de procesamiento.

Suponga que el mensaje se transmite desde el origen al destino sin segmentarlo. ¿Cuánto tarda el mensaje en desplazarse desde origen hasta el primer router? Teniendo en cuenta que cada router usa el método de store and forward, ¿cuál es el tiempo total que invierte el mensaje para ir desde el equipo origen al destino?

Suponer que el mensaje se segmenta en 4000 paquetes y que la longitud de cada uno es 2000 bits. ¿Cuánto tarda el primer paquete en desplazarse desde el origen hasta el primer router? Cuando se está enviando el primer paquete del primer router al segundo, el host de origen envía un segundo paquete al router. ¿en qué instante de tiempo habrá recibido el primer router el segundo paquete completo?

¿Cuánto se tarda en transmitirse el archivo desde el host origen al destino cuando se emplea la segmentación de mensajes? Compare este resultado con la respuesta del primer apartado y coméntelo.

Comentar los inconvenientes de la segmentación de mensajes.

Introducción 1-82

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