Clase Redes 1

Seminario de Redes 1998 1

Redes de Computadoras

Este material es solo para ser usado con fines acadmicos


Bibliografal Computer Networks 3rd Edition Andrew Tanenbaum. Prentice Hall, 1996,. (ISBN

0-13-349945-6). Cubre la mayora de los temas del curso. Se puede utilizar como libro dereferencia.

l Internetworking with TCP/IP Volume I Douglas E. Comer. (ISBN: 0-13-216987-8)Cubre ampliamente la interconexin de redes TCP/IP.

l UNIX Network Programming, 2nd Edition. Richard Stevens Prentice Hall, 1998,2nd Edition. (ISBN 013490012x) . Provee material de lectura para la construccin desoftware de red.

l TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols Richard Stevens. Addison-Wesley,1994. (ISBN 0-201-63346-9). Cubre desde la capa de aplicacin hasta la capa de red.

l Data Communications, Computer Networks and Open Systems. FredHalsall. Addison-Wesley, 1996, 4th Edition. (ISBN 0-201-42293-X). Provee informacin delas capas inferiores.

l Data and Computer communications. Willian Stallings Phlaie (ISBN 0-02-415425-3). Este libro cubre ampliamente la capa fsica del modelo OSI


Introduccin

l El propsito fundamental de lacomunicacin de datos es intercambiarinformacin entre dos agentes.

l Datos vs. Informacin. La informacin nace cuando los datos son

interpretados.


Objetivos de las redes

l Compartir recursos.

l Alta fiabilidad.

l Distribucin de tareas.

l Ahorro econmico.

l Intercambio de informacin.


Modelo de comunicacin

l Ejemplos: mail, conversacin telefnica.

InputDevice

Transmisor Medio de transmisin ReceptorOutputDevice

Agente Agente

Sistema Origen Sistema destino

1 2 3 4 5 6

Informacinde entrada m

Dato g o seal g(t)de entrada

Sealtransmitida s(t)

SealRecibida r(t)

Dato goseal g(t)

Informacinde salida m


Servicios a ofrecerl Establecimiento y finalizacin de la conexin.l Control y recuperacin de errores.l Secuenciamiento de los mensajes.l Control de flujo.l Enrutamiento (Routing).l Direccionamiento (Addressing).l Servicio orientado a conexin vs. Sin conexin.l Comunicacin half-duplex vs. full-duplex.l Acceso al medio (network access).l Multiplexin y demultiplexin.


Elementos de una red

Dispositivode

Interconexin

Host 1Host 1Host 2Host 2

Host 3Host 3


Comunicacin & Networking

l Networking: dos o mas nodos, mas elementos (ruteo,direccionamiento,etc.)

l Comunicacin: dos nodos, comunicacin punto apunto


Clasificacin de las redes

LAN (Local Area Network) Medio compartido. Broadcast. No hay estaciones

intermedias.

Administrada poruna organizacinprivada.

WAN (Wide Area Network) Punto a Punto. Unicast. Estaciones

intermedias.(Routers/Switches)

Administrada poruna empresa decomunicaciones.


LAN & WAN


Tipos de Redes


Anillo

Malla

Anillocableado enestrella

Estrella Bus

Arbol

Topologa


Conceptosl Entidad:

Es cualquier cosa que puede enviar y recibir informacin. Ejemplo: FTP, DBMS, eMail, Telnet, etc.

l Sistema: Es un objeto fsico que contiene una o mas entidades Ejemplos: Computadoras, Terminales, etc.

l Protocolo: Conjunto de reglas que definen la forma de intercambiar

datos entre dos entidades.

l Arquitectura: Conjunto estructurado de protocolos que cooperan en una

comunicacin. (OSI, TCP/IP)


Formas de comunicacin

l Los humanos envan y reciben informacin.l Las aplicaciones envan y reciben datos.l Los dispositivos digitales envan y reciben bits.l Los dispositivos analgicos envan y reciben

seales analgicas.l Por los cables pasan seales elctricas u

pticas. Todos estos dispositivos hablan su propio

idioma


Entidad, Sistema y ProtocoloSistema A Sistema B

Aplicacin

Servicios de Red

Serviciosde Red

Protocolo a nivelde Aplicacin

Protocolo a nivelde Red

Protocolo de acceso a la red

Red de Comunicacin

Aplicacin


Conceptos del modelo por capas

l Servicios Conjunto de primitivas que una capa le brinda a la capa

superior. Libre implementacin.

l Interfaz Especifica que servicios la capa inferior le brinda a la

superior. Poca interconexin entre las capas.

l Protocolos de la capa n Conjunto de reglas usadas para transferir datos entre capas

del mismo nivel.


Modelo por capas

3

2

1

3

2

1

Protocolo 3

Protocolo 2

Protocolo 1

Flujo de la Informacin

Interfaz 2/3

Interfaz 1/2


Modelos por capas

l Modelo OSI

Propuesta desarrollada por la InternationalStandard Organitation.

No es una arquitectura de red.

Siete Capas

l TCP/IP suite

Estndar defacto

Cuatro Capas


HeadersSH = de sesin TH = de Transporte NH = de red DH =de enlace

Aplicacin

Sesin

Transporte

Red

Enlace

Fsica

Presentacin

Aplicacin

Sesin

Transporte

Red

Enlace

Fsica

Presentacin

Modelo OSI


OSI vs. TCP/IP Stack

Servicios

(smtp - ftp - pop)

Transporte

Red

Acceso alMedio

TCP/IP StackPresentacin

Aplicacin

Sesin

Transporte

Red

Enlace

Fsica

Modelo OSI


Nivel 1l Capa Fsica

Como se transmite informacin al medio.

La unidad de informacin es el BIT.

