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
Departamento deTecnología Electrónica
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
1.1 ¿Qué es Internet?1.2 La frontera de la red
v sistemas 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 1-12
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
Redes de acceso domésticas
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
Redes de acceso domésticas
Cable
Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html Introducción 1-19
Típicamente 500 a 5,000 casas
Redes de acceso domésticas
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
Redes de acceso domésticas
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
1.1 ¿Qué es Internet?1.2 La frontera de la red
vsistemas terminales, redes de acceso, enlaces1.3 El núcleo de la red
v conmutación 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 1-27
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
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 1-40
¿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
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 1-49
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
primitiva del N-2-servicio
primitiva del N-1-servicio
primitiva del N-2-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
IDU: Interface Data UnitICI: Interface Control InformationPCI: Protocol Control InformationUD: User Data
(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
IDU: Interface Data UnitICI: Interface Control InformationPCI: Protocol Control InformationUD: User Data
(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
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 1-69
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
Historia de Internet
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
Historia de Internet
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
Historia de Internet
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
Historia de Internet
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
Departamento deTecnología Electrónica
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
Conmutador de paquetes
Equipo destino
Equipo destinoConmutador de paquetes
Conmutador 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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