Introducción a la Telemática y a Internet

Introducción a la Telemática y a Internet
Master en Gestión de la Producción Audiovisual Rogelio Montañana 20 de noviembre 2001 20/11/2001

Sumario Introducción El nivel físico Breve historia de Internet
El nivel de red y sus protocolos 20/11/2001

Introducción Importancia y objetivos Definición de Telemática
Clasificación de las redes Modelos de descripción de las redes Algunos conceptos básicos Estándares. Organizaciones 20/11/2001

Importancia Cada vez existe más interacción entre la producción audiovisual e Internet. Ejemplo: fusión de America On Line (AOL) con Time Warner La producción de materiales audiovisuales tiende cada vez más a utilizar soportes digitales para su almacenamiento y a utilizar Internet y las redes telemáticas para su difusión y distribución Aunque tradicionalmente el audio y vídeo se han transmitido y almacenado de forma analógica, en los últimos años asistimos a una evolución hacia el formato digital de esta información, tanto en lo que se refiere a su almacenamiento como a su transmisión. Atendiendo de momento al caso del almacenamiento podemos destacar una serie de ventajas que han llevado al uso del formato digital como soporte de la información audiovisual, como por ejemplo: - Replicación de la información sin pérdida de calidad. Esto permite trasladar la información a nuevos soportes a medida que van apareciendo, o por obsolescencia de los anteriores, sin que se produzca ninguna alteración o degradación de la información. - Mayor calidad. Hoy en día es posible con el formato digital obtener una mayor calidad, por ejemplo en el caso del audio digital en disco compacto la calidad supera la capacidad del oído humano. En el caso del vídeo los formatos de mayor calidad son de tipo digital (D1, D2 y D3). - Más compacto. Por ejemplo el soporte DVD (Digital Versatile Disc) permite almacenar en un disco del tamaño de un CD una hora de vídeo con una calidad superior a los formatos de vídeo doméstico de alta calidad, como S-VHS o Hi-8. 20/11/2001

Las redes telemáticas como medio para distribuir información AV
Ventajas Rapidez Interactividad (requiere bidireccionalidad) Posibilidad de ofrecer servicios en tiempo real (video streaming o bajo demanda) Comunicación entre grupos (transmisión multicast) Inconvenientes Requerimientos elevados de recursos, especialmente para la difusión en tiempo real (en directo) Difícil competencia en calidad con medios tradicionales de radio y teledifusión (pero progresando rápidamente) El uso de redes telemáticas para transmitir información audiovisual tiene ventajas e inconvenientes. La prinicpal diferencia de las redes telemáticas respecto de las redes de difusión broadcast tradicionales estriba en que permiten la comunicación bidireccional, y por tanto la interacción, entre el emisor de la información y el (o los) receptores. Precisamente la principal ventaja del uso de este tipo de redes está en esta capacidad de interacción, que va a permitir ofrecer servicios ‘a la carta’, como por ejemplo vídeo bajo demanda. También se pueden ofrecer servicios de videoconferencia, donde la información audiovisual fluye de forma simétrica entre ambos interlocutores. Una tercera ventaja es la posibilidad de realizar emisiones a un grupo de interés, conocidas como emisiones multicast; esto permite un uso eficiente de la red ya que la información es recibida por todos los usuarios pero no se transmite mas que una vez por cada enlace. También es importante destacar los inconvenientes de las redes telemáticas para el envío de información audiovisual. El elevado requerimiento de recursos, y la necesidad de que la información llegue sin retardo apreciable (ya que a menudo se transmite en tiempo real) plantean un reto en las redes de datos tradicionales que en muchos casos es aun inabordable, especialmente si hablamos de vídeo de alta calidad. Por este motivo aún pasarán bastantes años (si es que ocurre algún día) antes de que pueda plantearse la completa sustitución de las redes de difusión tradicionales de radio y televisión por redes de datos como Internet. 20/11/2001

