Capítulo 1 Arquitectura de un sistema telemático

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1 Capítulo 1 Arquitectura de un sistema telemático
Autor: Santiago Felici Fundamentos de Telemática (Ingeniería Telemática) En las 2 primeras clases, no utilizar transparencias. Explicar el concepto de una red y el modelo de capas. Realizar un grafo de un host conectado a un switch, un router y un DNS. Explicar funcionamiento de MAC e IP. Indicar el formato de IP y la dirección de red. ¿Cuándo se manda al router? Cuando el destino tiene una dirección de red diferente a la mia con mi máscara, en ese caso ejecuta ARP preguntando por la MAC de la IP del router por defecto. El DNS se utiliza para solicitar una IP de un nombre, q es más fácil de recordar. Explicar q el direccionamiento MAC es local a la LAN (otro concepto). Una LAN se caracteriza por tener la misma dirección de red en sus hosts. Explicar conexión LAN con LAN por 2 routers. Definir concepto de trama Ethernet y trama PPP por ejemplo. Indicar q toda trama lleva simpre dirección Origen y destino, en Eth Mac origen y Mac destino. En PPP, es otro tipo de direcciónamiento q se verá más tarde. Cuando la IP destino sea fuera de la LAN, se manda al router, por lo q el paquete IP tendrá IP origen el host y destino, el destino. Como MAC origen la del host y como MAC destino la del router. Trabajar con subredes, definir el concepto de máscara y hosts disponibles. Explicar el concepto de dirección de red y broadcast.

2 Sumario Introducción Definición. Tipos de redes y su clasificación
Modelo de Capas Estándares

3 Telecomunicaciones Informática Telemática
Telemática: ciencia que utiliza las telecomunicaciones para potenciar las posibilidades y aplicaciones de la informática

4 Historia 1838: MORSE desarrolla la comunicación en largas distancias
1965: Se realizan las primeras pruebas de comunicación por línea telefónica entre ordenadores Pero todavía no hay muchos ordenadores para comunicar…

5 Historia 1957: La antigua URSS lanza el satélite espacial Sputnik. ¡¡TODO un EXITO!! Comienza la terrible GUERRA FRIA  La URSS es puntera en la carrera espacial.

6 Historia El miedo del ejército americano ante el éxito de la URSS decide robustecerse ante la previsión de cualquier ataque nuclear… DECIDEN CREAR UNA RED DE COMUNICACIONES ROBUSTA, EJE FUNDAMENTAL EN CUALQUIER EJERCITO

7 Historia 1969: El Departamento de Defensa americano crea la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados (ARPA) 1972: Aparece la primera red ARPANET inmune a cualquier ataque bélico. OBJETIVO: Que las comunicaciones sigan funcionando aunque alguno de los nodos de la red deje de funcionar. Es la futura INTERNET …

8 Historia Las universidades y centros de investigación colaboran enormemente en el desarrollo de este proyecto. Las universidades americanas van conectándose a esta red. Esta red es utilizada para conexiones remotas, para correo electrónico, etc

9 Ordenador, Ordenadores
El abaratamiento de los ordenadores en la década de los 80 con la evolución de los µprocesadores, hace crecer su número así como su utilización. La cantidad de ordenadores es tal en la década de los 90, que se introduce una nueva dimensión al conectarlos en una red, se convierten en una herramienta muy poderosa. Internet abre sus puertas al mundo, pero antes revisemos unos conceptos

10 Informática básica

11 Informática básica Network Interface Card: utiliza IRQ (interruption request) para avisar de algún Acontecimiento, una dirección de E/S y una dirección de memoria.

12 Informática básica Adaptadores de red en los portátiles (laptop o notebooks, PDA, ...) a través de tarjetas PCMCIA.

13 Informática básica Procesado digital: bit información de 0 o 1
Representación binaria, representar los números en base 2 y sus potencias Representación en ASCII, consiste en agrupar la información en bytes (256 combinaciones binarias, de 0 a 255) y asignarles un símbolo: letras, números, caracteres de control, etc Representación binaria, decimal y hexadecimal: base 2(0,1), 10 (0-9) y 16 (0-F)

14 Decimal

15 Binario

16 De decimal a binario Dividiendo por 2. Por ejemplo 12. 12 2
6 2 2 3 1 1 Leyendo ultimo cociente y restos de derecha a izquierda 12 en decimal es igual a 1100 en binario. Este número está formado a potencias de dos, por tanto lo puedo expresar su valor 1x23+1x22+0x21+0x20 = =12

17 Informática básica ¿18 en binario? Pasamos a potencias de 2 y luego tomamos los exponentes. 18=16+2=2^4+2^1, en binario =10010 Ejercicio, pasa a binario 255,252, 240,255,128, 127,64,67,15,192 Transmisión binario en bits por segundo bps (Kbps=1000 bps, Mbps=un millón bps) Sin embargo, la memoria se mide base binaria (por el direccionamiento a esta), por eso 1Kbytes son 2^10 bytes: las posiciones decodificable con 10 bits Es decir, 1 Kbyte es diferente a 1 Kbps.

18 Informática básica Ejemplo práctico: Representación binaria de las direcciones IP (32 bits), que para memorizar se agrupan en 4 bytes. Cada byte se representa en decimal de 0 a 255. Por ejemplo: =

19 Conceptos Digital vs analógico: lo digital tiene valores discretos (botellas de litro de agua) y lo analógico tiene valores contínuos (cantidad de agua en un rio) Información: algo que da conocimiento a quien lo lee. (En los ordenadores también se conoce “datos” y se mide en bits). Obviamente se trata de información digital y los bits se agrupan en tramas y paquetes. Paquete: unidad de datos que envía el usuario Trama: unidad de datos que permite el transporte de paquetes. Se puede decir que una trama encapsulará a un paquete Conmutación: es la acción de cambiar algo de sitio

20 Conceptos Canal: es el mismo concepto que canal en hidráulica, pero en vez de circular agua, circula información Capacidad de un canal: cantidad de bits por segundo que es capaz de transmitir. Está ligada directamente con el ancho de banda. A veces se utiliza ancho de banda en vez de capacidad. Frecuencia: variaciones de una señal por segundo. Altas frecuencias, son variaciones rápidas y bajas frecuencias, son variaciones lentas. Ancho de banda: es la amplitud o rango de frecuencias que puede transportar un canal analógico. Como veremos, está íntimamente relacionado con la capacidad. Espectro: es el conjunto total de frecuencias que forman la señal a estudiar. El espectro de la luz solar son todas las frecuencias que radía el sol, pero si limitados esa luz, a la que pasa por un telescopio, esa limitación haría fijar un límite a la cantidad de frecuencias que pasan o a la cantidad de luz. Esta limitación, fijaría un ancho de banda de frecuencias que pueden pasar.

