PROTOCOLOS DE REDCLASE 1

Por: José Luis Carrillo

HISTORIA DE TCP/IP

DARPA

70’s:

DARPA: Defense Advanced Research Projects Agency

Nacida en los 50’s

Durante la Guerra Fría

Robert Kahn

Vinton Cerf

Network Control Program (NPC)

ARPANET

Equipo creador de ARPANET

ARPANET

1973 - 1974:

Finalmente un Protocolo de Comunicaciones permitió comunicar redes distintas aún siendo de características diferentes y con gran confiabilidad.

Nace TCP

Nace TCP/IP

1975:

• TCP v1

• TCP v2

• TCP v3 & IP v3

TCP/IP

1977:

TCP/IP

1978:

• TCP/IP v4

1982:

1985:

Estándar Militar

Uso Comercial

Internet

TCP/IP v6

TCP/IP v4:

– Direcciones de 32 bits.

– 4 millones de combinaciones.

TCP/IP v6. (desarrollo 1995, liberación 2003)

– Direcciones de 128 bits.

– 34 trillones de combinaciones.

FUNDAMENTOS DE TCP/IP

Protocolos

Conjunto de normas que regulan la comunicación (establecimiento, mantenimiento y cancelación) entre los distintos componentes de una red informática.

Señalización

Intercambio de información (de otra forma que no sea mediante la palabra) relacionada específicamente con el establecimiento, la liberación y otras formas de control de las comunicaciones, y con la gestión de la red, en la explotación automática de telecomunicaciones

Estructura TCP/IP

Acceso de Red

Internet

Transporte

Aplicación

TCP/IP NO ES UN ESTANDAR ISO

ISO (Organización Internacional de Estándares)

• Federación de alcance mundial.

• 152 países incluido México.

• Establecida en 1906 como Comisión

Electrotécnica Internacional (IEC).

• 1926: Federación Internacional de la

Organización Estandariza dora

Nacional (ISA).

• 1946: 25 países.

• 1947: Recibe el nombre de ISO.

• Clave ISO de México: MX

Modelo de Referencia OSI

EL MODELO OSI SI ES UN ESTANDAR ISO

OSI vs TCP/IP

OSI vs TCP/IP

Capa Física

Capa Física

• Encargada del manejo físico de las señales en una red.

– Modulación.

– Multiplexación.

– Reconstrucción física de señal.

– Códigos de línea.

– Etc.

Señal

• Una señal es una perturbación de un entorno o medio provocado por una fuente que mediante dicha perturbación es capaz de transmitir información.

Señales Analógicas

• Una señal analógica puede adoptar una infinidad de valores en un intervalo de amplitud y tiempo definidos.

Señal Digital

• Una señal digital puede adoptar una cantidad finita y definida de valores en un intervalo de amplitud y tiempo definidos.

Señal Senoidal

Longitud de Onda

Longitud de Onda

• La longitud de onda es la distancia que una señal periódica simple puede viajar en un periodo de tiempo.

Longitud de onda = Velocidad de propagación / frecuencias

Si la velocidad de propagación, es igual a la velocidad de la luz entonces:

λ=c/f

Donde c=3x108 [m/s]

Frecuencia

• Es la cantidad de ciclos o periodos por unidad de tiempo.

• Inverso del periodo 1/T[s]

• Unidad [Hz]

Señal analógica compuesta

t [s]

Señales analógicas compuestas

Espectro

W [Hz]

Voz Humana

• Frecuencia mínima 20 [Hz] Aprox.

• Frecuencia máxima 3.8 [KHz] Aprox.

• Frecuencia máxima audible 20 [KHz] Aprox.

Ancho de Banda (BW – Bandwidth)

• Rango o intervalo de frecuencias en el cual esta contenido una señal.

Práctica 1

• Usando un osciloscopio por software para tarjeta de sonido encontrar la frecuencia característica de la voz de un miembro del equipo.

• Encontrar las señales componentes principales de las mismas.

• Obtener una imagen de la señal analógica en es espacio del tiempo y de la frecuencia (Espectro).

Modulación analógica

• La modulación es un proceso mediante el cualuno de los parámetros de una señal senodial(amplitud, frecuencia o fase) llamadaportadora, es alterado conforme a lascaracterísticas de otra señal llamadamoduladora.

Modulación Analógica

• AM (Amplitud Modulada)

• FM (Frecuencia Modulada)

• PM (Fase Modulada)

Modulación AM

Modulación FM

Modulación PM

Modulación PM

Contaminación en las señales

• Ruido

• Atenuación

• Interferencia

• Distorsión

Ruido

Atenuación

Interferencia

Distorsión

Filtros

• Paso Bajas

• Paso Altas

• Paso Banda

Filtro paso bajas

Filtro paso bajas

Filtro paso altas

Filtro paso altas

Filtro paso banda

Filtro paso banda

Proceso de digitalización

Muestreo

Teorema de Nyquist

• La frecuencia de muestreo mínima requerida para obtener una señal digital de calidad, debe ser igual al doble de la frecuencia máxima de le señal a digitalizar.