Objetivos de la sesión Introducir algunos de los aspectos básicos del funcionamiento de las redes telemáticas en general y de Internet en particular. Presentar una perspectiva del estado actual de las redes telemáticas, especialmente en los aspectos de interés para la transmisión de información audiovisual. Plantear los problemas y limitaciones principales de las redes telemáticas en relación con la información audiovisual. En la presente sesión nos ocuparemos de la problemática propia de la transmisión de audio y vídeo digital a través de redes telemáticas. Abarcaremos un conjunto amplio de aspectos técnicos de actualidad en el ámbito de las redes telemáticas (con especial énfasis en el caso de Internet) destacando los puntos que más relevancia pueden tener para los materiales de tipo audiovisual. También destacaremos los problemas y limitaciones que plantea el uso de redes telemáticas para la difusión de dichos materiales audiovisuales. , 20/11/2001

Telecomunicaciones Informática Telemática
Telemática: ciencia que utiliza las telecomunicaciones para potenciar las posibilidades y aplicaciones de la informática 20/11/2001

Leyes básicas de la informática y la telemática
Ley de Moore (fundador de Intel): El nivel de integración de los chips (y con él la potencia de los procesadores) se duplica cada 18 meses Ley de Metcalfe (inventor de Ethernet): La utilidad de una red de comunicaciones es proporcional al cuadrado del número de nodos que contiene 20/11/2001

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) Redes punto a punto 20/11/2001

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. 20/11/2001

Redes de área local o LAN (Local Area Network)
Características: Generalmente tipo broadcast (medio compartido) Cableado normalmente propiedad de la empresa Diseñadas para transporte de datos Ejemplos: Ethernet (IEEE 802.3): 1, 10, 100, 1000, Mb/s Token Ring (IEEE 802.5): 1, 4, 16, 100 Mb/s FDDI: 100 Mb/s HIPPI: 800, 1600, 6400 Mb/s Fibre Channel: 100, 200, 400, 800 Mb/s Redes inalámbricas por radio (IEEE ): 1, 2, 5.5, 11 Mb/s Topología en bus (Ethernet) o anillo (Token Ring, FDDI) 20/11/2001

Topologías LAN típicas
Ordenador (Host) Ordenador (Host) Cable Cable Bus (Ethernet) Anillo (Token Ring, FDDI) 20/11/2001

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 punto a punto temporales o permanentes, salvo las comunicaciones vía satélite que son broadcast. 20/11/2001

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 solo interese a unos pocos La información se envía solo al nodo al cual va dirigida Ejemplos LANs Redes de satélite Redes de TV por cable Enlaces dedicados Servicios de conmutación de paquetes (X.25, Frame Relay y ATM). LANs conmutadas 20/11/2001

Redes broadcast El medio de transmisión es compartido. Suelen ser redes locales. Ej.: Ethernet 10 Mb/s Los paquetes se envían a toda la red, aunque vayan dirigidos a un único destinatario. Posibles problemas de seguridad (encriptado) Se pueden crear redes planas, es decir redes en las que la comunicación entre dos ordenadores cualesquiera se haga de forma directa, sin routers intermedios. 20/11/2001

Redes de enlaces punto a punto (I)
La red esta formada por un conjunto de enlaces entre los nodos de dos en dos Es posible crear topologías complejas (anillo, malla,etc.) Generalmente la comunicación entre dos ordenadores cualesquiera se realiza a través de nodos intermedios que encaminan o conmutan los paquetes (conmutador o router). Un router o conmutador es un ordenador especializado en la conmutación de paquetes; generalmente utiliza un hardware y software diseñados a propósito 20/11/2001

Algunas topologías típicas de redes punto a punto
Estrella Anillo Árbol sin bucles (no mallado) Topología irregular (malla parcial) Malla completa Anillos interconectados 20/11/2001