21 Conceptos Circuito: es un trayecto, que atraviesa uno o varios canales
Circuito virtual (virtual circuit, VC): es como un circuito de cara al usuario, pero realmente su implementación no tiene porqué ser un circuito Terminal: punto de acceso a un supercomputador Telnet o conexión remota que se realiza desde los terminales a través de una red a un supercomputador. Host (inquilino): antiguamente se utilizaban terminales para acceder a un supercomputador, que más tarde aumentaron su capacidad y son los actuales PC. Cuando efectuaban una conexión remota, se les consideraba inquilinos en el supercomputador accedido. Este termino, actualmente se utiliza para identificar a un PC en red.

22 Conceptos Internet: la red formada por todos los hosts y dispositivos de red que permiten comunicación global, de forma transparente al usuario. La filosofía de Internet es BEST EFFORT (hará lo mejor posible para trabajar) Intranet: red formada por hosts pertenecientes a una empresa, que tienen sus propias pautas y normas, principalmente referidas a seguridad. Es como una Internet de usuario. Para acceder al exterior, hay que pasar barreras establecidas (cortafuegos-firewall, proxies, etc) Extranet: el resto del mundo de una Intranet.

23 Conceptos ¿Cómo se manda la información: tramas y paquetes? Los ordenadores sólo intercambian información digital y utilizan diferentes técnicas para el envío de la información. Las técnicas para mandarse la información entre ordenadores son: -Línea dedicada: un circuito fijo, cerrado y establecido por donde sólo van a viajar los paquetes de quien la contrata. Ej la unión de Campus de Burjassot con Paterna. -Conmutación de circuitos: los datos se mandan por un circuito, pero para mandar datos, se establece el circuito, se mandan datos y luego se libera el circuito. Ej el teléfono, RDSI, GSM (móviles) -Conmutación de paquetes: los datos se van enviando sin ningún establecimiento de circuito previo y por tanto, pueden desordenarse. Ej, Internet

24 Configuración de PC (host)
Configuración de la tarjeta de red: Dirección IP y máscara (comandos winipcfg en Win98, ipconfig en Win2k, ifconfig en Linux) Puerta por defecto o puerta de enlace predeterminada (default gateway) DNS o servidor de nombres, configuración realizada o bien por el usuario o bien de forma automática por DHCP, ... DNS: domain name server, DHCP: dynamic host configuration protocol, Host: un ordenador Configuración de las aplicaciones: Configuración del navegador (¿proxy?): el proxy evita que las consultas a Internet se realicen una sola vez, guardándolas en CACHE (copia local ubicada en servidor proxy). Si alguien vuelve a pedir la misma información, se le entregará la copia local. Ahorramos tiempo y tráfico.

25 Ejemplo de configuración de un host en IPv4
Dado un host A con su tarjeta de red (con su MAC) arranca y solicita al servidor DHCP su configuración. De la IP y de la máscara, podemos obtener la “dirección de red” y estimar el número de hosts que pueden haber conectados en la red. El router (encaminador) es la puerta por defecto de la red, donde los hosts de dicha red mandarán los paquetes en el momento que analicen que la dirección IP destino no es de la red. Las IP destino, bien las pueden conecer directamente por el usuario o bien la pueden solicitar al servidor DNS. Ver ejemplo de configuración desde un host A con IP /22 que conecta a (servidor web con IP /20) siendo la puerta de enlace Detallar en la pizarra un ejemplo, donde enumerando los pasos, se vea el procedimiento de comunicación. 1.- el PC solicita con multidifusión su configuración de IP, máscara, puerta de enlace y DNS. 2.- el servidor DHCP manda configuración 3.-el host configurado solicita conectarse a solicitando la IP al DNS 4.- el DNS le responde con la IP 5.- el host, comprueba que con su máscara y la IP de no pertenece a su red y por tanto, la manda a la puerta de enlace. 6.- en el paquete mandado se incluye, la IP destino ( ) y la IP origen ( ). Destacar que cuando se indica, que el host se comunica o manda el paquete IP a la puerta de enlace, lo realiza a través de la MAC. Preguntas al alumno: a)¿qué máscara utiliza el host A? b)¿cuántos hosts puede haber en la red? 256*4-2=1022, porque se reserva la IP de red y todo 1s de broadcast c)¿cuál es la dirección de red? d)Idem que a, b y c pero para Máscara: Hosts: 256*16-2, porque se reserva la IP de red y todo 1s de broadcast Red:

26 Sumario Introducción Definición. Tipos de redes y su clasificación
Modelo de Capas Estándares

27 Clasificación de las redes
Por su ámbito: Redes de área local o LAN (Local Area Network): Diseñadas desde el principio para transportar datos. Redes de área extensa o WAN (Wide Area Network): Utilizan el sistema telefónico, diseñado inicialmente para transportar voz. Por su tecnología: Redes broadcast (broadcast = radiodifusión, o también por su topología (o forma) multipunto) Redes punto a punto

28 Procesadores ubicados
Clasificación de las redes por su ámbito Distancia entre procesadores Procesadores ubicados en el mismo ... Ejemplo 1 m Sistema Multiprocesador 10 m Habitación LAN 100 m Edificio 1 Km Campus 10 Km Ciudad MAN (o WAN) 100 Km País WAN 1.000 Km Continente Km Planeta Es bastante habitual clasificar las redes por su ámbito, es decir por el alcance máximo para le cual se han diseñado. En este sentido se suele hablar de redes locales (LAN, Local Area Networks) y redes de área extensa o WAN (Wide Area Network). En ocasiones se describe una categoría intermedia denominada MAN (Metropolitan Area Networks), aunque hay muy pocas tecnologías que incluyan en este grupo. En realidad es inexacto realizar una división de las redes o tecnologías en base a la distancia, como se pretende hacer en la tabla de esta diapositiva, ya que se pueden encontrar muchos ejemplos en los que las tecnologías tradicionalmente consideradas WAN se utilizan en distancias cortas. Análogamente las redes LAN pueden utilizarse para cubrir distancias de cientos de kilómetros. Por eso probablemente la mejor clasificación de redes LAN y WAN se pueda efectuar en base al objetivo de diseño; si es el transporte de datos normalmente se trata de una LAN, mientras que si es el transporte de voz generalmente se trata de una WAN.

