Computer Networks I Arquitectura de Redblog.uclm.es/inocentesanchez/files/2018/07/arquitectura.pdfUsa una topología y tecnología de transmisión sencilla. Redes de Computadores I

Version Jan 25, 2015

Computer Networks I

application

transport

link

physical

network

Arquitectura de Red

aplicación

transporte

enlace

física

red

[email protected]

Redes de Computadores I

Redes de Computadores I 2

Introducción

¿Qué es una red?

Clasificación de Redes

Inter-redes

Modos de conmutación de paquetes

Arquitecturas de red

Modelos de referencia Modelo OSI

Modelo TCP/IP

Fundamentos de direccionamiento

Referencias

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La naturaleza de Internet

Las comunicaciones son la base de la sociedad,e Internet ha cambiado definitivamente la formaen que nos comunicamos.

Los protocolos de Internet se diseñaron para quefuesen abiertos, escalables e interoperables.

La mayoría de los estándares y protocolos deInternet son de dominio público (RFC).

A día de hoy, nadie puede controlar Internet, peroesto podría cambiar pronto...

No se sabe cuál será el futuro. Está en manos decada uno de nosotros.


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¿Qué es una red?(I)

Es un conjunto de ordenadores autónomosinterconectados que pueden intercambiarinformación.

Los usuarios de la red son conscientes de queson diferentes ordenadores cada uno con susrecursos.

La red por lo general serepresenta por una nube, paraindicar que no sabemos bien suestructura interna

i


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¿Qué es una red? (II)

• Los dispositivos pueden ser un host (equipoterminal), un dispositivo de conexión, como unrouter, que conecta distintas redes, un switch queconecta dispositivos entre sí, o un modem, quecambia datos por señales y viceversa.

• Se pueden conectar con cables o de formainalámbrica.

• Una red puede ser tan pequeña como dos hosts yuna impresora o tan grande como nos podamosimaginar.


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¿Qué es una red? (III)

Debe tener:

• Prestaciones, por ejemplo, tiempos derespuesta, ancho de banda, latencia.

• Fiabilidad, tasa de fallos, probabilidad deerror, etc..

• Seguridad, evitar accesos no autorizados,proteger los datos de daños, e implementarpolíticas para recuperar datos perdidos.


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¿Cómo fluye la información?


Simplex, un único sentido

Semidúplex, dos sentidos no simultáneos

Dúplex, dos sentidos simultáneos

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Clasificación de redes

Por tipo de enlace

Por topología

Por tamaño


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• Una conexión punto-a-punto establece un enlace que sólo puedeser usado por dos extremos en igualdad de condiciones.

• Se usa toda la capacidad del enlace.

• Normalmente usan cables, pero también pueden usar enlaces demicroondas o por satélites.

Redes por tipo de enlace


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Redes por tipo de enlace

En una conexión multipunto varios nodos (más de dos)comparten un único enlace.

La capacidad del medio común se comparte.

Normalmente, se permiten diferentes modos dedireccionamiento:

Unicast. La dirección identifica a un único host destino.

Broadcast. La dirección identifica a todos los hosts en la red.

Multicast. La dirección identifica a un subconjunto de hosts.


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Redes por topología (I)


PUNTO A PUNTO.

• Estrella, cada dispositivo se conecta con un controlador centralllamado hub o concentrador. Toda transferencia pasa por él. Si falla,todo falla.

• Malla, cada dispositivo se comunica punto a punto con todos losdemás. Si hay n nodos, hay n(n-1)/2 enlaces:

• Elimina problemas propios de compartir.

• Es robusta, si falla un enlace, hay caminos alternativos.

• Privacidad y seguridad.

• Facilidad de identificar y aislar un fallo.

• Necesidad de mucho cableado. Caro.

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Redes por topología (II)


MULTIPUNTO

• Bus, un cable “largo” como red dorsal de todos los dispositivos.

• Cada uno se conecta a un cable “largo” con líneas de conexióny sondas.

• Fácil instalación.

• Dificultad de reconocimiento y aislamiento.

•Anillo, circuito cerrado, tráfico unidireccional.

• Es como un enlace punto a punto entre vecinos.

• Cada conexión hace de repetidor y regenera la señal.

• Fácil instalación y configuración.

• Fácil localizar un fallo.

• Un fallo en un enlace puede romper el anillo o no.

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Redes por topología (III)

Fully connected mesh

n(n-1)/2 links

Ring

Bus

Star


Malla

Anillo

Estrella

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IPN: InterPlanetary y Delay Tolerant Networks (DTN).