Define caractersticas:

mecnicas (Conectores, pins, formas, etc.).

elctricas (Duracin del bit, niveles de voltaje,etc.).

funcionales (Asignacin de seales a los pines)

Establecer y terminar la conexin.

Transmisin en uno o dos sentidos.


1 segundo1 Hertz

1 segundo2 Hertz

+ Amplitud

Nivel 2

Nivel 1

- AmplitudTiempo

Ciclo 1 Ciclo 2

1 0 11 0 1 0 0 1

Caractersticas Elctricas


Caractersticas Funcionales

Caractersticas Mecnicas

Pin 2 Transmisin de datos DTE DCEPin 3 Recepcin de datos DTE DCEPin 4 Request to send DTE DCEPin 5 Clear to send DTE DCE........


Nivel 2l Capa de Enlace

La unidad de informacin son las tramas o frames. Incluye patrones de bits para el reconocimiento de

las tramas. Realiza control de error, por medio de ACK y

retransmisiones. Controla la prdida y duplicidad de las tramas. Controla el flujo de informacin. Administra la competencia en lneas bidireccionales

(piggy back).


Nivel 3

l Capa de Red La unidad de informacin es el paquete. Rutea los paquetes del origen al destino. Direccionamiento. Las rutas pueden ser estticas o dinmicas. Posibilidad de controlar congestin. Se encarga de la interconexin de redes

heterogneas.


Nivel 4l Capa de transporte

Aisla a la capa superior de los cambios del hardware.

Puede multiplexar varias conexiones de transporte sobreuna conexin de red.

Divide si es necesario los datos de la capa 5 paraadaptarlos a la capa de red (fragmentacin).

Brinda dos tipos de servicios: con y sin conexin.

La comunicacin es de extremo a extremo (end to end).

Realiza Control de flujo.


Nivel 5

l Capa de sesin

Gestiona el control de dilogo

(Bidireccional, Unidireccional)

Provee las estructuras de control para la

comunicacin entre aplicaciones.

Establece, controla y termina las sesiones

entre aplicaciones.


Nivel 6

l Capa de Presentacin Se ocupa de aspectos sintcticos y semnticos.

Posibilita la comunicacin entre computadorascon diferentes representacin interna (ASCII,EBCDIC, complemento a 1 o 2).

Define una estructura abstracta de los datos.

Se encarga tambin de la compresin yencriptado de datos.


Nivel 7

l Capa de aplicacin

Es la interfaz con el usuario.

Esconde la incompatibilidad funcional.

Existen diferentes protocolos que brindan

distintos servicios: telnet, ftp, snmp, smtp,

pop, etc.


Transmisin de Datos

l Depende bsicamente de:La calidad de la seal que se

transmiteCaractersticas del medio de

transmisin.

l Ocurre entre transmisor y receptorsobre algn medio de transmisin.


Medios de transmisin


Medios de transmisinTransmisorReceptor

Medio Medio Amplificador

RepetidorTransmisorReceptor

0 o ms

Medio

TransmisorReceptor

TransmisorReceptor

AmplificadorRepetidor Medio

TransmisorReceptor

TransmisorReceptor

0 o ms

Punto a Punto

Multipunto


Seales

l Las seales electromagnticas son utilizadaspara transportar los datos entre el transmisory el receptor.

l Las seales pueden expresarse en funcindel tiempo y de la frecuencia

l Parmetros de una seal: Amplitud Frecuencia y Periodo Fase


Seales en funcin del tiempo


Tipos de Seales

Fig. 2.3

Seal analgica

Seal discreta

Seal Sinusoidal

Seal Cuadrada

Periodo

Periodo


Parmetros de una seal


Seales en funcin de lafrecuencia

Fig. 2.5


Trminosl Espectro: Rango de frecuencias que

contiene una seal. En la fig. 2.5 es desde f a 3f

l Ancho de banda absoluto: Ancho delespectro. En la fig. 2.5 es 2f

l Ancho de banda efectivo: Rango defrecuencias representativas dentro delespectro.

l Data Rate: Capacidad en bps del medio


Ancho de banda de una seal


Ancho de banda & Data Rate

l El ancho de banda de la seal es 3f-1f=2fl Si la frecuencia de la seal fuera 2 Mhz entonces el ancho de banda

de la seal es igual a 4 Mhz. O sea la seal puede pasar por el mediocon esa frecuencia.

l Si suponemos que un bit dura la mitad del periodo (ver fig. 2.3)entonces el Data Rate es igual a dos veces la frecuencia de la sealentonces en este caso el Data Rate es igual a 4 Mbps.

EmisorReceptor

EmisorReceptor

Supongamos un medio de transmisinde 4 Mhz de ancho de banda.


Ancho de banda & Data Rate

l Ahora el ancho de banda de la seal es 5f-1f=4fl Si ahora la frecuencia de la seal fuera 1 Mhz entonces el ancho de

banda de la seal sigue siendo igual a 4 Mhz por lo tanto a igual queantes la seal puede pasar por el medio con esa frecuencia.

l Como el Data Rate sigue siendo igual a dos veces la frecuencia de laseal entonces en este caso el Data Rate es igual a 2 Mbps.

EmisorReceptor

EmisorReceptor

Supongamos un medio de transmisinde 4 Mhz de ancho de banda.


Conclusiones

l Una seal de forma digital tiene infinito ancho debanda.

l La naturaleza del medio limita el ancho de banda.l La informacin digital es aproximada por una seal

con un ancho de banda limitado por el medio.l Limitar el ancho de banda crea distorsin.l Generalmente un data rate de W bps requiere un

ancho de banda de 2 W Hz para tener una buenarepresentacin de la seal.

l A mayor ancho de banda de un medio de transmisinmayor data rate puede ser transmitido a travs de el.