29 Redes de área local o LAN (Local Area Network)
Características: Generalmente son de tipo broadcast (medio compartido) Cableado normalmente propiedad del usuario Diseñadas inicialmente para transporte de datos Ejemplos: Ethernet (IEEE 802.3): 10, 100, 1000 Mb/s (1 Gbps) Token Ring (IEEE 802.5): 1, 4, 16, 100 Mb/s FDDI: 100 Mb/s HIPPI: 800, 1600, 6400 Mb/s (en crossbar) Fibre Channel: 100, 200, 400, 800 Mb/s (en crossbar) Redes inalámbricas por radio (IEEE ): 1, 2, 5.5, 11 Mb/s Topología en bus (Ethernet) o anillo (Token Ring, FDDI)

30 Topologías LAN típicas
Ordenador (Host) Ordenador (Host) Cable Cable Bus (Ethernet) Anillo (Token Ring, FDDI) Topología = forma o diseño La topología en bus tiene peores prestaciones que el anillo, porque en el bus todos los equipos se conectan al mismo cable y en el anillo, son conexiones punto a punto.

31 Redes de área extensa o WAN (Wide Area Network)
Se caracterizan por utilizar normalmente medios telefónicos, diseñados en principio para transportar la voz. Son servicios contratados normalmente a operadoras (Telefónica, Retevisión, Ono, BT, Uni2, etc.). Las comunicaciones tienen un costo elevado, por lo que se suele optimizar su diseño. Normalmente utilizan enlaces (conexiones o circuitos) punto a punto “temporales” o “permanentes”, salvo las comunicaciones vía satélite que son broadcast. También hay servicios WAN que son redes de conmutación de paquetes (luego lo veremos). Los circuitos permanentes se llaman PVC (Permanent Virtual Circuit) y los temporales (o conmutados, switched) se llaman SVC. Las tecnologías utilizadas para mandar la información en las redes WAN son: líneas dedicadas, conmutación de paquetes y conmutación de circuitos.

32 Servicios de comunicación WAN
Pueden ser de tres tipos, como hemos visto: Líneas dedicadas. El enlace está dedicado de forma permanente con un caudal reservado, se use o no. Conmutación de circuitos. La conexión solo se establece cuando se necesita, pero mientras hay conexión el caudal está reservado al usuario tanto si lo usa como si no. Se aprovecha mejor la infraestructura. Conmutación de paquetes. El ancho de banda disponible es compartido por diversos usuarios, de forma que se multiplexa tráfico. Se pueden generar circuitos virtuales. El ancho de banda no está reservado y la infraestructura se aprovecha de manera óptima.

33 Enlaces troncales RedIRIS
Enlaces troncales RedIRIS. RedIRIS es el proveedor de conexión para las Universidades en España. Conexiones WAN Año 1999

34 RedIRIS en la Comunidad Valenciana
Conexiones WAN Año 1999

35 Estadísticas de tráfico enlaces troncales RedIRIS
Tráfico de bajada Madrid-Valencia Tráfico de subida Madrid-Cataluña Madrid-Extremadura

36 Tráfico Madrid-Valencia
Diario Semanal Mensual

37 Clasificación de las redes por su tecnología
Tipo Broadcast Enlaces punto a punto Características La información se envía a todos los nodos de la red, aunque sólo interese a unos pocos La información se envía solo al nodo al cual va dirigida Ejemplos Casi todas las LANs (excepto LANs conmutadas) Redes de satélite Redes de TV por cable Enlaces dedicados Servicios de conmutación de paquetes (X.25, Frame Relay y ATM). LANs conmutadas

38 Algunas topologías típicas de redes LAN y WAN
Estrella Anillo Estrella distribuida, árbol sin bucles o ‘spanning tree’: topología jerárquica Estrella extendida Topología irregular (malla parcial) Malla completa Anillos interconectados

39 Redes de enlaces punto a punto
En una red punto a punto los enlaces pueden ser: Simplex: transmisión en un solo sentido Semi-dúplex o half-duplex: transmisión en ambos sentidos, pero no a la vez Dúplex o full-duplex: transmisión simultánea en ambos sentidos En el caso dúplex y semi-dúplex el enlace puede ser simétrico (misma velocidad en ambos sentidos) o asimétrico. Normalmente los enlaces son dúplex simétricos La velocidad se especifica en bps, Kbps, Mbps, Gbps, Tbps, ... Pero OJO: 1 Kbps = bps (no 1.024) 1 Mbps = bps (no 1.024*1.024) Ejemplo: la capacidad total máxima de un enlace de 64 Kbps son bits por segundo si es simétrico ( bits por segundo en cada sentido).

40 Clasificación de las redes
Redes LAN Redes WAN Redes broadcast Ethernet, Token Ring, FDDI Redes vía satélite, redes CATV Redes de enlaces punto a punto HIPPI, Fiber Channel LANs conmutadas Líneas dedicadas, RDSI, Frame Relay, ATM

41 Escenario típico de una red completa (LAN-WAN)
Subred Host Router WAN (red de enlaces punto a punto) LAN (red broadcast o LAN conmutada)

42 Posibles formas de enviar la información
Según el número de destinatarios el envío de un paquete puede ser: Unicast: si se envía a un destinatario concreto. Es el mas normal. Broadcast: si se envía a todos los destinatarios posibles en la red. Ejemplo: para anunciar nuevos servicios en la red. Multicast: si se envía a un grupo selecto de destinatarios de entre todos los que hay en la red. Ejemplo: emisión de videoconferencia. Anycast: si se envía a uno cualquiera de un conjunto de destinatarios posibles. Ejemplo: servicio de alta disponibilidad ofrecido por varios servidores simultáneamente; el cliente solicita una determinada información y espera recibir respuesta de uno cualquiera de ellos.