Global (Internet).

WAN: Wide Area Network – un país o enlaces intercontinentales.

MAN: Metropolitan Area Network – Una ciudad o parte de ella.

LAN: Local Area Network – Un departamento o edificio.

PAN: Personal Area Network – Ordenadores y escritorios.

SAN: System Area Network – Clusters y sistemas empotrados.

NoC: Network On Chip – Red dentro de un circuito integrado.

Redes por tamaño


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Redes por tamaño: LAN

La LAN (Local Area Network) se administra de forma privada.

Alta velocidad (100Mbps – 1Gbps), concebidas con recursos compartidos y las necesidades de un grupo de gente.

Usa una topología y tecnología de transmisión sencilla.


Todos los hosts reciben el paquete y

sólo el interesado lo toma

El switch manda el paquete a su destino,

sin que se “enteren” los restantes hosts

Pueden comunicarse varios pares a la vez

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Una LAN interconecta hosts.

Una WAN interconecta hosts, routers, modems, etc..

Se administra por grandes empresas y organizaciones.

Una WAN punto a punto conecta dos dispositivos de comunicación a través de cable o aire.

El router debe almacenar mensajes y encaminarlos al destinoadecuado. El mecanismo de “almacenar y encaminar” (o“conmutación de paquetes”) es lo contrario de “conmutación decircuitos”.

Redes por tamaño: WAN


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Inter-redes

Una LAN o una WAN casi nunca están aisladas.

Una inter-red es un conjunto de dos o más redes (heterogéneas)conectadas entre sí. También se llama una internet (con minúscula)

Redes con diferentes tecnologías de software y hardware puedencompartir información gracias a un protocolo lógico de red y apasarelas.


Una WAN conmutada usa más de dos dispositivos de comunicación

Computer Networks I 18

Redes de conmutación físicas

Red de conmutación de circuitos

El “viejo” sistema telefónico

Extremo a extremo

3 fases: Llamada (conexión), conversación, cuelgue (desconexión)

Red de conmutación de mensajes

El “viejo” sistema telegráfico

Extremo a oficina, oficina a oficina,...

oficina a extremo

1 fase: intercambio de mensajes

Red de conmutación de paquetes

Similar al correo postal

Redes de ordenadores “Modernos”

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Comparación


Red de conmutación de circuitos:

Conexión dedicada llamada circuito.

Un conmutador conecta un terminal con la línea de alta capacidad de forma permanente.

Otro conmutador hace lo mismo con otro terminal.

Se produce una conexión permanente y única.

Pueden hacer varias comunicaciones a la vez.

Si no las hay, se infrautiliza la línea de alta capacidad.

Red de conmutación de paquetes.

Si sólo se comunica un par, se envía los mensajes.

Si hay más de un par que comunicar, se hace una cola.

El router almacena y encamina los paquetes en la cola.

Más eficiente, aunque puede haber retardos.

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Usado hoy por “todas” las redes de ordenadores

Similar al correo postal

Los mensajes se trocean en pequeños mensajes llamados PAQUETES, que pueden o no hacer cola

Forouzan 5ed

Modos de conmutación de paquetes I


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Modos de conmutación de paquetes II

Medio de comunicación compartido

Servicio no orientado a conexión

Servicio orientado a conexión

No orientado a conexión

Cada mensaje se envía como una unidad individual aislada. Elmensaje incluye dirección de destino (y puede que también de origen)y otra información para su entrega. Ej: carta postal.

Orientado a conexión

Antes de transmitir datos entre emisor y receptor, se necesita

establecer previamente una conexión. Una vez establecida, la

comunicación funciona como un flujo continuo de bytes, normalmente

en modo de transmisión duplex. Al final se desconecta. Ej: teléfono.


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Internet hoy (I)

Forouzan 5ed


Redes dorsales:

Grandes redes administradas por importantes empresas.

Comunicadas entre sí por peering points, complicados sistemas de conmutación.

Redes de proveedor:

Usan los servicios de la redes dorsales pagando una tasa.

Se conectan con las redes dorsales y a veces entre ellas con peering points.

Redes de clientes:

Son las redes del último escalón y pagan una tasa a las redes de proveedor.

ISPs:

Son las redes dorsales y las redes de proveedor.

Las redes dorsales a nivel internacional y las redes de proveedor a nivel nacional o regional.