Cuantificación

Codificación

Tasa de transmisión

también conocida como rendimiento o ancho de banda digital es la cantidad de bits que son enviados a través de un medio de comunicación y se mide en bits por segundos [bps]

PCM (Pulse Code Modulation)

Ejemplo

T.T. Voz (telefonía)

64 kbps

Ejercicio

Multiplexación

Multiplexar es enviar varias señales de la misma naturaleza a través del mismo medio de transmisión sin que se interfieran entre sí.

• Por división de espacio.

• Por división de frecuencia.

• Por división de tiempo (TDM).

• Por división de código.

Multiplexación por división de espacio

Multiplexación por división de frecuencia

Multiplexación por división de tiempo tiempo (TDM)

TDM

Multiplexación por división de código

Códigos de línea

Se emplean para codificar la información binaria de tal forma que al ser transmitidos por el medio de transmisión esta se conserve con la mayor integridad posible.

• Suficiente información de reloj, la cual se consigue con la mayor cantidad de cambios posibles en la amplitud de la señal.

• Fácil detección de errores.

Códigos de línea

• Unipolares

• Polares

• NRZ (Non Return to Zero)

• RZ (Return to Zero)

Códigos de línea

Códigos de línea

Modulación Digital

La modulación digital no es otra cosa que la modulación de señales digitales, y se emplean las mismas técnicas de modulación que en las señales analógicas, adicionando otras mas.

Modulación Digital

• ASK (Amplitude Shift Keying)

• FSK (Frecuency Shift Keying)

• PSK (Phase Shift Keying)

• QSK (Quadrature Shift Keying)

Modulación Digital

Modulación Digital

Modulación Digital QSK

Modulación Digital QSKEjemplo 8QSK

Ejemplo

Dispositivos de Red de Capa 1

Componentes de un sistema de comunicación digital

Componentes de un sistema de comunicación digital

Capa de Enlace de Datos

Direcciones MAC

• MAC (Media Access Control)

• Dirección física o de hardware.

• Está formada por 48 bits representados normalmente mediante dígitos hexadecimales agrupados en 6 pares.

Direcciones MAC

• La mitad de los bits de la dirección MAC son usados para identificar al fabricante de la tarjeta, y los otros 24 bits son utilizados para diferenciar cada una de las tarjetas producidas por ese fabricante.

Visualizar la MACWindows

Visualizar la MACLinux

Algunos conceptos

• Protocolos: ?

Datagrama

O Trama (Frame): Unidad o módulo de transmisión de información conformada por una sucesión de bits.

Encapsulamiento

Encapsulamiento

Interfaz Serial

Interfaz o puerto de comunicación de datos digitales donde la información es enviada bit a bit enviando uno sólo a la vez.

Interfaz Paralela

Interfaz o puerto de comunicación de datos digitales donde se pueden enviar varios bits simultaneamente.

RFC(Request for Comment)

conjunto de documentos que sirven de referencia para la comunidad de Internet, que describen, especifican y asisten en la implementación, estandarización y discusión de la mayoría de las normas, los estándares, las tecnologías y los protocolos relacionados con Internet y las redes en general.

Protocolo ARP

• Address Resolution Protocol

• Protocolo que asocia una dirección lógica con una dirección física.

• Encuentra la dirección MAC que corresponde a una determinada dirección IP.

• La tabla ARP se almacena en cache.

• RFC-826.

Protocolo RARP

• Reverse Address Resolution Protocol

• Protocolo que asocia una dirección lógica con una dirección física.

• Encuentra la dirección IP que corresponde a una determinada dirección MAC.

• Sólo se usa en Ethernet y TCP/IP.

• RFC-826.

TABLA ARP

Visualización de tabla ARP(Windows)

Visualización de tabla ARP(Linux)

Captura de Conversación ARP(Linux)

Visualización solicitudes ARPLinux

Verificación de Estados de Entrada

Estados ARP

ARP cache entry state meaning action if used

permanentnever expires; never

verifiedreset use counter

noarpnormal expiration; never

verifiedreset use counter

reachable normal expiration reset use counter

stalestill usable; needs

verificationreset use counter; change

state to delay

delayschedule ARP request;

needs verificationreset use counter

probe sending ARP request reset use counter

incomplete first ARP request sent send ARP request

failed no response received send ARP request

Datagrama ARPMACDest.

MACOrigen

TipoTrama

TipoHardw

TipoPotoc.

