tema 1- introduccion (1)

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TEMA 1. Introducción a las redes REDES Grados Ing. Informática / Ing. de Computadores / Ing. del Software / Doble Grado Universidad Complutense de Madrid PROFESORES: Rafael Moreno Vozmediano Rubén Santiago Montero Juan Carlos Fabero Jiménez Inmaculada Pardines Lence Carlos González Calvo Julio Septién del Castillo

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  • TEMA 1. Introduccin a las redes

    REDESGrados Ing. Informtica / Ing. de Computadores / Ing. del Software / Doble GradoUniversidad Complutense de Madrid

    PROFESORES: Rafael Moreno VozmedianoRubn Santiago MonteroJuan Carlos Fabero JimnezInmaculada Pardines LenceCarlos Gonzlez CalvoJulio Septin del Castillo

  • Introduccin Redes

    Interconexin de un conjunto de dispositivos capaz de comunicarse Dispositivo: mquina, porttil, mvil, dispositivo de interconexin (router)... Comunicacin: intercambio de informacin sobre cualquier medio

  • Redes de rea Local (LAN = Local Area Network) De carcter privado rea de cobertura limitada

    Interconecta dispositivos en una oficina, hogar o edificio Cada dispositivo tiene un identificador nico en la red: su direccin

    Los mensajes estn etiquetados por las direcciones origen y destino

    Tipos de LAN LAN de difusin (broadcast)

    Computadores interconectados por un medio de transmisin compartido Cuando un computador quiere enviar informacin, la difunde a todos los

    dems a travs del medio compartido Si dos o ms computadores transmiten simultneamente se produce

    una colisin y la informacin resultante es invlida LAN conmutada (switched)

    Computadores interconectados a travs de un conmutador (switch) La informacin se enva solamente al destinatario No hay colisiones

    Tipos de redes: Redes de rea local

  • Topologas tpicas de LAN LAN de difusin (broadcast)

    Cable comn (bus) Ejemplo: Ethernet 10Base2

    Concentrador o Hub (estrella) El hub es un dispositivo repetidor que

    difunde la informacin a todas las salidas Ejemplo: Ethernet 10Base-T

    LAN inalmbrica (WLAN, Wireless LAN) El AP (Access Point) acta como

    un hub inalbrico Ejemplo: Red Wi-Fi

    LAN conmutadas Conmutador o switch (estrella)

    Ejemplo: Fast Ethernet 100BASE-TX

    Tipos de redes: Redes de rea local

    HUB

    AP

    Switch

  • Tipos de redes: Redes de rea extensa Redes de rea extensa (WAN = Wide Area Network)

    Ocupan un rea geogrfica mayor (ciudad, pas, incluso global) Normalmente de uso pblico y gestionadas por empresas de

    comunicacin

    Tipos de redes WAN WAN punto a punto

    Conectan dos dispositivos de comunicacin va un medio de transmisin (aire, cable)

    Ejemplos: Conexin por mdem convencional o ADSL entre computador domstico y proveedor de acceso a Internet (ISP)

    (convencional o ADSL) (convencional o ADSL)

  • Tipos de redes: Redes de rea extensa Tipos de redes WAN (cont)

    WAN de conmutacin de circuitos (Circuit Switched WAN) Se establece una conexin dedicada (circuito) entre los dos extremos Los switches (conmutadores de circuitos) no realizan procesamiento de

    informacin Slo establecen los circuitos necesarios para la comunicacin

    Ejemplo: Red telefnica convencional (PSTN) PSTN = Public Switched Telephone Network Las centralitas telefnicas actan como conmutadores de circuitos

  • Tipos de redes: Redes de rea extensa Tipos de redes WAN (cont)