43 Sumario Introducción Definición. Tipos de redes y su clasificación
Modelo de Capas Estándares

44 Planteamiento del problema
RETOMEMOS EL PROBLEMA DE INTERNET... La interconexión de ordenadores es un problema técnico de complejidad elevada. Requiere el funcionamiento correcto de equipos (hardware) y programas (software) desarrollados por diferentes equipos humanos. El correcto funcionamiento de A con B y de B con C no garantiza el correcto funcionamiento de A con C Estos problemas se agravan más aún cuando se interconectan equipos de distintos fabricantes. La interconexión de ordenadores es un problema de gran complejidad, ya que a los aspectos de diseño y realización hardware y software propios de cualquier producto informático se añade la necesidad de interoperar con otros productos, a menudo desarrollados por diferentes fabricantes y por tanto por diferentes equipos de personas. Para resolverlo se aplica la estrategia del ‘divide y vencerás’. Las partes en que se divide el problema de la comunicación entre ordenadores se acoplan entre sí siguiendo un orden determinado, por lo que se las conoce como capas. El modelo de capas es el que se utiliza para cualquier diseño de red desde hace ya bastantes años. Su modularidad permite que una capa pueda modificarse sin que las demás se vean afectadas (aunque a veces hay que hacer algún reajuste). El modelo de redes más conocido es el denominado modelo OSI de siete capas (OSI = Open Systems Interconnection) desarrollado por la ISO (International Organization for Standardization) entre 1997 y En realidad el primer modelo de capas (también siete) fue desarrollado por IBM en 1974 en su red SNA (Systems Network Architecture). Aunque el modelo de capas se utiliza en prácticamente todas las redes, el número puede variar.

45 La solución La mejor forma de resolver un problema complejo es dividirlo en partes. En telemática dichas ‘partes’ se llaman capas y tienen funciones bien definidas. El modelo de capas permite describir el funcionamiento de las redes de forma modular y hacer cambios de manera sencilla. El modelo de capas más conocido es el llamado modelo OSI de ISO (OSI = Open Systems Interconnection). Y estandarizar su funcionamiento para que todos lo hagamos igual y nos entendamos ... La interconexión de ordenadores es un problema de gran complejidad, ya que a los aspectos de diseño y realización hardware y software propios de cualquier producto informático se añade la necesidad de interoperar con otros productos, a menudo desarrollados por diferentes fabricantes y por tanto por diferentes equipos de personas. Para resolverlo se aplica la estrategia del ‘divide y vencerás’. Las partes en que se divide el problema de la comunicación entre ordenadores se acoplan entre sí siguiendo un orden determinado, por lo que se las conoce como capas. El modelo de capas es el que se utiliza para cualquier diseño de red desde hace ya bastantes años. Su modularidad permite que una capa pueda modificarse sin que las demás se vean afectadas (aunque a veces hay que hacer algún reajuste). El modelo de redes más conocido es el denominado modelo OSI de siete capas (OSI = Open Systems Interconnection) desarrollado por la ISO (International Organization for Standardization) entre 1997 y En realidad el primer modelo de capas (también siete) fue desarrollado por IBM en 1974 en su red SNA (Systems Network Architecture). Aunque el modelo de capas se utiliza en prácticamente todas las redes, el número puede variar.

46 Modelo de referencia en capas
Ventajas de un modelo en capas: Reduce la complejidad Estandariza interfaces Ingeniería modular Asegura la interoperabilidad Acelera la evolución Simplifica el aprendizaje

47 Ejemplo de 2 artistas que quieren intercambiar opinión ...
VALENCIANO ? RUSO

48 Ejemplo de comunicación mediante el modelo de capas
Dos artistas, uno en Moscú y el otro en Valencia, mantienen por vía telegráfica una conversación sobre pintura. Para entenderse disponen de traductores ruso-inglés y valenciano-inglés, respectivamente. Los traductores pasan el texto escrito en inglés a los telegrafistas que lo transmiten por el telégrafo utilizando código Morse. Mediante esta analogía explicaremos los principios básicos que rigen el diseño de cualquier red según el modelo de capas.

49 Ejemplo de comunicación mediante el modelo de capas
virtual 4 Artista Artista 3 Traductor Traductor 2 Telegrafista Telegrafista Comunicación real 1 Telégrafo Telégrafo Moscú Valencia

50 Protocolos e Interfaces
Telegrafista Telégrafo Traductor Artista Capa 1 2 3 4 Moscú Valencia Pintura Inglés Morse Impulsos eléctricos Ruso Valenciano Texto escrito Manipulador Protocolos Interfaces ¿Qué es un protocolo? El lenguaje utilizado dentro de cada capa para entenderse entre ellas.

51 MAS OBSTACULOS Ahora más difícil todavía...
Se ha estropeado el telégrafo entre Moscú y Valencia Moscú Valencia

52 Comunicación indirecta mediante el modelo de capas
Pero como somos tan buenos los valencianos, le avisamos que hemos encontrado otra medio de comunición de forma indirecta por la ruta: Moscú – Copenague: telégrafo por cable Copenague – París: radiotelégrafo París – Valencia: telégrafo por cable Mediante esta analogía explicaremos los principios básicos que rigen el diseño de cualquier red según el modelo de capas.

53 Moscú Copenhague París Valencia Radiotelégrafo Telégrafo por cable

54 Comunicación indirecta entre dos artistas a través de una red de telégrafos
Pintura Artista Artista Inglés Traductor Traductor Morse Morse Morse Telegrafista Telegrafista Telegrafista Telegrafista Impulsos eléctricos Ondas de radio Impulsos eléctricos Telégrafo Telégrafo Telégrafo Telégrafo Moscú Copenhague París Valencia

55 Modelo de capas Actualmente todas las arquitecturas de red se describen utilizando un modelo de capas. El más conocido es el denominado Modelo de Referencia OSI (Open Systems Interconnection) de ISO (International Standarization Organization), que tiene 7 capas. Mediante esta analogía explicaremos los principios básicos que rigen el diseño de cualquier red según el modelo de capas.