Transmisin de datosanalgica y digital

l Los trminos analgico y digital son usadosfrecuentemente en la comunicacin de datosen tres contextos: Datos: entidad que transporta significado Sealizacin: acto de propagar una seal por un

medio. Transmisin: comunicacin de datos por medio de

la propagacin y procesamiento de las seales.


Datos

l Datos analgicos toman valorescontinuos en un intervalo detiempo.Voz, Vdeo

l Datos digitales toman valoresdiscretosTexto, nmeros enteros.


Seales

l Una seal analgica es una ondaelectromagntica que varacontinuamente y que se propagasobre medios guiados y noguiados.

l Una seal digital es una secuenciade pulsos sobre un medio guiado.


Datos & Seales


Transmisin analgica

l Es un medio de transmisin de sealesanalgicas sin importar su contenido.

l Las seales pueden representar datosanalgicos o digitales.

l La seal se debilita con la distancia recorrida.l Se utilizan amplificadores para elevar la

potencia de la seal.l Al amplificar se eleva tambin el ruido.


Transmisin digital

l Medio de transmisin de seales discretasdonde si importa lo que se estatransmitiendo.

l Distancia limitada de transmisin por laatenuacin de la seal.

l Se utilizan repetidores para recobrar elpatrn digital y retransmitir una nueva sealsin retransmitir el ruido.Se los puede utilizaren seales analgicas.


Datos, Seales y TransmisinDatos

Analgicos

Utilizando unCODEC se obtiene

la seal digital

Si la transmisin esanalgica

se utilizan amplificadorespara transportar la seal

No se utilizatransmisin digital

para transportar datosanalogicos

No se usatransmisin

analgica paratransmitir una seal

digital

Para unatransmisin

digital se utilizanrepetidores parapropagar la seal

Utilizando igual odiferente espectro al

de los datos seconvierten en unaseal analgica


Datos, Seales y TransmisinDatos

Digitales

Utilizando dos nivelesde voltaje o mediante

una codificacinespecial se obtiene la

seal digital

Si la transmisin esanalgica

se utilizan amplificadorespara transportar la seal

Si la transmisin esdigital se utilizanrepetidores para

regenerar los datosanalogicos.

No se usatransmisin

analgica paratransmitir una seal

digital

Para unatransmisin

digital se utilizanrepetidores parapropagar la seal

Utilizando un modemse convierten en una

seal analgica


Ventajas de la transmisindigital

l Bajo costo de la tecnologa VLSIl Integridad de los datosl Mejor multiplexacinl Seguridadl Integracin de datos digitales y

analgicos (voz, vdeo y datos)


Deterioro de la seal

lAtenuacinlDistorsin por delaylRuido


Consideraciones

l La seal debe ser lo suficientementepotente para que sea interpretada por elreceptor.

l El nivel de la seal debe ser superior ala del ruido.

l La atenuacin aumenta a medida quese incrementa la frecuencia.


Atenuacin

l Reduccin de la potencia de la seal con la distanciasobre cualquier medio.

l En medios guiados se la puede expresar con unaforma logartmica en decibeles en funcin de ladistancia.

l En medios no guiados esta expresada en funcin dela distancia y la composicin atmosfrica.

l Se utilizan repetidores o amplificadores para mejorarla seal atenuada.


Atenuacin (Cont.)

l Atenuacin: 10 log10 (P1/P2)dBl Amplificacin: 10 log10 (P2/P1)dB

Emisor Receptor

P1 Watts P2 Watts


Distorsin por delay

l Fenmeno particular en mediosguiados

l La velocidad de propagacin deuna seal vara con la frecuencia.

l Las frecuencias que componen unaseal puede arribar al receptor conretraso


Distorsin por delay

l Si alguna de las frecuencias asociada con latransicin de un bit se atrasa entonces comienzainterferir con otras frecuencias asociadas con el bitposterior, esto genera Intersymbol interference.


Ruido

l El mayor factor de limitacin en laperfomance en los sistemas decomunicacin.

l Provoca distorsin y atenuacin.l Tipos de ruido:

Trmico Intermodulacin Crosstalk Impulso


Relacin Seal/Ruido

l S/Ndb = 10 log10 (S/N)l S = potencia de la seall N = potencia del ruidol S/N cuantifica cuanto ruido hay en la

seal.l Un alto valor S/N significa una buena

calidad de la seal.


Ruido


Crosstalk

l Interferencia generada por camposmagnticos entre cables cercanos.

l Aislar y trenzar por pares de cablesdisminuye este problema.


Capacidad de un canal

l Para un canal libre de ruido (Nyquist) C = 2 W log2 M bps

W = ancho de banda en kHz M = cantidad de niveles discretos de la seal

l Para un canal con ruido (Shannon) C = W log2 (1+S/N)

S/N = relacin seal ruido en dB.



l Camino entre receptor y transmisor.l Medios Guiados

Par de cobre trenzado Cable coaxil Fibra ptica

l Medios No Guiados Aire Vaco



l En medios guiados el medio detransmisin establecen los limites en latransmisin.

l En medios No guiados el transmisordetermina la caracterstica de latransmisin.

l Seales omnidireccionales ydireccionales.


Factores

l Generalmente a mayor Ancho deBanda superior es el data rate.

l La atenuacin y las interferenciaslimitan el alcance de los medios

l Los receptores producenatenuacin y distorsin.


Par trenzado

l Dos hilos de cobre de 1 mm. aislados ytrenzados.

l Se pueden envolver varios pares juntos.l Sirve para transmisin de seales analgicas y

digitales.l Permite unir varios kilmetros sin amplificar.l Data Rate: En LAN alcanza 10/100 Mbps y para

larga distancia (10 Km) puede llegar a 4 Mbps.l Ancho de banda: 3 MHz.