    WAN de conmutacin de paquetes (Packet Switched WAN) La informacin se divide en en bloques (paquetes) Los switches (conmutadores de paquetes) procesan los paquetes,

    realizando dos funciones bsicas: Encaminamiento (routing) de paquetes: deciden cul es la ruta

    ms adecuada entre el origen y el destino Reexpedicin (forwarding) de paquetes: en base a la

    informacin de encaminamiento, reenvan el paquete al siguiente nodo, hasta que ste alcanza su destino

    Ejemplo: redes ATM (Asynchronous Transfer Mode)

  • Tipos de redes: InterredInterred (internetwork o internet)

    Conexin de varias LAN o WAN unidas mediante encaminadores (routers) El router realiza las funciones de encaminamiento (routing) y reexpedicin

    (forwarding) de paquetes entre las distintas redes interconectadas Ejemplo: la red global Internet

  • Organizacin jerrquica de Internet

    Internet

    Usuario final(Terminal individual o LAN)

    Tecnologa de acceso: - Residencial - Conexin directa

  • InternetOrganizacin jerrquica de Internet (cont.)

    Los usuarios finales se conectan, tpicamente, a travs de un proveedor de acceso a Internet (ISP) local a travs de una conexin directa o alguna tecnologa de acceso residencial (ej. mdem, ADLS, FTTH)

    Los ISPs estn organizados de forma jerrquica y se interconectan mediante routers ISP locales

    Dan servicio a de conexin a Internet a los usuarios finales Se pueden conectar a los ISPs regionales o directamente a los

    backbones ISP regionales

    Forman el segundo nivel de la jerarqua de Internet Se conectan a uno o varios backbones

    Backbone ISP (nacionales e internacionales) Forman la columna vertebral (backbone) de Internet stos se interconectan mediante una infraestructura de conmutacin

    compleja y de altas prestaciones denominados NAPs (Network Access Points) o IXPs (Internet eXchange Points) o puntos neutros.

  • InternetEjemplo simplificado de la organizacin jerrquica de Internet

    Red UCM (proveedor local)

    UAM

    UPM

    Proveedor regional

    Proveedor nacionalRedi

    Madrid

    Zara-goza

    Cata-lua

    Valen-cia

    Proveedor internacional

    Puntos neutros(IXP o NAP)

    RedIRIS(red acadmica y de invesitagin

    Espaola)

    Red Gant(red Europea de Investigacin y

    Educacin)

    CATNIX

    ESpanix

    Telef-nica ONO

    JazzTel

    Proveedores nacionales (comerciales)

  • Historia y evolucin de InternetBreve Historia de Internet

    Antecedentes (~1960) Desarrollo de la conmutacin de paquetes MIT - 1961 ARPANET: Interconexin de supercomputadoras - 1969

    Nacimiento de Internet (1970-1990) Internetting Project (ARPANET) Vint Cerf - 1972 Conexin de diferentes redes (inter-red) ARPANET + radio + satlite - 1977 Especificacin del protocolo TCP/IP - 1978 UNIX de Berkeley incorpora la pila TCP/IP - 1981 ARPANET: MILNET + CSNET + NSFNET...

    Internet Hoy Protocolo HTTP - WWW, Tim Berners-Lee Correo electrnico: protocolo SMTP Multimedia: video/voz/televisin sobre IP Redes sociales: twitter, facebook... Aplicaciones y servicios Web

  • Historia y evolucin de Internet

  • Arquitectura de Red: Protocolos

    Hablar Escuchar

    Hablar Escuchar

    Layer 1Aire

    Definen las reglas que ambos extremos (y dispositivos intermedios) deben seguir para comunicarse

    Normalmente estas reglas se dividen en tareas a diferentes niveles Cada nivel usa un protocolo especializado (protocolo en capas)

    Ejemplo 1 Comunicacin directa entre dos personas Un nico nivel (conversacin cara a cara en el mismo idioma) Reglas:

    [Comienzo de la comunicacin] Saludo [Codificacin informacin] Uso de un registro verbal adecuado [Control de acceso al medio] Hablar/escuchar [Cierre de la comunicacin] Despedida