Enlaces punto a punto (II)
Los enlaces punto a punto 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 La velocidad se especifica en bps, Kbps, Mbps, Gbps, Tbps, ... etc.: 1 Kbps = bps (no 1.024) 1 Mbps = bps (no 1.024*1.024) Los enlaces dúplex y semi-dúplex pueden ser simétricos (misma velocidad en ambos sentidos) o asimétricos. Normalmente son dúplex simétricos Ejemplo: la capacidad total máxima de un enlace de 64 Kbps son bits por segundo ( bits por segundo en cada sentido). 20/11/2001

Clasificación de redes
Redes LAN Redes WAN Redes broadcast Ethernet, Token Ring, FDDI Redes vía satélite, redes CATV Redes de enlaces punto a punto HIPPI, LANs conmutadas Líneas dedicadas, Frame Relay, ATM 20/11/2001

Escenario típico de una red completa (LAN-WAN)
Host Router WAN (red de enlaces punto a punto) LAN (red broadcast o LAN conmutada) 20/11/2001

Problema de la comunicación de ordenadores
La interconexión de ordenadores es un problema técnico de complejidad elevada. Requiere el funcionamiento correcto de ordenadores (hardware) y programas (software) desarrollados por diferentes equipos humanos Cuando las cosas no funcionan lo normal es echar la culpa al otro equipo La interoperabilidad no cumple la propiedad transitiva. 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 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. 20/11/2001

La solución La mejor forma de resolver un problema complejo es dividirlo en partes (divide y vencerás) 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, ISO: Organización Internacional de Estandarización). 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. 20/11/2001

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. 20/11/2001

Ejemplo de comunicación mediante el modelo de capas
virtual 4 Artista Artista 3 Traductor Traductor 2 Telegrafista Telegrafista Comunicación real 1 Telégrafo Telégrafo 20/11/2001 Moscú Valencia

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. Dos conceptos fundamentales en redes de comunicaciones son el de protocolo e interfaz. - El protocolo es el conjunto de reglas que rigen la comunicación horizontal, es decir entre capas iguales de diferentes entidades o nodos. - La interfaz es el conjunto de reglas que rigen la comunicación vertical, es decir la que tiene lugar con las capas vecinas de la misma entidad o nodo. Los protocolos han de pactarse en toda la red y ser respetados por todos sus miembros para que la comunicación sea posible. En cambio las interfaces son algo interno de cada entidad y sólo necesitan pactarse dentro de la misma. En una misma red cada nodo podría tener diferentes interfaces y la comunicación aún sería posible siempre y cuando se respeten los protocolos establecidos. 20/11/2001

Protocolos e Interfaces
Capa Pintura 4 Artista Artista Ruso Valenciano Inglés 3 Traductor Traductor Texto escrito Texto escrito Morse 2 Telegrafista Telegrafista Como es evidente en nuestro ejemplo si los artistas no coinciden en el tema de conversación difícilmente se entenderán. Análogamente los traductores han de acordar que lenguaje común utilizarán para comunicarse, y los telegrafistas el código a emplear. Todo esto son ejemplos de protocolos. Los artistas podrían decidir cambiar su tema de conversación a música, por ejemplo y en principio no tendrían por que informar de ello a los traductores. Por tanto el modelo de capas nos permite modificar el protocolo de una capa sin tener que realizar modificaciones en las demás. En la práctica a veces es necesario realizar pequeños reajustes en las demás capas. Por ejemplo en nuestro caso posiblemente conviniera avisar a los traductores para que tengan a mano un diccionario de términos musicales Por otro lado observamos que la comunicación artista-traductor es una interfaz. El artista holandés podría acordar con su traductor utilizar el francés como idioma de comunicación y este hecho solo tendría que ser conocido por ambos, no afectaría para nada la comunicación con el artista o el traductor rusos. Puede por tanto cambiarse la interfaz de manera modular, sin afectar al resto del sistema. Manipulador Manipulador Impulsos eléctricos 1 Telégrafo Telégrafo Moscú Valencia 20/11/2001