56 Principios del modelo de capas
El modelo de capas se basa en los siguientes principios: La capa n ofrece sus servicios a la capa n+1. La capa n+1 solo usa los servicios de la capa n. La comunicación entre capas se realiza mediante una interfaz Cada capa se comunica con la capa equivalente en el otro sistema utilizando un protocolo característico de esa capa (protocolo de la capa n). El protocolo forma parte de la arquitectura, la interfaz no. El conjunto de protocolos que interoperan en todos los niveles de una arquitectura dada se conoce como pila de protocolos o ‘protocol stack’. Ejemplo: la pila de protocolos OSI, SNA, TCP/IP, etc.

57 Conceptos del modelo de capas
Entidad: elemento activo de cada capa, que implementa servicios para ofrecer a la capa superior. Proceso o tarea en ejecución del sistema operativo. SAP (Service Access Point): punto de acceso al servicio o lugar donde se ofrece el servicio Interfaz: conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de información por un SAP. Las unidades de datos intercambiadas por la interfaz se llaman IDU (Interface Data Unit). Las IDU están formadas por información de control local y la SDU (Service Data Unit), unidad de datos para el servicio. La SDU es enviada a la entidad de la misma capa del ordenador extremo. La SDU se fragmenta en PDUs (Protocol Data Unit) que viajan por la red e implementan el propio protocolo. IDU SDU PDU PDU PDU PDU PDU PDU Info de control

58 Capa N Interfaz/Punto de acceso al servicio
Comunicación real Servicios ofrecidos a la capa N+1 Interfaz/Punto de acceso al servicio Capa N IDU Comunicación con la entidad homóloga mediante el protocolo de la capa N SDU Comunicación virtual (salvo si N=1) Se envían PDUs Aunque aparentemente la comunicación se realiza entre cada entidad y su homóloga en el otro lado, en la práctica la comunicación se efectúa siempre con las entidades vecinas inferior y superior (excepto para la capa más baja de la pila, que realmente ha de comunicar con el otro extremo). Servicios utilizados de la capa N-1

59 Modelo de Referencia OSI (OSIRM)
Comentar la división en 7 capas por hacer el nuevo modelo compatible con estructuras ya existentes, como la red de IBM. Establecer relaciones entre este modelo y los ejemplos de comunicación mostrados anteriormente. Comentar la encapsulación de datos que se produce desde la capa de aplicación hasta que los bits entran en el medio de transmisión. Práctica 2.2.5

60 Capa Física N=1 Envía bits por el medio físico asociado. PDU=bit!!!!
Repetidor Conector en ‘T’ Envía bits por el medio físico asociado. PDU=bit!!!! N=1

61 Resuelve el control de la capa física
Capa de Enlace Resuelve el control de la capa física Detecta y/o corrige Errores de transmisión Datos puros Driver del dispositivo de comunicaciones La PDU de esta capa se llama trama N=2

62 Suministra información sobre la ruta a seguir
Capa de Red Suministra información sobre la ruta a seguir ¿Por donde debo ir a w.x.y.z? Routers N=3 La PDU de esta capa se llama paquete. Router=encaminador

63 Capa de Transporte N=4 ¿Son estos datos buenos?
Verifica que los datos se transmitan correctamente Error de comprobación de mensaje Conexión extremo a extremo (host a host) Este paquete no es bueno. Reenviar Paquetes de datos Las PDU de esta capa se llaman segmentos o mensajes N=4

64 Sincroniza el intercambio de datos entre capas inferiores y superiores
Capa de Sesión Sincroniza el intercambio de datos entre capas inferiores y superiores Me gustaría enviarte algo Gracias Buena idea! De nada! Cerrar Conexión Establecer Conexión N=5

65 Capa de Presentación N=6
Convierte los datos de la red al formato requerido por la aplicación N=6

66 Capa de Aplicación N=7 ¿Que debo enviar?
WWW (HTTP) ¿Que debo enviar? Transf. Ficheros (FTP) Es la interfaz que ve el usuario final Muestra la información recibida En ella residen las aplicaciones Envía los datos de usuario a la aplicación de destino usando los servicios de las capas inferiores (SMTP) Videoconferencia (H.323) N=7

67 7!!! REALMENTE LOS UTILIZAMOS TODOS!! ... La verdad que hay capas que las pusieron en un principio porque quedaban muy formales, pero claro, .... ¿NO SON MUCHAS CAPAS? PARECE UN POCO COMPLEJO, ¿NO? La verdad que los resultados se vieron en el momento de la implementación. Matizar que aunque no hay redes basadas en el modelo OSI, siempre se tiene en mente para desarrollar nuevos protocolos y para guiar nuestros pasos.

68 Comparación OSI-TCP/IP
El modelo OSI de 7 capas nació en el entorno de las operadoras de comunicaciones, estrechamente vinculadas a los gobiernos. ¡¡POLITICOS!!! Las operadoras les interesa ganar dinero y por tanto la mejor forma de controlar las comunicaciones es utilizar la tecnología de conmutación de circuitos y con servicio orientado a conexión. Es decir, antes de establecer la comunicación realizo la llamada para dar constancia que estoy utilizando dichos recursos. Matizar que aunque no hay redes basadas en el modelo OSI, siempre se tiene en mente para desarrollar nuevos protocolos y para guiar nuestros pasos.

69 Comparación OSI-TCP/IP
Sin embargo el retraso y la incertidumbre, además del elevado precio de los productos del modelo OSI, dio paso a otro modelo que aparecía en las universidades y centros de investigación, el modelo TCP/IP mucho más simple y con aplicaciones más económicas. El modelo OSI es bueno, pero los protocolos son malos y caros. En 1974 aparece el modelo TCP/IP que está basado en RFC’s. Este modelo hereda el nombre de sus protocolos principales de su funcionamiento.

70 ¿Os parece bien? Esto es un RFC
¿Qué opináis? ¿Os parece bien? Esto es un RFC Request For Comment

71 Modelo de referencia TCP/IP
Hacer notar que también está estructurado en capas. Combina el nivel de sesión y presentación de OSI dentro del nivel de aplicación y junta los niveles físico y de enlace de datos dentro del nivel de acceso a la red. El nivel de internet se corresponde con el nivel de red de OSI. El nivel de transporte se corresponde con el nivel de transporte de OSI. FTP: file transfer protocol, HTTP: HyperText Transfer Protocol, SMTP: Simple Mail Transfer Protocol, TFTP: Trivial FTP , TCP: Transmission Control Protocol, UDP: User Datagram Protocol, IP: Intenet Protocol

72 La nueva capa de acceso a la red
Contiene las funciones de la capa física y enlace de datos del modelo OSI, es decir las capas 1 y 2, es decir en una Ethernet, los cables y la propia tarjeta de red. Cuando nos referimos a cables, conectores y señales eléctricas nos referiremos a capa 1. Cuando nos referimos a tarjetas, direcciones de las tarjetas (también conocidas como direcciones físicas o direcciones MAC, p.ej 0E-5F-3A-FF-21-12), nos referiremos a capa 2.