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Internet hoy (II)

Forouzan 5ed


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Internet hoy (III)

Forouzan 5ed


El acceso puede ser:

Usando líneas telefónicas (pequeñas empresas y usuarios residenciales)

Modem, baja velocidad, no es posible hablar a la vez.

ADSL, mayor velocidad, es posible hablar a la vez.

Usando redes de cable o fibra óptica

Alta velocidad de conexión.

Usado por pequeñas empresas y usuarios residenciales.

Usando redes inalámbricas

Conexión directa a la red

Grandes empresas e instituciones.

Pueden ser proveedores locales.

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Administración de Internet

Forouzan 5ed


Computer Networks I 26

Administración de Internet

Forouzan 5ed

ISOC (Internet Society). Organización internacional formada en1992 para apoyar los procesos de normalización de Internet

IAB (Internet Architecture Board). Consejero técnico de la ISOC.Supervisa el continuo desarrollo del TCP/IP y asesora en aspectostećnicos en las investigaciones de los miembros de la comunidadde Internet. También gestiona la edición de las RFCs

IRTF (Internet Research Task Force). Investiga en asuntosrelacionados con protocolos, aplicaciones, arquitectura ytecnologías

IETF (Internet Engineering Task Force). Identifica problemasoperativos y propone soluciones. Desarrolla y revisaespecificaciones. Se divide en áreas específicas

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Request for Comment I (RFC)

Forouzan 5ed


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Request for Comment II

Forouzan 5ed


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Forouzan 5ed

Estándar de Internet. Especificación probada útil paraquienes trabajan en Internet

Niveles de madurez:

Estándar propuesto: especificación conocida y de interés para lacomunidad, probada e implementada por diversos grupos

Borrador: propuesta probada con éxito dos veces

Estándar de Internet: borrador probado con éxito dos veces

Histórico: perspectiva histórica, tanto si ha llegado a ser estándar o no

Experimental: trabajo relacionado con una situación experimental queno afecta al funcionamiento de Internet

Informativo: información general, histórica o tutorial relacionada conInternet

Request for Comment III


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Arquitectura de red

Es un entorno que describe una red decomunicación, sus componentes y susprotocolos.

El diseño de red se organiza como una pilade capas.

Cada capa proporciona servicios a la capasuperior y pide servicios a la capa inferior.

La capa 'n' de un nodo mantiene unaconversación virtual con la misma capa delnodo destino. Dicha conversación debeconocer un protocolo específico.


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Ejemplo de capas

Tanenbaum

Analogía de los filósofos


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Modelos de Referencia

Modelo OSI

Modelo TCP/IP

Modelo híbrido


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Modelo OSI

La OSI (Open System Interconnection) es unanorma ISO (International Organization forStandardization)

Proporciona un modelo conceptual general paradescribir y estudiar cualquier pila de protocolo.

El modelo define tres conceptos básicos:

servicio: la función que puede proporcionar una capa.

interfaz: la forma de conseguir los servicios de la capa.

protocolo: el conjunto de reglas entre puntoshomogéneos.


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Capas del modelo OSI

aplicación

presentación

sesión

transporte

red

enlace

física

aplicación

presentación

sesión

transporte

red

enlace

física bits medio físico

tramas

paquetes

segmentos


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1. Capa Física

Define las características eléctricas, mecánicas y temporalespara los dispositivos necesarios en una determinadatecnología de comunicación de datos.

2. Capa de Enlace

Soporta transferencias de datos entre nodos directamenteaccesibles (vecinos). Proporciona direcciones físicas.

3. Capa de Red

Soporta la comunicación extremo a extremo con mensajesindividuales de longitud variable. Proporciona direccioneslógicas.

Capas del modelo OSI


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Capas del host del modelo OSI

4. Capa de Transporte

Proporciona un canal de comunicación fiable sin error entre usuarios finales. También se encarga de la multiplexación de procesos.

5. Capa de Sesión

Permite crear sesiones entre hosts y gestionar la sincronización.

6. Capa de Presentación

Define la representación de datos en el cable y su semántica.

7. Capa de Aplicación

Protocolos específicos de aplicación tales como correo,noticias, comandos remotos, etc…


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Modelo TCP/IP

El modelo TCP/IP llega añosdespués de las primerasimplementaciones. El objetivo esformalizar y normalizar su uso ydesarrollo.