Capa N Servicios ofrecidos a la capa N+1 Comunicación con la entidad
homóloga mediante el protocolo de la capa N Comunicación real Los dos principios básicos que rigen el modelo de capas son los siguientes: - Cada capa mantiene un intercambio de información únicamente con su homóloga en el otro lado. - Para ello hace uso de los servicios de su capa inferior. Análogamente cada capa ofrece sus servicios a la capa superior. No está permitido por tanto en el modelo de capas que una capa hable con otra de diferente nivel (por ejemplo que el artista valenciano hable con el traductor de ruso). Tampoco está permitido que una capa intercambie información con otra que no esté inmediatamente encima o debajo de ella (por ejemplo que alguno de los artistas hable con el telegrafista directamente). En una arquitectura de red se especifica para cada capa el protocolo o protocolos característicos o estandarizados. Cuando está permitido más de uno es preciso que las entidades, en el momento de iniciar el diálogo, especifiquen cual van a utilizar. Por ejemplo en nuestro caso si los artistas pueden hablar de pintura o de música será preciso que cuando inicien la comunicación especifiquen claramente el tema de conversación para evitar malentendidos. No todas las entidades conectadas a la red están obligadas a soportar todos los protocolos posibles de cada una de las capas. Comunicación virtual (salvo si N=1) Servicios utilizados de la capa N-1 20/11/2001

Comunicación indirecta mediante el modelo de capas
Supongamos ahora que Moscú y Valencia no disponen de comunicación directa vía telégrafo, pero que la comunicación se realiza de forma indirecta por la ruta: Moscú – Copenhague: telégrafo por cable Copenhague – París: radiotelégrafo París – Valencia: telégrafo por cable 20/11/2001

Radiotelégrafo Telégrafo por cable Moscú Copenhague París Valencia
20/11/2001

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 20/11/2001

El Modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnect)
Fue definido entre 1977 y 1983 por la ISO (International Standards Organization) para promover la creación de estándares independientes de fabricante. Define 7 capas: Capa de Aplicación Capa Física Capa de Enlace Capa de Red Capa de Transporte Capa de Sesión Capa de Presentación 20/11/2001

Capa Física N=1 Transmite Los Datos Medio físico
Especificación de medios de transmisión mecánicos, eléctricos, funcionales y procedurales Medio físico N=1 20/11/2001

Provee el control de la capa física
Capa de Enlace Provee el control de la capa física Detecta y/o corrige Errores de transmisión Datos puros Driver (controlador) del dispositivo de comunicaciones N=2 20/11/2001

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 20/11/2001

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 N=4 20/11/2001

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 20/11/2001

Capa de Presentación N=6
Convierte los datos de la red al formato requerido por la aplicación Datos de capas bajas (independientes de la máquina) Datos de la aplicación (dependientes de la máquina) N=6 20/11/2001

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 20/11/2001

Modelo TCP/IP y modelo híbrido
Los protocolos TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocolo) 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) A menudo se sigue un modelo híbrido, 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. 20/11/2001

Comparación de modelo 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 20/11/2001

Protocolos y redes del modelo TCP/IP inicial
Capa Telnet Aplicación FTP DNS SMTP Protocolos TCP UDP Transporte IP Red Packet Radio Redes ARPANET SATNET LAN Host-Red 20/11/2001

Acceso a un servidor Web desde un cliente en una LAN Ethernet
Capa HTTP 5 Aplicación Aplicación Sockets Sockets TCP 4 Transporte Transporte IP 3 Red Red Winsock Winsock IEEE 802.3 2 Enlace Enlace IEEE 802.3 1 Física Física 20/11/2001 Cliente Servidor

Protocolos e información de control
Todo protocolo requiere el envío de mensajes o información de control adicional a los datos que ha de transmitir. Generalmente esto se hace añadiendo una cabecera (a veces también una cola) a los datos. La información de control reduce el caudal útil, supone un overhead. Cada capa añade su propia información de control. Cuantas mas capas tiene un modelo mas overhead se introduce. 20/11/2001

Envío de datos típico en el modelo TCP/IP
20 bytes Cabec.TCP Datos aplicación Segmento TCP 20 bytes Cabec.IP Segmento TCP Datagrama IP 14 bytes 4 bytes Cabecerade enlace Datagrama IP Cola de enlace Trama Ethernet 20/11/2001