73 Modelos TCP/IP e híbrido
Los protocolos TCP/IP nacieron por la necesidad de interoperar redes diversas (internetworking) El modelo TCP/IP se diseñó después de los protocolos (puede decirse que primero se hizo el traje y después los patrones) Por eso a diferencia del OSI en el modelo TCP/IP hay unos protocolos ‘predefinidos’. A menudo se sigue un modelo híbrido, siguiendo el OSI en las capas bajas y el TCP/IP en las altas. Además en LANs el nivel de enlace se divide en dos subcapas. Esto da lugar a lo que denominamos el modelo híbrido.

74 Comparación de modelos OSI, TCP/IP e híbrido
Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física Aplicación Transporte Internet Host-red Aplicación Transporte Red Enlace LLC MAC Física Progr. de usuario Software Firmware Sist. Operativo Hardware Aunque el modelo OSI especifica siete capas, aquí exponemos un modelo simplificado de cinco capas que es actualmente el más utilizado para describir la Internet, ya que dos de las capas OSI ( las de sesión y presentación, que se ubican entre la de transporte y la de aplicación) quedan a menudo embebidas en su función por la capa de aplicación. En la transparencia mostramos diversos ejemplos de protocolos posibles para cada capa. Todos los protocolos enumerados aquí coexisten en mayor o menor medida en la Internet actualmente. WAN LAN OSI TCP/IP Híbrido Host-Red o también conocida como de “Acceso a la Red”

75 Comparación OSI-TCP/IP
El modelo híbrido que utilizaremos es el siguiente: 7: Capa de aplicación (incluye sesión y presentación) 4: Capa de transporte 3: Capa de red 2: Capa de enlace para WAN En el caso de conexiones LAN se utilizan subcapas: 2.2: Subcapa LLC (Logical Link Control) 2.1: Subcapa MAC (Media Acess Control) 1: Capa física

76 Acceso a un servidor Web desde un cliente en una LAN Ethernet
Capa HTTP 7 Aplicación Aplicación TCP 4 Transporte Transporte IP 3 Red Red IEEE 802.3 2 Enlace Enlace IEEE 802.3 1 Física Física Cliente Servidor

77 Protocolos e información de control
Normalmente todo protocolo requiere el envío de algunos mensajes especiales o información de control adicional a la que se transmite. Generalmente esto se hace añadiendo una cabecera al paquete a transmitir. ENCAPSULAMIENTO. La información de control reduce el caudal útil, supone un overhead. Cada capa añade su propia información de control. Cuantas más capas tiene un modelo más overhead se introduce.

78 Elementos de datos en el modelo TCP/IP
20 bytes Cab. TCP Datos aplicación Segmento TCP 20 bytes Cab. IP Segmento TCP Datagrama IP 14 bytes 4 bytes Cab. de enlace Datagrama IP Cola de enlace Trama Los valores que aparecen para el nivel de enlace se aplican al caso de Ethernet. Según el tipo de red puede haber pequeñas variaciones

79 Simbología en LAN Hub o concentrador, capa 1, retransmite bits
(velocidades 10, 100, 10/100) Switch o conmutador de tramas o IP, capa 2, conmuta tramas (10, 100, 10/100, FD/HD) Bridge o puente de tramas, de capa 2, conmuta tramas, pero lo suele hacer por software y tienes menos bocas que el switch Router, capa 3, encamina paquetes IP Red LAN

80 Simbología en WAN Conmutador WAN, en función de su tecnología, conmutador ATM, Frame Relay (FR), RDSI. Capa 2, conmuta tramas FR o RDSI, y en ATM se llama células Router, capa 3, encamina paquetes Símbolo de conexión WAN Abstracción de un conjunto de redes

81 Acceso a un servidor Web a través de una conexión remota
Capa HTTP 7 Aplicación Aplicación TCP 4 Transporte Transporte IP IP IP 3 Red Red Red Red IEEE 802.3 IEEE 802.5 PPP 2 Enlace Enlace Enlace Enlace IEEE 802.3 IEEE 802.5 V.35 1 Física Física Física Física Cliente LAN Token Ring Servidor LAN Ethernet WAN PPP: Point to Point Protocol

82 Tipo de servicios ofrecidos
Aparte de las técnicas para mandar la información, es de destacar, el tipo de servicio ofrecido de cara al usuario, que se puede clasificar en: Un Servicio orientado a conexión (CONS: connection oriented network service), donde se respeta el orden de los paquetes transmitidos y en el caso de pérdidas, la capa que ofrece el servicio, la capa inferior, trata de rescatar. Un Servicio no orientado a conexión (CLNS: conectionless oriented network service), donde no se respeta el orden y en el caso de pérdidas, la capa superior tratará de recuperar. Un aspecto fundamental de toda red es el tipo de servicio que ofrece, que puede ser orientado a conexión o no orientado a conexión. En el servicio orientado a conexión o CONS (Connection Oriented network Service) la entidad que desea enviar la información debe en primer lugar establecer el canal de comunicación (también llamado circuito) antes de mandar los datos. Existe por tanto una llamada previa a la comunicación. Cuando la comunicación no es posible la llamada fracasa, por lo que si conseguimos conectar tenemos una seguridad razonable de que podremos comunicar. Un ejemplo de red que ofrece un servicio orientado a conexión es la red telefónica tradicional. Por el contrario en un servicio no orientado a conexión o CLNS (Connectionless Network Service) la información se envía sin efectuar ningún contacto previo. Podría suceder que la comunicación no fuera posible, en cuyo caso los datos se perderían. Un ejemplo de red no orientada a conexión es el servicio postal o el telegráfico.