Está íntimamente relacionado con la pila de protocolos TCP/IP, y no se puede usar para describir otros protocolos o redes.

red subyacente(host to net)

Inter-red

transporte

aplicación


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Modelo TCP/IP

Capa de Aplicación

Protocolos de alto nivel como DNS, SMTP, HTTP, FTP y otros muchos.

Capa de Transporte

Define protocolos de transporte TCP (Transport Control Protocol) y UDP(User Datagram Protocol).

Capa de inter-red

Proporciona mecanismos para interconexión de redes y enrutado depaquetes. Define el protocolo IP, que ofrece un servicio de entrega noorientado a conexión.

Capa red subyacente (host to net)

Proporciona (o rechaza) los mecanismos necesarios para posibilitar que “un paquete IP alcance otro host en la misma red”.


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OSI, TCP/IP y modelos híbridos

red subyacente

TCP/IP

física

OSI

Cuando hablamos “algo de la capa x”siempre nos referimos al modelo OSI.

i

híbrido

física

enlace datos

red

transporte

aplicación

inter-red

transporte

aplicación

enlace datos

red

transporte

sesión

presentación

aplicación

5

4

3

2

1

6

7

Aunque... se usará el modelo híbrido.

i


física

red

transporte

aplicación

Encapsulado

La información de usuario no puede ir directamente “en el cable”.

La transmisión de datos necesita bytes agrupados en PDUs (Protocol Data Units). La PDU añade información de control como cabeceras y colas.

Cabecera enlace cola

Cabecera red

Cabecera transporte

Datos de usuario

trama

paquete

segmento

bits física

enlace

red

transporte

aplicación


EncapsuladoLa receta

1. Construir datos (desde una aplicación).

2. Hacer segmentos de datos para el transporteextremo a extremo.

3. Añadir direcciones de red y construir uno (ovarios) datagramas.

4. Añadir direcciones físicas de enlace y construirtramas para cada datagrama.

5. Codificar bits de tramas en señales que sepuedan enviar por medio físico.


Tabla caracteres ASCII


física

red

transporte

aplicación

Ejemplo de encapsulado UDP

Enviar el texto “Redes~I” en ASCII con protocolo de transporte UDP desde ladirección IP 161.67.27.124 hasta la dirección IP 161.67.48.57, sabiendo que laMAC del host origen es 00:21:5D:E9:7F:80 y la MAC de la puerta de enlace(gateway) o router es 00:64:40:3A:C9:40. Todos los valores están en hexadecimal.

Cabecera enlace:

0064.........0800

Cola:

XXXXXXXX

Cabecera red:

4500.............7C

Cabecera transporte:

DE.................E9

Datos de usuario:

52..............49

TramaEthernet

Datagrama IP

Datagrama deusuario UDP

bits física

enlace

red

transporte

aplicaciónRelleno:

00...........00

52.............49 00............00

DE................E9 52.............4900..............00

4500...............7C DE.............E952................4900...............00

<..... 8 Bytes ….>

<.... 20 Bytes ....>

<... 14 Bytes ...>

<.. 7 Bytes ..>

<.. 4 Bytes..>

<............................................……......... 64 Bytes …...............................................................>

<......................................... 46 Bytes ……............................>


Encapsulado con todas las capas


Detalle de la capa de transporte con el protocolo UDP


46Redes de Computadores I

Detalle de la capa de red con el protocolo IP


Detalle de la capa de enlace con el protocolo Ethernet

Dirección física

Dirección física = Dirección MAC = Dirección Ethernet

Tannenbaum


Dirección lógica o dirección IP

Tannenbaum

A IP origen

P IP destinoLas direcciones IP

son números, pero

por simplicidad las

ponemos como letras

en este ejemplo

Direcciones IP

Origen - Destino

Direcciones físicas:

Destino - Origen


Bibliografía

Tannenbaum


Forouzan 5ª ed. (inglés): Capítulo 1

1.1 Comunicaciones de datos: conceptos generales sobre las comunicaciones

1.2 Redes: parámetros generales tales como rendimiento, confiabilidad, seguridad, así

como estructuras básicas (conexiones punto a punto vs. multipunto, topologías)

1.3 Tipos de redes: LAN, WAN, ...

1.4 Internet

1.5 Estándares y administración

Forouzan 4ª ed.: Capítulo 1

Prácticamente equivalente al de la 5ª edición salvo porque los puntos 1.2 y 1.3 están

fusionados en uno único

Stallings 5ª ed.: Capítulo 1

1.1 Usos de las redes de computadores

1.2 Network Hardware: tipos de redes

1.6 Estándares

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