Acceso a un servidor Web a través de una conexión remota
Capa HTTP 5 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 20/11/2001

Servicio orientado y no orientado a conexión
Servicio orientado a conexión (CONS, Connection Oriented Network Service): establece el canal de comunicación antes de enviar la información. Ejemplo: llamada telefónica. Servicio no orientado a conexión (CLNS, ConnectionLess Network Service): envía los datos directamente, sin preguntar antes. Si la comunicación no es posible los datos se perderán. Ejemplo: servicio postal o telegráfico 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. 20/11/2001

¿Conexión o No Conexión? Ese es el dilema
En el servicio orientado a Conexión (CONS): Se respeta el orden de los paquetes Se mantiene la misma ruta o camino para todos los paquetes Los paquetes no necesitan llevar la dirección de destino Si el canal se corta la comunicación se interrumpe En el servicio No orientado a Conexión (CLNS): No se respeta el orden Cada paquete ha de llevar la dirección de destino La ruta puede variar para cada paquete La red es más robusta, ya que si una ruta queda inservible se pueden usar otras 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). 20/11/2001

CONS vs CLNS Red CONS Red CLNS B A C B A C 20/11/2001 1.1 1.2 1.3 VC 1
2.3 2.3 2.2 2.1 2.2 Red CONS 2.1 C Cada paquete lleva el número del circuito virtual al que pertenece Todos los paquete que van por un mismo VC usan la misma ruta El orden se respeta B B.1 B.2 B.3 A B.3 B.2 B.1 Red CLNS C.2 C.1 C.3 C.2 C.1 C.3 C La ruta se elige de forma independiente para cada datagrama Cada datagrama lleva la dirección de destino El orden no siempre se respeta 20/11/2001

Servicios de red orientados y no orientados a conexión
Ejemplos de redes con servicios CONS: Red Telefónica conmutada (RTB, RDSI, GSM) ATM, X.25, Frame Relay Ejemplos de redes con servicios CLNS IP (Internet) 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. 20/11/2001

Estándares Al principio cada fabricante especificaba sus propios protocolos propietarios: IBM: SNA Digital: DECNET Apple: Appletalk Novell: IPX Gradualmente se tiende a utilizar protocolos estandarizados, independientes de fabricantes. Por ejemplo TCP/IP 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. 20/11/2001

Estándares Imprescindibles para asegurar la interoperabilidad
Pueden ser: De facto (de hecho), también llamados a veces estándares de la industria. Ej.: PC IBM o compatible, Microsoft Office De jure (por ley), aprobados por organizaciones de estandarización. Ej.: protocolos OSI, Internet, Ethernet, V.90 (modems), papel tamaño A4 Principales organizaciones de estándares: ISO (International Organization for Standardization) ITU-T (International Telecommunication Union- Telecommunications Sector) El IETF (Internet Engineering Task Force). Estándares Internet Otras organizaciones: el IEEE, el ANSI, etc. Las principales organizaciones involucradas en la especificación de protocolos de comunicaciones no propietarios son las siguientes: - ISO: formada por el conjunto de entidades de normalización de 89 países, tales como AENOR, ANSI, DIN, BSI, AFNOR, etc. Contrariamente a lo que mucha gente cree la denominación ISO no proviene del acrónimo de la organización, sino del prefijo griego isos, que significa igual. La ISO no sólo se ocupa de estandarizar protocolos de comunicaciones sino todo tipo de cuestiones: tamaños de papel, pasos de rosca, procedimientos de control de calidad, normas medioambientales, etc. - ITU-T. La ITU está formada en realidad por tres sectores, de los cuales nos interesa aquí especialmente el de las Telecomunicaciones o sector T. Hasta 1993 esta organización era conocida como CCITT, por lo que en muchos documentos aún aparece bajo este nombre. Fundada en 1865 es la organización más antigua involucrada en la estandarización de comunicaciones. Sus miembros son sobre todo operadores privados de telefonía y comunicaciones. Los estándares de la ITU-T se pueden identificar fácilmente, ya que su nombre siempre está formado por una letra seguida de un número separado por un punto. - IETF-IAB. Estas dos organizaciones, que pertenecen a la ISOC (Internet Society), son las encargadas de especificar (IETF) y aprobar (IAB) los protocolos de Internet, que se publican en documentos conocidos como RFCs (Request for Comments). 20/11/2001