Par trenzado (cont.)

l Bajo costo y fcil instalacin.l Se utiliza en telefona y cableado horizontal.l Amplificadores cada 5 o 6 Km.l Repetidores cada 2 o 3 Km.l Alta atenuacin a altas frecuencias.l Susceptible a interferencias.l UTP/STPl Categora 3,4 y 5


Coaxial de banda base

l Compuesto por dos conductores concntricos.l Menos susceptible a interferencias y a crosstalk

que el par trenzado.l Se utiliza para transmisiones digitalesl Canal nico, con propagacin bidireccional.l 10 Mbps en menos de 1 Km.l Se usan en LAN y en telefona de larga

distancia.l Solo sirve para Voz y Datos


Coaxial de banda ancha

l Transmisin analgica.l Gran ancho de banda.l Se divide en varios canales .l Permite transmitir video, audio y datos a la

vez.l Se utiliza en CATV.l Costo elevado y mucho mantenimiento.l Alcance de decenas de Kms.


Fibras Opticasl Tecnologa ptica. Transmisin por

impulsos de luz.l Componentes

Medio de transmisin (Fibra de vidrioo silicio fundido)

Fuente de luz (LED o Diodo Lser)Detector (Fotodiodo)

l Seal unidireccional.


Fibras Opticas (Cont.)

l Propagacin multimodo: transmisin por rebotes de luz,

LED monomodo: lnea recta,diodos lser,mayor

alcance.l Gran distancia entre repetidores.l Gran difusin en enlaces de

telecomunicacin de gran distancia.l Actualmente en LAN.


Fibras Opticas (Cont.)

l Su instalacin requiere precisin.l Seguro.l Amplio ancho de banda.l Permite transportar Gbps.l Baja atenuacinl Inmune a interferencias, ruido y crosstalk.l Gran distancia entre repetidoresl Se la utiliza para transporta: voz, datos,

imagen y vdeo)


Comparacin

Medio Data rate Ancho deBanda

Espaciado entrerepetidores

Par trenzado 4 Mbps 3 MHz 2 a 10 Km

Coaxil 500 Mbps 350 MHz 1 a 10 Km

Fibra 2 Gbps 2 GHz 10 a 100 Km


Medios no guiados

l Transmisin y recepcin por medio deuna antena.

l En transmisin direccional las antenasdeben estar alineadas

l En transmisin omnidireccional la sealse propaga en toda direcciones


Medios no guiados (Cont.)

l De 30 Mhz a 1 Ghz Omnidireccionales Radio

l De 2 a 40 GHz Direccional Microondas Satlites

l De 300 GHz a 200.000 GHz Infrarroja


Microonda terrestre

l Se utilizan antenas parablicas.l Tiene que haber visin directa entre antenas.l A mayor altura de la antena mayor alcance.l Se la utiliza para:

Comunicacin de larga distancia Comunicacin entre edificios Para voz y TV

l Perdidas por atenuacin e interferenciasl Muy sensible a las malas condiciones atmosfricas.l Permite transportar cientos de Mbps


Microonda Satlital

l No procesa informacin solo acta como unrepetidor-amplificador.

l Uno o ms receptores-transmisores.l Puede cubrir un amplio espectro terrestre.l Ubicados a 36.000 Km en el plano del Ecuador

(geoestacionarios)l Espaciados a 4 grados (Hoy da menos).l Banda Base (4 - 6 GHz).l Banda Ku (12-14 GHz).


Microonda Satlite (Cont.)l Banda Ka (20/30 GHz).l Gran ancho de banda.l Se transmite a la velocidad de la luz

(300.000Km/s)l Tiempo de propagacin 270 ms para los

72.000Km.l Mal funcionamiento por eclipse y por lluvial Se los utiliza en TV, telefona y redes privadas

l Existen otros a menor altura (LEO).


Radio

l Omnidireccional.l Inmune a los obstculos a baja

frecuencias.l No requiere de antenas parablicasl Frecuencias desde 3kHz a 300 GHzl Radio, TV y datosl Ancho de banda relativamente bajo.


Infrarrojol Usado en comunicacin de corto

alcance.l Direccional y fcil de instalarl No pasa a travs de objetos slidosl Seguro y no necesita licenciarse.l Circunscripto a un ambiente.

Seminario de Redes 119-

Temario

l Tecnologas de LANl Topologas: star, ring, tree, busl Medium Access Controll Logical Link Control


Clasificacin de redes

l WAN = Wide Area Networkl LAN = Local Area Networkl MAN = Metropolitan Area Networkl CAN = Campus Area Networkl DAN = Desk Area Networkl GAN = Global Area Network


Caractersticas de LAN

l Son redes de difusin de paquetesl El canal o medio de comunicacin no

esta disponible en todo momentol Existe competencia por el medio antes

de transmitir.l Hay que determinar quien tiene

derecho a usar el medio.l LAN, Sistemas satelitales.


LAN & WAN

LANl Usualmente

comparten el medio.l Broadcastl No hay estaciones

intermediasl Infraestructura es

mantenida por unaorganizacin

WANl Punto a Puntol Unicastl Routers y Switches

intermedios.l Infraestructura

mantenida por unatelecom.


Arquitectura de una LAN

l Desarrollado por la IEEE en laespecificacin 802.

l Involucra las capas inferiores delmodelo OSI (Nivel 1 y 2).

l Las capas superiores sonindependientes de la arquitectura.


Modelo OSI & IEEE 802Aplicacin

Presentacin

Sesin

Transporte

Red

Enlace

Fsica

MedioFsica

Medio

Medium Access Control

Logical Link Control

Protocolo delas capas

superiores

ServiceAccessPoint


Capa Fsica en LAN

l Codificacin y Decodificacin deSeales.

l Agregar y quitar el prembulo parasincronizacin.

l Transmisin y recepcin de bit.l Incluye la especificacin del medio de

transmisin y la topologa de la LAN.