  • Arquitectura de Red: ProtocolosEjemplo 2

    Correspondencia segura El protocolo debe incluir capas adicionales

    Cifrado Envo de correo

    Ventaja del uso de capas Modularidad (otro alg. cifrado) Servicio vs implementacin Uso parcial de las capas

    Objetos idnticos

    Enviar Recibir

    Enviar Recibir

    Layer 1

    Cifrar Descifrar

    Cifrar Descifrar

    Layer 2

    Hablar Escuchar

    Hablar Escuchar

    Layer 3

    Servicio Postal

    Conexin Lgica

  • Arquitectura de Red: ProtocolosCaractersticas de una arquitectura en capas

    Cada capa tiene una serie de funciones bien definidas Servicios

    La capa K slo se comunica con su capa inferior K-1 a travs de los servicios que sta ofrece

    Protocolos Las capas del mismo nivel manejan las mismas reglas y unidades de

    informacin En la comunicacin se establece una conexin lgica en cada capa.

    Arquitectura de una red El conjunto de capas que la forman El conjunto de servicios y protocolos

    Capa N

    Capa N-1

    Servicios de la Capa N-1

    Servicios de la Capa N-2

    Capa N

    Capa N-1

    Servicios de la Capa N-1

    Servicios de la Capa N-2

    Protocolo Capa N

    Protocolo Capa N-1

    Computador A Computador B

  • Arquitectura de Red: Protocolo TCP/IPTransmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP)

    Conjunto de protocolos usados en Internet Jerrquico, compuesto por mdulos que ofrecen una funcionalidad especfica

  • Arquitectura de Red: Protocolo TCP/IPTransmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP)

    Capa Aplicacin Intercambio de mensajes entre dos programas (aplicaciones) Comunicacin extremo-a-extremo con la lgica de la aplicacin Protocolos de Aplicacin: HTTP, SMTP, FTP, TELNET, DNS...

    Capa Transporte Comunicacin extremo-a-extremo Encapsula los mensajes de la aplicacin en un segmento o datagrama Enva un mensaje de una aplicacin y lo entrega a la aplicacin

    correspondiente en el otro extremo TCP, protocolo de transporte orientado a conexin: control de flujo, errores

    y congestin UDP, sin conexin (mensajes independientes). Simple, sin las ventajas

    anteriores.

  • Arquitectura de Red: Protocolo TCP/IPTransmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP)

    Capa Red Es la responsable de la comunicacin entre los hosts y de enviar los

    paquetes por el mejor camino posible Internet Protocol:

    Define el formato del paquete (datagrama) La forma en que se designan los hosts (direcciones) Encaminamiento (unicast and multicast) No ofrece control de errores, congestin o flujo Protocolos asociados: IGMP, ARP, ICMP,DHCP

  • Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) La arquitectura TCP/IP se suele implementar mediante un modelo de 5 capas

    Capa Enlace de Datos Transmisin de los datagramas por el enlace El datagrama se encapsula en un marco (frame) LAN con switch, WiFi, WAN cableada... No se especifica un protocolo en particular Pueden ofrecer correccin/deteccin de errores

    Arquitectura de Red: Protocolo TCP/IP

    Aplicacin

    Transporte

    Red

    Enlace de Datos

    Fsica

    Layer 5

    Layer 4

    Layer 3

    Layer 2

    Layer 1

  • Arquitectura de Red: Protocolo TCP/IPTransmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP)

    Capa Fsica Responsable del envo de bits por el enlace en particular Realiza la codificacin, conversiones (digital-digital, digital-analgica...),

    multiplexacin... La comunicacin sigue siendo lgica. Medio de transmisin, envo efectivo de la informacin como seales

    electromagnticas

  • Arquitectura de Red: Protocolo TCP/IP

    IP ARP RARP

    OSPFICMP RIP

    TCPUDP

    FTP HTTPNFSNIS+

    SNMP

    TELNET SMTP POP3 RPC

    PPPATM Ethernet/WiFi

    Aplicacin

    Red

    Transporte

    Enlace / Fsica

    DNS

    DHCP

  • switch

    router

    switch

    Aplicacin (5)