ISO: International Organization for Standardization
Las siglas provienen del griego isos: igual Formada en 1946 como organización voluntaria agrupando las asociaciones de normalización de 89 países Entre sus miembros se encuentran AENOR (España), ANSI (Estados Unidos), DIN (Alemania), etc. Estandariza protocolos de comunicacones, lenguajes de programación, pasos de rosca, números ISBN, tamaños de papel, etc. El Technical Committee 97 de ISO se ocupa de informática; ha estandarizado muchos protocolos de comunicaciones, entre ellos el modelo OSI 20/11/2001

ITU-T: International Telecommunications Union – Sector Telecomunicaciones
Creada en 1934. ITU tiene tres sectores; el que nos interesa es el ITU-T, conocido hasta 1993 como CCITT (Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique) Sus miembros son las operadoras (compañías telefónicas). Organiza Telecom, una conferencia mundial que se celebra cada cuatro años en Ginebra. La última tuvo lugar en octubre de 1999. Sus estándares afectan sobre todo a tecnologías y servicios de redes de área extensa (intereses de operadoras). Ej.: V.90 (modems), H.323 (videoconferencia), etc. Más información en 20/11/2001

La ISOC (Internet Society)
Es una asociación internacional creada en 1991 para la promoción de la tecnología y servicios Internet. Cualquier persona física que lo desee puede asociarse a la ISOC. 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. La mayor parte de los estándares de Internet los especifica el IETF. Más información en y 20/11/2001

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 20/11/2001

¿Preguntas? 20/11/2001

Internet 20/11/2001

20/11/2001

Antecedentes de Internet: ARPANET
Creada en 1969 por la Advanced Research Projects Agency del DoD (Department of Defense) de EEUU. Objetivo: resistir un ataque militar Red de conmutación de paquetes no orientada a conexión (datagramas) Primera experiencia en septiembre de 1969 (cuatro nodos) Los routers, llamados IMP (Interface Message Processors) se conectaban con líneas telefónicas de 56 Kbps; a cada IMP se conectaba localmente un host. La red era mantenida por la empresa BBN (Bolt, Beranek & Newman). Intentos de extender los protocolos iniciales a redes de otro tipo (satélite, radio, etc.) demostraron que no eran adecuados. En 1974 Cerf y Kahn inventaron el modelo y protocolos TCP/IP. 20/11/2001

Diseño de la ARPANET original
Host (mainframe) Protocolo host a host Protocolo IMP origen a IMP destino Protocolo IMP a IMP IMP Red 20/11/2001

Evolución de ARPANET Sep. 1969 Dic. 1969 Jul. 1970 Mar. 1971 Abr. 1972
UCLA SRI UCSB UCLA SRI UTAH UCSB UCLA SRI UTAH RAND BBN SDC MIT UCSB UCLA SRI UTAH RAND BBN SDC MIT ILL. HARVARD LINCOLN CASE CARN BURROUGHS STAN. Sep. 1969 Dic. 1969 Jul. 1970 Mar. 1971 SRI LBL MCCLELLAN UTAH ILL. MIT CCA MCCELLAN AMES TIP BBN UTAH NCAR GWC LINCOLN CASE SRI AMES IMP HARVARD RADC X-PARC ABERDEEN LINC ILL. STANFORD AMES LINC CARN NBS USC ETAC RAND MIT MITRE RADC FNWC TINKER UCSB ARPA STAN. SDC ETAC UCSB MITRE SAAC UCSD UCLA RAND TINKER BBN HARVARD NBS BELVOIR CMU Abr. 1972 UCLA SDC USC NOAA GWC CASE Sept. 1972 20/11/2001