Capa de Enlace en LAN

l Logical Link Control Provee una interfaz para las capas

superiores independizandose del medio

l Medium Access Control Ensambla los datos en frames. Maneja el direccionamiento y el control de

error Gobierna el acceso al medio de

transmisin.


Capas de LAN


Topologa de LAN

lBuslArbollAnillolEstrella


Topologa Bus y Arbol

l Medio multipunto.l Propagacin de la seal en ambas direcciones.l Todas las estaciones reciben la seall Los terminadores absorben la seal.


Topologa Bus y Arbol

l Los datos se dividenen frames.

l Cada frame tiene laidentificacin de laestacin destino.

l Todas las estacionessobre el bus leen elframe.


Topologa Anillo

l No representa un mediode difusin.

l Conjunto de enlaces punto a punto unidireccionales queforman un circulo.

l Las interfaces en cada DTE leen y retransmiten cada bit.l Existe un delay de la seal al pasar por cada DTE.


Topologa Anillo

1

2

3

4


Topologa Estrella

l Cada estacin esta conectada por unenlace doble a un nodo central.

l Dos modos de operacin: Broadcast ySwitching.


Medium Access Control

l Debe determinar DONDE y COMOrealiza el control de acceso al medio

l Establece la estructuras de la trama.

l Responsable de detectar errores ydescartar las tramas.


Donde realizar el control ?

l En forma centralizada. Una estacin de la red controla los

permisos de transmisin de todas lasestaciones de la red.

l En forma descentralizada. Entre todas las estaciones de la red

controlan el acceso al medio.


Cmo realizar el control ?

l Round Robin: Apto para trafico tipo stream El control puede ser centralizado o distribuido.

l Reservacin Apto para trafico tipo stream El control puede ser centralizado o distribuido.

l Contencin Apto para trafico en rfagas. Control distribuido Simple de implementar.


Estructura de una trama MAC


Logical Link Control (802.2)

l Es responsable de soportar el accesomltiple en un medio de naturalezacompartida.

l LLC especifica los mecanismos parapoder direccionar las estaciones atravs de medio y para controlar elintercambio de datos entre ellas


Serviciosl Sin Conexin

No requiere ningn procedimiento para iniciar yterminar la comunicacin.

No hay seguridad si las tramas llegaron bien omal.

l Con Conexin Existen procedimientos para realizar y liberar la

conexin. Es posible salir de una condicin de error. Implcitamente incorporan acknowledge.

l Sin Conexin con ACK


Servicios (Cont.)l Multiplexacin

En un nico link fsico conectado a un estacindebera ser posible transferir datos con mltiplespuntos en los extremos del link.

l Como ? Service Access Point

Fsica

MAC

(SAP) (SAP) (SAP)


Direcciones

l Hay 2 niveles de direcciones: Direccin MAC: Identifica el estacin en la red. Direccin LLC: Identifica el servicio dentro del

DTE.

LH

LHMH MT

User Data

LLC PDU

MAC FRAME


Primitivasl Todos los servicios se realizan por intermedio de

primitivas.

Solic

itud

Confirm

aci

n

Resp

uest

aIn

dic

aci

n

RED

Enlace

Fsica


Trama LLC

l DSAP Destination Service Access Pointl SSAP Source Service Access Pointl DATOS Acotado por el nivel MAC

(802.3, 802.5, Ethernet).l Control tipifica la trama

DSAP SSAP Control DATOS

>= 0


Temario

l Sistemas de LAN Ethernet y 802.3 Token Ring (802.5) Token Bus (802.4)


Mtodos de Acceso

l Alohal Slotted Alohal CSMAl CSMA/CD


ALOHA

l Si una estacin tiene una trama paratransmitir la enva.

l Pueden existir colisiones o ruido quedestruyen las tramas.

l Existe ACK para indicar si la trama que setransmiti lleg bien o mal.

l Si el emisor no recibe el ACK retransmite elframe.

l Eficiencia muy baja (18 %)


Slotted Aloha

l Se divide el canal en slots de tiempouniformes de igual tamao en tiempo que elframe.

l Es necesario sincronizar todas las estacionessobre el medio.

l Solo se autoriza la transmisin al comienzode cada slot de tiempo.

l Mejora la eficiencia del Aloha puro (36 %)


ALOHA (Cont.)

t0 t0 + t t0+2t t0+3t

Colisin

DTE A

DTE B

DTE A

DTE B

Aloha Puro18 % de rendimiento

Slotted Aloha 36 % de rendimiento

Se puede transmitir

Colisin


Carrier Sense Multiple Access

l Sensa el medio antes de transmitir.l Si esta ocupado espera.l Existe ACK para confirmacin de llegadal No evita las colisiones.l Transmite intilmente.

A B C D


CSMA/ Collision Detection

l Todos los dispositivos tienen los mismos derechos.l Si el medio est ocupado, retrasa la transmisin.l Si el canal esta libre transmite.l Cuando detecta una colisin corta la transmisin.l Si hay colisin espera un tiempo aleatorio (Back -

off).

A B C D

t


Back-off

l Primer colisin, elijo un tiempo entre [0,1] de t.l Segunda colisin, elijo entre [0,1,2,3] de t.l I-esima colisin, elijo entre [0,..2i-1] de t.l Esto se hace hasta i=10.

l Para se elige hasta i=15 entre [0..1023] de t.