    Transporte (4)

    Red (3)

    Enlace de Datos (2)

    Fsica (1)

    Origen Destino

    Ejemplo 3 Comunicacin entre dos LANs Host origen y destino requieren transformaciones de las 5 capas Routers: Encaminamiento (nivel 3), puede usar dos protocolos de enlace de

    datos o fsicos diferentes Switch: enlace de datos (nivel 2), puede usar dos capas fsicas diferentes

    Arquitectura de Red: Protocolo TCP/IP

  • Ejemplo 4 Conexiones lgicas y objetos de comunicacin en la transmisin Origen-

    Destino anterior Las capas 5,4 y 3 son extremo-a-extremo (internet) Las capas 2 y 1 son paso-a-paso entre hosts y routers (no switch) (enlace)

    Aplicacin (5)

    Transporte (4)

    Red (3)

    Enlace de Datos (2)

    Fsica (1)

    Origen DestinoMensaje

    Segmento / Datagrama

    Paquete / Datagrama

    Trama (Frame) Trama (Frame)

    BitsBits

    Arquitectura de Red: Protocolo TCP/IP

    Paquete / Datagrama

  • Mensaje43

    Mensaje432

    Mensaje4

    MensajeAplicacin

    Transporte

    Red

    Enlace de Datos

    Fsica

    Encapsulacin Al mensaje en cada nivel (carga o payload) se le aade una cabecera con

    informacin propia de cada protocolo La capa de transporte incluye informacin sobre los procesos origen y destino

    que se comunican, el control de errores (e.g. checksums) o control de flujo La capa de red aade a lo anterior (carga) informacin sobre los hosts origen y

    destino, control de errores de ese nivel, fragmentacin La capa de enlace incluye en su cabecera la direccin de enlace de los

    extremos

    Arquitectura de Red: Protocolo TCP/IP

    Des-encapsulacin (recepcin) Cuando se recibe un mensaje y se enva

    a las capas superiores Cada paso conlleva comprobacin de

    errores Los routers pueden re-encapsular el

    mensaje segn el enlace utilizado. El datagrama (3), en general no se modificar

    Flujo de bits

  • Ejemplo: Encapsulacin y transformaciones en un router

    Arquitectura de Red: Protocolo TCP/IP

  • Arquitectura de Red: Modelo OSI Estndar desarrollado por la organizacin ISO (International Organization for

    Standarization) El modelo OSI (Open Systems Interconection) es un estndar ISO que trata los

    aspectos de la comunicacin en red (finales de los 70) El objetivo del estndar es permitir la comunicacin de dos sistemas

    independientemente de los medios subyacentes OSI no es un protocolo, sino un modelo para el desarrollo de stos El modelo OSI est estructurado en capas (7) Finalmente el modelo OSI no ha tenido xito:

    Apareci despus de los protocolos TCP/IP, y una vez desplegados stos Algunas de las capas OSI nunca fueron definidas completamente El rendimiento de las implementaciones iniciales fue menor que TCP/IP

  • Arquitectura de Red: Modelo OSI

    Aplicacin

    Transporte

    Red

    Enlace de Datos

    Fsica

    Mltiples protocolos de aplicacin

    Transporte

    Red

    Enlace de Datos

    Fsica

    Sesin

    Presentacin

    Aplicacin

    Modelo OSI Protocolos TCP/IP

    Protocolos Transporte

    Protocolo Internet y otros

    Tecnologa WAN/LAN

    Modelo OSI y TCP/IP Capa de Aplicacin

    Parte de la funcionalidad de la capa de sesin es implementada por algunos de los protocolos de transporte de TCP/IP

    Las capas OSI de aplicacin/presentacin corresponden ms con el diseo de las aplicaciones de red