Tam.Hard.

Tam.Protoc.

TipoOperac

MACOrigen

IPOrigen

MACDest.

IPDest.

CRC

6 6 2 2 2 1 1 2 6 4 6 4 4

MAC Dest : Dirección MAC destino.MAC Origen : Dirección MAC Origen.Tipo Trama : Este campo especifica cual es el contenido del resto del paquete , cuando este valor es de 0x0806 nos indica que estamos ante un paquete ARP.Tipo Hardw : Especifica el medio sobre el cual se trabaja , el valor 1 lo toma cuando el medio es Ethernet.Tipo de protoc : tipo de protocolo que es mapeado , para IP toma el valor 0x0800.Tam. Hard. : Tamaño de dirección de Hardware.Tam. Protoc. : Tamaño de dirección de protocolo (IP)Tipo de Operac : Especifica la operación , esto son los diferentes valores que pude tomar el campo ARP request (1) , ARP reply (2) , RARP request (3) , RARP reply (4).IP Origen : Dirección IP Origen.IP Destino : Dirección IP Destino.

Protocolo SLIP

• Serial Line Internet Protocol

• Origen en los años 80’s.

• Funciona(ba) a través de puertos seriales.

• Muy utilizado para conexiones dialup vía modem.

Protocolo SLIP

• Protocolo Obsoleto.

• Aún utilizado en microcontroladores.

• Funciona en Ethernet y TokenRing.

• Diseñado por 3COM.

• RFC 1055

Características SLIP

• Ambos ordenadores en un enlace SLIP necesitan conocer la dirección del otro para el enrutamiento.

• Sólo se puede ejecutar un protocolo en una conexión SLIP.

• No tiene corrección de errores, lo delega a capas superiores.

• Limitado a velocidades bajas (19 [Kbps])

Funcionamiento SLIP

• La trama SLIP comienza y termina con el carácter SLIP-END (11000000).

• Si un byte de la trama IP coincide con el carácter

SLIP-END, 11000000(C0)se transmite la secuencia de dos bytes: DB DC, donde el carácter DB se denomina SLIP-ESC

• Si un byte de la trama IP coincide con el carácter SLIP-ESC (DB) se transmite la secuencia de dos bytes: DB DD.

Datagrama SLIP

Protocolo HDLC

• High Level Data Link Control

• Estándar ITU

• Soporta enlaces punto a punto y multipunto.

• Permite verificar errores de trama.

• Delega la corrección de errores a capas superiores.

• Encapsulamiento para interfaces seriales.

Datagrama HDLC

Bandera(7E)

Dirección(FF)

Control(03)

Variable FCS

1 1 1 X 4

FCS: Frame CheckSum

Protocolo PPP

• Point to Point Protocol

• Protocolo usado para mandar datagramas a través de una conexión serie.

• Puede transportar un alto número de protocolos.

• No esta limitado a IP.

• Proporciona detección de errores.

• RFC 1661.

Protocolo PPP

• Permite establecer una comunicación entre dos dispositivos. Generalmente usada para establecer una conexión de internet entre un particular y Carrier (proveedor de acceso).

• Tiene variantes como PPPoE (PPP OverEthernet) y PPPoA (PPP Over ATM).

• Basado en HDLC.

Datagrama PPP

Bandera(7E)

Dirección(FF)

Control(03)

Protocolo Datos FCS

1 1 1 2 X 4

LCP: Link Control ProtocolNCP Network Control Protocol

PAPCHAP

Operación PPP

• Se envían tramas LCP para configurar y optativamente verificar en enlace de datos.

• Se envían tramas NCP para elegir y configurar uno o mas protocolos de red.

• Se realiza la autentificación mediante PAP o CHAP.

• El enlace permanecerá activo hasta alguna petición de LCP o NCP de cerrar el enlace o debido a un evento externo.

Operación PPP

LCP & NCP

• Link Control Protocol (LCP): Para establecimiento, configuración y prueba del enlace de datos. Permite a las dos partes negociar varias opciones de la capa de enlace de datos.

• Network Control Protocols (NCPs): Para establecer y configurar diferentes protocolos de red. Permite a las dos partes negociar varias opciones de la capa de red.

LCP & NCP

Protocolo Código ID Longitud Datos

1 1 1 2 X

Protocolo Código ID Longitud Datos

1 1 1 2 X

LCP

NCP

Secuencia de conexión PPP

PAP & CHAP

• TAREA

Dispositivos de Red de Capa 2

RESUMEN

Modulación MultiplexaciónCódigos de

Línea

ARP SLIPPPP NCP

LCP

PAP/CHAP

OSI TCP/IP

FISICA FISICA

ENLACE ENLACE

AC

CES

O D

E R

ED

HDLC