Algoritmo CSMA/CDl Un DTE que desea transmitir, escucha el medio y

sigue las siguientes pasos:

Si el medio esta ocupado, ESPERA. Si el medio esta libre, TRANSMITE Y SIGUE

ESCUCHANDO. Si se detecta una colisin durante la transmisin,

INMEDIATAMENTE DEJA de transmitir el frame, ytransmite una seal (jamming) para asegurar que todas losDTE se enteren de la colisin.

ESPERA UN TIEMPO ALEATORIO, para volver transmitirvuelve a:


802.3 & Ethernet

l Arquitectura tipo bus.

l Mtodo de acceso: CSMA/CD.

l Medios: 10 base2, 10 base5, 10 baseT.

l Long. max.:2500 mts. usando repetidores.

l Cant. max de repetidores: 4.

l Codificacin: Manchester (No diferencial)


Trama 802.3

l Prembulo: Bit de sincronizacin entre estaciones.l SFD: Start of Frame Delimiter.l Frame: Informacin: (Direcciones + Datos).l IPG: Inter Packet Gap - 96 bit

Prembulo SFDDireccinOrigen

Long. DATOS PAD CRC

DireccinDestino

IPG


Direcciones

l Direcciones a nivel MAC.l Si la direccin destino es de la forma:

0.... : indica un DTE en particular. 1....: indica un grupo de DTEs (multicast). 111..11:indica todos los DTEs (broadcast).

l Cada NIC debe tener una direccindistinta en una misma LAN.


Trama Ethernet

l 8 bytes de prembulo.l Direccin origen y destino son iguales.l No existe el campo de longitud.l El campo tipo califica el contenido de

los datos. (Invasin de niveles).

Prembulo DireccinOrigen

Tipo DATOS CRC

DireccinDestino

IPG


Algoritmo 802.3

l Espera hasta que la red este libre (Carrier Sense).l Espera 96 bit (9,6 microseg.) = IPGl Deshabitar el sensor de colisinl Transmite el prembulo y el SFD (64 bits)l Habilita el sensor de colisinl Transmite 64 bytes del frame (Para ganar el medio)l SI hay colisin

ENTONES transmite 32 bit (Jam ) y para detransmitir.SINO - Deshabita el sensor de colisin .

Transmite hasta el final del paquete.


Token Ring

Direccin de

la seal

l No representa un medio de difusin.l Conjunto de enlaces pto. a pto. unidireccionales que

forman un circulo.l Las interfaces en cada DTE leen y retransmiten cada bit.l Existe un delay de la seal al pasar por cada DTE.


Caractersticasl Si un DTE sale de servicio, se debe garantizar el anillo.l Existe un patrn especial de bit (token).l Para transmitir un DTE debe capturar el token.l El anillo debe por lo menos contener al token.


Funcionamiento

l DTE origen espera por el token libre.l Agrega datos, direcciones y pone el

token como ocupado.l El DTE receptor toma los datos y lo

indica en el tokenl EL DTE origen remueve los datos y

regenera el token.


Estructura del token

l S = Tipo de trama ( 0 = Token Libre 1 = Token con datos)l M= Monitor

SD AC ED

SPPP M R R R

Prioridades Reserva del token

1 Byte 1 Byte 1 Byte


Estructura del frame

l SD = Starting Delimiter (1 byte).l FC = Frame Control (1 byte).

Distingue tramas de control y de datos.

l DA = Destination Address (2 o 6 bytes)l SA = Source Address (2 o 6 bytes)l INFO = Datos ( De 0 a 4027 bytes)l FCS = Frame-Check Sequence (4 bytes).l ED = Ending Delimiter (1 bytes).l FS = Frame Status (1 byte.)

SD AC FC DA SA INFO FCS ED FS


Frame Status

l Los bit A/C se repiten por seguridad.l 0/0 = Indica que el destino estaba

desconectado.l 1/0 = El destino ley la trama pero no la

acepto.l 1/1 = El destino ley la trama y la acepto.

( En Ethernet y 802.3 no tengo estos servicios)

A C R RR A C R


Funcionamiento (Cont.)l Siempre hay una sola trama en el anillo.l El token circula libremente por el anillo S=0.l Cualquier DTE puede transmitir.


Para transmitirl Si B quiere transmitir algo a D debe:

Capturar el token.

Chequear que esta libre (S=0). Armar la trama a enviar.

Indicar que ocupo la trama (S=1).


Para recibirl El DTE D puede:

estar fuera del anillo.

leer la trama pero tiene un error (CRC) leer la trama correctamente.

l El DTE D debe notificar la situacin a B (ACK) por medio de FS y AC.


Para terminarl Segn lo notificado por el DTE D el DTE B puede:

regenerar el token vaco retransmitir la trama.


Observacin

l Hay dos modos de operacin: Escuchando y transmitiendo.

l Hay colas de espera en cada estacin.l Se utiliza codificacin Manchester.l Tiempo de retencin del token 10 ms.


Tipos de estaciones

l Monitor primario Regenerar el token. Quita tramas mutiladas (CRC) Detectar prdidas del token (temporizador) Tramas perdidas. Mantener el anillo.

l Monitor secundario Si falla el monitor primario inicia un proceso de

contencin para establecer el nuevo monitor.


802.4

l Topologa en bus.l Organizacin lgica en anillo.l Cada DTE sabe quienes son sus vecinos.l Solo puede transmitir el DTE que posee el

token (testigo).l El token pasa entre vecinos lgicos, no

fsicos.

l No hay colisiones.


802.4 (Cont.)

l Todos los DTE reciben cada trama quepasa por el bus pero las descarta sinole corresponde.

l Un DTE puede o no pertenecer al anillo.

TS=60NS=50PS=20

TS=20NS=60PS=30

TS=40

TS=10TS=30

NS=20PS=50

TS=50NS=30PS=60


802.4 (Cont.)

l Los DTE se introducen al anillo enforma ordenada de acuerdo a sudireccin de la NIC.

l El token pasa desde la direccin masalta a la mas baja.

l Un DTE transmite durante un ciertoperiodo de tiempo.