83 Tipos de redes y servicios ofrecidos
Ejemplos: Internet es una red basada en datagramas, conmutación de paquetes, que no ofrece servicio orientado a la conexión. Pero, la capa de transporte si puede ofrecer dicho servicio a la capa de aplicación a través de TCP. RDSI, es una red de conmutación de circuitos y los paquetes enviados serán recibidos por orden, así que de forma involuntaria estamos ofreciendo un servicio orientado a la conexión. Algunas características que diferencian un servicio CONS y CLNS son las siguientes: - Orden de los paquetes: en una red CONS el orden se respeta, mientras que en CLNS puede ocurrir que unos paquetes se adelanten a otros. Por ejemplo en la red telefónica las palabras llegan en el mismo orden en que se emite. En cambio si enviamos varias cartas a un mismo destino puede suceder que no se reciban exactamente en el mismo orden, ya que no tienen por que seguir todas exactamente la misma ruta. - Dirección de destino: en una red CLNS cada paquete ha de conocer la dirección de destino, puesto que se envía de forma independiente. En cambio en CONS solo es preciso especificar la dirección de destino en el momento de la llamada, al establecer el circuito de comunicación. - Conocimiento de los nodos intermedios: en una red CONS todos los nodos intermedios han de conocer que circuitos pasan por ellos, para poder encaminar adecuadamente el tráfico; esta información la obtienen en el momento de la llamada. En cambio en CLNS los nodos intermedios no han de mantener ninguna información, ya que cada paquete lleva la dirección de destino. - Fiabilidad: En una red CONS cuando un nodo o enlace cae todos los circuitos que pasan por él se interrumpen. En cambio en una red CLNS el tráfico se puede reencaminar por caminos alternativos (si los hay).

84 Otros ejemplos CONS vs CLNS
Ejemplos de redes con servicios CONS, orientadas a la negociación previa de un circuito virtual (VC): Red Telefónica conmutada (RTC o básica RTB, RDSI, GSM) ATM, X.25, Frame Relay Ejemplos de redes con servicios CLNS, es un servicio best effort y no se negocia VC IP (Internet). Los paquetes IP se llaman datagramas. Ethernet La red telefónica y todos sus ‘derivados’ (ATM, Frame Relay y X.25) son orientadas a conexión. En cambio las redes que provienen del mundo de la Informática (Internet y Ethernet por ejemplo) son no orientadas a conexión.

85 Calidad de Servicio (QoS)
La Calidad de Servicio (QoS, Quality of Service) consiste en fijar unos valores límite para un conjunto de parámetros, asegurando así que la red no se va a congestionar. Por ejemplo: Ancho de banda:  256 Kb/s Retardo o latencia: 200 ms, debido a la distancia, enlaces, colas y procesado de la información Fluctuación (variación) del retardo, o jitter:  100 ms Disponibilidad:  99,95 % (21 min/mes fuera de servicio) Probabilidad de error o Bit Error Rate (BER)=bits erróneos/bits transmitidos Podemos ver la QoS como el ‘contrato’ usuario-proveedor.

86 Internetworking Se denomina así a la interconexión de redes diferentes
Las redes pueden diferir en tecnología (p. ej. Ethernet-Token Ring) o en tipo (p. ej. LAN-WAN). También pueden diferir en el protocolo utilizado, p. ej. DECNET y TCP/IP. Los dispositivos que permiten la interconexión de redes diversas son: Repetidores y amplificadores Puentes (Bridges) Routers y Conmutadores (Switches) Pasarelas de nivel de transporte o aplicación (Gateways)

87 Sumario Introducción Definición. Tipos de redes y su clasificación
Modelo de Capas Estándares

88 Estándares Al principio cada fabricante especificaba sus propios protocolos: SNA (IBM) System Network Architecture Appletalk (Apple) protocolo de red IPX (Novell) protocolo de red Cuando empezaron a aparecer las redes telemáticas cada fabricante de ordenadores describía su propia arquitectura según el modelo de capas (con pequeñas variaciones de unos a otros) y especificaba un conjunto de protocolos propio adaptado a las características de sus ordenadores. Esta situación obligaba a los usuarios a ser clientes cautivos de un determinado fabricante, ya que la interoperabilidad de equipos de diferentes fabricantes quedaba severamente limitada debido a las características propietarias de los protocolos existentes. La solución a este problema pasaba por la especificación de protocolos independientes de fabricantes, que fueran implementados por todos ellos. Para evitar que se produjera una situación de desventaja de unos fabricantes respecto de otros el diseño de los nuevos protocolos no debía basarse en los protocolos propietarios ya existentes. Por tanto esta misión difícilmente podía ser realizada por los propios fabricantes.

89 Estándares Son imprescindibles para asegurar la interoperabilidad
Pueden ser: De facto (de hecho), también llamados a veces estándares de la industria. Ej.: PC IBM o compatible, UNIX, SNA de IBM De jure (por ley); ej.: protocolos OSI, redes X.25, ATM, papel tamaño A4. Estos estándares a su vez, pueden ser oficiales (declarados por los gobiernos, como ISO, AENOR, ITU,..) o extraoficiales (declarados por sus miembros, empresas, fabricantes, ... como ATM-Forum, Intenet Society). Principales organizaciones de estándares: ISO (igual en griego, International Organization for Standardization) ITU-T (International Telecommunication Union- Telecommunications Sector) La ISOC (Internet Society), el IAB (Internet Architecture Board) y el IETF (Internet Engineering Task Force), que utiliza RFC, ej RFC791 de IP, RFC793 de TCP,.. Otras organizaciones: el IEEE, el ANSI, etc.. (Estas son de EEUU.) El W3C (World Wide Web Consortium)

90 ISO: International Organization for Standardization
Las siglas provienen del griego isos: igual Formada en 1946 en Ginebra como organización voluntaria a partir de las asociaciones de normalización de 89 países. Entre sus miembros se encuentran AENOR (Asociación Española de Normalización y Certificación, España), ANSI (American National Estándar Institute, Estados Unidos), DIN (Deutsches Institut fuer Normung, Alemania), etc, de los cuales adopta y estudia estándares. Estandariza desde lenguajes de programación y protocolos hasta pasos de rosca, números ISBN, tamaños de papel, etc. Se organiza de forma jerárquica: Comités técnicos o TC (Technical Commitee) SubComités o SC Grupos de trabajo o WG (Working Groups). El TC97 trata de ordenadores y proceso de la información.