Prioridades

l Se definen prioridades desde 0 a7agrupadas de a dos.

l Cada DTE debe tener cuatro colasdistintas para cada prioridad.

l Su implementacin no es obligatoria.


Trama>=1 2 o 6 40-81822 o 61 1 1

Contr

ol de t

ram

a

Pre

m

bulo

Com

ienzo Direccin

Destino

Direccin

OrigenDATOS CRC Fi

n

l Para tramas de datos el campo CTtransporta prioridades y ACK. Y entramas de control lleva el tipo de trama.


Problemasl El DTE que posee el token invita a otros

DTE a entrar al anillo.l Si dos o mas DTE solicitan ingresar habr

colisin.l Si hay colisin se ejecuta un algoritmo de

contienda.l Si un DTE sale del anillo debe indicarselo

a su predecesor.l Existen clocks para controlar la prdida

del token y los errores de transmisin.


Estndar de LAN


Temas

l TCP/IP protocol suite. Historia Arquitectura/Layering Direccines IP Subnetting


Historial A mediados de 1970 una agencia de

investigacin militar (DARPA) comienza unproyecto para desarrollar una red depaquetes conmutados para unir institucionesde investigacin de US.

l Con el objetivo de unir redes heterogneasencarga a la Universidad de Stanford laimplementacin de dicho proyecto.

l El resultado de dicho desarrollo fue elInternet Protocol suite.


Terminologa

l Internetwork, Network, Subnetworkl Endnode, End System (ES), host, DTEl Intermediate System (IS), gateway,

router, DCE


Requests for Comments

l En 1983 se funda el NIC (NetworkInformation Center) para mantener y distribuirla informacin y documentacin sobre TCP/IPe Internet.

l Standards de protocolos, documentacin ymejoras futuras se distribuyen por medio delas RFCs.

l Las RFCs se numeran secuencialmente enorden cronolgico.


Arquitectura de una red TCP/IP

RouterHost

UsuarioSistema

subred

subred

subredsubred

subredred


Arquitectura (Cont.)

l Los hosts se conectan a redes fsicas.l Los routers permiten interconectar

redes y definen bordes entre redes.l Toda conexin tiene asignada al menos

una direccin internet.l Los protocolos de software usan las

direcciones internet (no la direccinhardware) cuando enva un paquetes.


Modelo TCP/IP

l Aplicacin: Provee la comunicacin entreprocesos o aplicaciones en distintos hosts.

l Transporte: Provee el servicio de transportede datos entre los extremos de lacomunicacin.

l Red: Se encarga de manejar los paquetesdatos desde el origen al destino a travs deuna o mas redes.

l Enlace: Define una interfaz entre el sistemafinal y la subred a la que esta conectado.


Modelo TCP/IP & OSI

Red

Transporte

Sesin

Presentacin

Aplicacin

Enlace

Fsica

Enlace

Red

Transporte

Aplicacin


Protocolos en TCP/IP

Interfaz de red

IP IGMP

ARP

TCP UDP

NFSSNMPDNSFTPSMTP

AplicacinAplicacinMailAplicacin

...

RARP

ICMP


Conceptos

Service Access Point (SAP)

Enc

apsu

lati

on

Dem

ulti

plex

ing

Internet Address

Client/Server


Conceptos

l IP debe estar implementado en todos lossistemas finales y todos los routers queexistan en la red.

l TCP solo se implementa en los sistemasfinales.

l Cada entidad en toda la red debe tener unanica direccin.

l Cada proceso dentro de un host debe teneruna nica direccin (ports)


Nivel de Enlace

l Enva y recibe: Datagramas al mdulo IP en el nivel de Red. ARP request y ARP replies. RARP request y RARP replies

Interfaz de red

Medio

IP

ARP RARP


Ethernet Encapsulation (RFC 894)

Destino6

Origen6

Tipo2

Datos46 a 1500

CRC4

0800 Datagrama IP

0806

8035

ARP request/reply28

Pad18

RARP request / reply28

Pad18

0800

Frame Ethernet


802.2/802.3 Encapsulation (RFC 1042)

Destino6

Origen6

Long2

CRC4

Proto ID 3

DataDSAP1

SSAP1

Control1

Type2

Frame 802.3

0800 Datagrama IP

0806

8035

ARP request/reply28

Pad10

RARP request / reply28

Pad10

0800

2

2 38-1492


SLIP Encapsulation

l Provee una encapsulacin simple sobre lneas seriales.l Cada datagrama esta delimitado por el carcter END (0xc0)l Cada extremo debe conocer la direccin IP del otro.l No hay CRC. Lo debe realizar un nivel superior.l No se puede distinguir la informacin transportada.

END

c0 db

db dbEND dc dd

IP datagram


Protocolos de interfaz de redRFC 1661 The Point-to-Point Protocol

RFC 1626 Default IP MTU for use over ATM AAL5

RFC 1577 Classical IP and ARP over ATM

RFC 1490 Multiprotocol Interconnect over Frame Relay

RFC 1483 Multiprotocol Encapulation over AAL5

RFC 1390 Transmission of IP and ARP over FDDI Networks

RFC 1356 Multiprotocol Interconnect on X.25 and ISDN in the Packet Mode

RFC 1209 Transmission of IP Datagrams over the SMDS Service

RFC 1201 Transmitting IP Traffic over Arcnet Networks

RFC 1149 Standard for the Transmission of IP datagrams on Avian Carriers

RFC 1042 Standard for the Transmission of IP Datagrams over IEEE 802 Networks

RFC 894 Standard for the Transmission of IP Datagrams over Ethernet Networks


Definicin

l Maximum Transmission Unit (MTU) Define un limite mximo de bytes de datos sobre

el frame en cuestin.