91 ISO: International Organization for Standardization
La creación de un estándar ISO pasa por varias fases: Fase 1: Un Grupo de Trabajo estudia una propuetsa y redacta un CD (Committee Draft) Fase 2: El CD se discute, se modifica y se vota; eventualmente se aprueba y se convierte en un DIS (Draft International Standard) Fase 3: El DIS es de nuevo discutido, modificado y votado en un ámbito más amplio; eventualmente se aprueba y se convierte en un IS (International Standard) A menudo ISO adopta estándares de otras organizaciones (ANSI, ITU-T, IEEE, etc.) Mas información en

92 Ejemplo de estándares ISO (en comunicaciones)
ISO 7498: el modelo OSI ISO 3309: HDLC (protocolo a nivel de enlace) ISO : el IEEE (Ethernet) adopción de IEEE ISO 9000: Estándares de control de calidad ISO 9314: FDDI (ANSI X3T9.5) adopción de ANSI ISO 10589: IS-IS ISO 11801: Normativa de Cableado Estructurado ISO 8473: CLNP: ConnectionLess Network Protocol (variante de IP hecha por ISO)

93 ITU-T: International Telecommunications Union – Sector Telecomunicaciones
Creada en 1934 y desde 1947 pertenece a la ONU. Redacta recomendaciones, pero no es obligado su cumplimiento. Ah! pero salirse de sus especificaciones es quedarse aislado del resto :-( ITU tiene tres sectores; el que nos interesa es el ITU-T conocido hasta 1993 como CCITT (Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique). Los otros dos son: -R de RadioComunicaciones y –D de desarrollo. Sus miembros son las administraciones de los países participantes; también son miembros sin voto las operadoras, fabricantes de equipos, organizaciones científicas, bancos, líneas aéreas, etc. Se organiza como ISO de forma jerárquica: los Study Groups se dividen en Working Parties, que a su vez se dividen en Expert Teams Organiza una conferencia mundial denominada Telecom en Ginebra cada cuatro años. Sus estándares afectan sobre todo a tecnologías y servicios de redes de área extensa (intereses de operadoras). Muchos estándares son adaptados directamente de otros organismos, por ejemplo de ANSI en SONET/SDH. Más información en

94 Algunos Estándares ITU-T
X.25: red pública de conmutación de paquetes X.400: sistema de mensajería de correo electrónico V.35: interfaz de nivel físico para líneas punto a punto V.90: Módems de 56/33,6 Kb/s H.323: videoconferencia en IP (ej.: Netmeeting) G.711: digitalización de la voz en telefonía G.957: interfaz óptica de equipos SDH G.DMT: ADSL

95 La ISOC (Internet Society)
En 1991 se creó la ISOC, asociación internacional para la promoción de la tecnología y servicios Internet. Cualquier persona física que lo desee puede asociarse a la ISOC. La ISOC está gobernada por un Consejo de Administración (Board of Trustees) cuyos miembros son elegidos por votación. El desarrollo técnico de Internet está gobernado por el IAB (Internet Architecture Board) cuyos miembros son nombrados por el Consejo de Administración de la ISOC. El IAB supervisa el trabajo de dos comités: IRTF (Internet Research Task Force): se concentra en estrategia y porblemas a largo plazo IETF (Internet Engineering Task Force): se ocupa de los problemas mas inmediatos. Más información en y

96 Organización del trabajo técnico en Internet
IAB IETF IRTF IESG IRSG . . . area 1 area n . . . . . . . . . Grupos de investigación Grupos de trabajo IAB: Internet Architecture Board IRTF: Internet Research Task Force IRSG: Internet Research Steering Group IETF: Internet Engineering Task Force IESG: Internet Engineering Steering Group

97 Los estándares Internet
Desde 1969 los documentos técnicos de Internet se han publicado en la red bajo el nombre de RFCs (Request For Comments). Actualmente hay más de Un RFC puede contener la especificación de un protocolo o ser un documento de carácter informativo o divulgativo Para que un protocolo se estandarice ha de estar publicado en un RFC, pero no todos los protocolos publicados en RFCs son estándares. Para que un protocolo sea un estándar Internet ha de pasar por varias fases: Proposed Standard: se considera de interés Draft Standard: hay alguna implementación operativa probada Internet Standard: es aprobado por el IAB La mayor parte de los estándares y la actividad técnica de Internet se realizan en el seno del IETF y sus grupos de trabajo.

98 Protocolo Experimental
Evolución de los RFCs Borrador de RFC Estándar Propuesto Protocolo Experimental Informativo Estándar Borrador Estándar Internet Histórico

99 Algunos ‘estándares’ Internet
Estándar Internet: RFC 791: IPv4 RFC 793: TCP RFC 826: ARP Estándar Borrador RFC 2131: DHCP RFC 2460: IPv6 Estándar Propuesto: RFC 2210: RSVP RFC 2401: IPSEC Protocolo Experimental: RFC 1459: IRC Histórico: RFC 904: EGP Informativo: RFC 1983: Internet User’s Glossary RFC 2475: Arquitectura DIFFSERV

100 Foros Industriales Son grupos de interés sobre una tecnología formados por fabricantes, operadores de telecomunicaciones, universidades, etc. Nacieron como ‘represalia’ a la lentitud de ITU-T e ISO en la aprobación de estándares internacionales (ej. RDSI) Suelen funcionar con fechas límite (‘deadline’) para la adopción de sus resoluciones. Algunos ejemplos: El ATM forum El Frame Relay forum El Gigabit Ethernet forum El ADSL forum (ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Loop) El IPv6 Forum

101 Otras organizaciones El IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) Asociación profesional de ámbito internacional Elabora los estándares 802.x que especifican la mayoría de las tecnologías LAN existentes Los estándares 802.x han sido adoptados por ISO como 8802.x El ANSI (American National Standards Institute) Es el miembro de EEUU en la ISO Muchos de los estándares ISO tienen su origen en un estándar ANSI Algunos estándares ANSI no son estándares ISO, lo cual los convierte en estándares internacionales de facto

102 Otras organizaciones El NIST (National Institute of Standars and Technologies) que define los estándares para la administración de EEUU El ETSI (European Telecommunication Estándar Insitute) que pertenece a la ITU-T y vela en Europa por la compatibilidad de sus miembros. La TIA (Telecommunication Industry Association) y EIA ( Electrical Industry Association) que son asociaciones americanas que agrupan a los fabricantes.