l Ejemplos: Token Ring de 16 Mbps 17914 bytes Token Ring de 4 Mbps 4464 bytes Ethernet 1500 bytes IEEE 802.3/802.2 1492 bytes FDDI 4352 bytes


Nivel de Red

l Brinda servicio sin conexin.l No confiablel La unidad de informacin es el Datagrama.l RFC 791

Internet Protocol (IP)

Interfaz de red

IGMP

TCP/UDP

ICMP


Responsabilidad de IP

l Usar un esquemas de direcciones pararutear los datagramas hasta al destino.

l Usar un protocolo complementario parareportar problemas.

l Fragmentar y reensamblar paquetespara adaptarlos al enlace.

l Rutear paquetes desde el origen aldestino


IP- FuncionamientoIP recibe datos

Es mo ?Reensabla los

fragmentos si es necesario.

Pasa el datagramaa la capa detransporte

Soy un Router ?

Descartar

Pasarlo a otrorouter o al destino

final

SINO

NO

SI


Esquemas de direcciones IP

l Toda interfaz sobre internet debe tener una nicadireccin IP.

l Una direccin IP tiene: 32 bits de longitud escritos en cuatro dgitos decimales.

Un prefijo que identifica la red.

Un sufijo que identifica el host dentro de la red.

l A cada red fsica se le asigna una nica direccin de red.

l Cada sistema terminal tiene asignada al menos unadireccin de hardware independiente de la direccin IP.


Estructura de una direccin IP

CLASS D = usada para multicasting (224-239)CLASS E = reservada (240-247)

0 Red Host0 7 311

Red Host100 15 311 2

CLASE A :pueden tener 16 millones de hosts

CLASE B Pueden tener 65,534 hosts

Red Host1100 23 311

CLASE C pueden tener 254 hosts

< 128

128-191

192-223


Direcciones Particulares

l No pueden ser utilizadas para direccionar unhost.

l Si los bytes correspondientes a un host(Hostid) estn en 0 la direccin hacereferencia a la red (180.3.0.0).

l Si los campos de red estn en 0 entonceshace referencia al host (0.0.38.4).

l Direccin de Broadcast: cuando los bytescorrespondientes al host estn todos en 1(180.3.255.255).

l Direccin loopback (127.0.0.1)


Direccin de loopback

Loopback Driver

Salida de datag.IP

Entrada de datag.IP

Cola de entradade IP

ARP Demultiplexado Ethernet

Cola de entrada IP

Direc IP destino es broadcast o multicast ?

Direc IP igual a IP de la interface ?

Ethernet

EthernetDriver

no

si

si

no

ARP

send receive

IP


Notacin de una direccin IP

l Una direccin IP esta conformada por cuatrobytes expresados en decimal separados porpuntos.

l Ejemplo:10000010.00000011.00001111.00000010 = 130.3.15.2

Clase=BNetwork-id=130.3

Host-id=15.2


Problemas con las direcciones IP

l Si se mueve un host desde una red a otra ladireccin IP debe cambiar. Solucin: BOOTP,DHCP, PPP options

l Limitado espacio de direcciones Solucin: subnetting, CIDR, IPv6

l Grandes tablas de ruteo. Solucin: CIDR


Subnetting

l Permite utilizar los bits de la porcin dehosts para crear subredes

l Se necesita la utilizacin una Mscarade Subred

l La mscara se aplica a la direccin dehosts a travs de una operacin lgicaAND


Subnetting

Red Host

Red

SubRed Host

1 32


Varias pequeas redes

Un gran nmero de redes simples resultan en:Enormes tablas de ruteo.Una mala utilizacin del espacio de direcciones.


Usando subnetting

Para minimizar el espacio de direcciones de red en uso, mltiples redes fsicas pueden compartir el mismo prefijo de la direccin IP.


Subnetting

l El objetivo es: Minimizar el tamao de las tablas de ruteo. Maximizar el uso de una direccin de red

dada.


Subnetting

l Para permitir mxima flexibilidad en laeleccin de cmo particionar unadireccin, el estndar define que lasubred puede elegirse libremente paracada red fsica. Una vez elegida laporcin para la subred todos losequipos sobre la red debern tener lamisma porcin.


Mscara de subredes

l Binaria 11111111.11111111.11111111.00000000

l decimal 255.255.255.0l hexadecimal 0x FFFFFF00

l Clase A Default 255.0.0.0l Clase B Default 255.255.0.0l Clase C Default 255.255.255.0


Ejemplo de subred Red 128.10.0.0

Default 255.255.0.0 Si usamos la mascara 255.255.255.0 tenemos 254 subredes, cada una con 254 hosts

Subnets: 128.10.1.0

Hosts

128.10.1.1

128.10.2.0 128.10.1.2

128.10.1.254 128.10.254.0

..

......


Ejemplo de Subred (2)Red: 192.10.11.0Mscara Default 255.255.255.0l Si se usan 2 bits para la subred,

Cuntas subredes puedo tener? 4Cuntos hosts en cada una? 64Cul es la mscara ? 255.255.255.192

l Si usa 3 bits de subredes? 255.255.255.224Cules son las subredes? HOSTS

192.10.11.32 192.10.11.33 192.10.11.64 192.10.11.96 192.10.11.128 192.10.11.62 192.10.11.160 192.10.11.192


Ejemplo de subred (3)

l Si tengo la red 128.10.0.0 y quiero tener 500hosts sobre la subnet, Qu mascara deberusar ?

255.255.254.0

l Cuantas subredes puedo tener ?l Cuantos hosts cada una ?l Cuanto espacio se pierde ?

Documents

Clase Redes 1