ARPANET, NSFNET e Internet
La versatilidad de TCP/IP para interconectar LANs y WANs, y su distribución gratuita provocaron un enorme crecimiento de ARPANET Pero ARPANET estaba restringida a centros con proyectos militares. En 1984 la NSF (National Science Foundation) creó la NSFNET abierta a todas las universidades, que se interconectó con ARPANET. Gradualmente se fueron conectando a NSFNET redes regionales y de otros países, creando la Internet En 1990 ARPANET (la red financiada por ARPA) desapareció y NSFNET pasó a la empresa ANS (Advanced Networks and Services). ANSNET fue vendida en 1995 a America Online (que en 2000 se fusionó con Time Warner) En 1996 un conjunto de universidades americanas puso en marcha una nueva Internet llamada Internet 2; esta se apoya en dos redes: vBNS y Abilene 20/11/2001

El ‘backbone’ de la Internet en 1988
Enlaces de 1,5 Mb/s 20/11/2001

El ‘backbone’ de la Internet en 2001
Enlaces de 2,5 Gb/s El ‘backbone’ de la Internet en 2001 20/11/2001

Red europea de un proveedor IP (ISP) comercial
20/11/2001

Red I+D europea 20/11/2001

Ejemplos de redes: RedIRIS
Red nacional de I+D iniciada en 1988 bajo el patrocinio del PNID (Plan Nacional de Investigación y Desarrollo) Topología de red en estrella centrada en Madrid Un enlace por cada comunidad autónoma Enlaces con capacidades de hasta 155 Mb/s En 1er trimestre de 2002 algunos pasarán a 622 ó 2,5 Gb/s Tres conexiones al exterior: Europa (GEANT) Espanix Internet comercial en España) EEUU y resto del mundo 20/11/2001

Enlaces troncales de RedIRIS
20/11/2001

RedIRIS en la Comunidad Valenciana
20/11/2001

Identificación de los nodos en Internet: direcciones
Cada nodo (ordenador o router) tiene una dirección de 4 bytes (32 bits). La dirección se expresa en formato decimal con cuatro bytes separados por puntos Una parte de la dirección indica la red y otra el host (ordenador). Ej.: La división Red-Host no siempre está en el centro, puede variar Red Host 20/11/2001

Identificación de los nodos en Internet: nombres
Las personas recuerdan mejor nombres que números. Las direcciones pueden cambiar cuando un ordenador cambia de ubicación Para evitar esto hay un sistema de traducción de nombres a direcciones, el DNS (Domain Name Service). Ej.: Nombre Dirección miro.uv.es ww.rtve.es , , ... 20/11/2001

Estadísticas de tráfico enlaces troncales RedIRIS
Entrada (MV) Salida (VM) Madrid-Valencia Madrid-Cataluña Madrid-Extremadura 20/11/2001

Tráfico Enlace Madrid-Valencia
Diario Semanal Mensual 20/11/2001

Enlaces exteriores RedIRIS
Europa-RedIRIS Europa (TEN-155) RedIRIS-Europa Espanix (punto neutro) Enlace saturado Estados Unidos y Resto del mundo 20/11/2001

La Capa Física 20/11/2001

Nivel Físico: Sumario Función
Concepto de velocidad, capacidad, ancho de banda y caudal Medios físicos principales: fibra, cobre e inalámbrico. Tecnologías y servicios de transmisión de datos en redes WAN 20/11/2001

El nivel físico Se ocupa de transmitir los bits
Especifica conectores, cables, voltajes y velocidades La velocidad o capacidad se mide en Kb/s, Mb/s, etc.(1 Kb/s = 1000 bits/s, 1 Mb/s = bits/s). El término ‘ancho de banda’ se usa a menudo como sinónimo de velocidad Caudal es la cantidad de tráfico real que pasa por una línea. El nivel físico es el primero en todos los modelos de redes Su misión es ofrecer un servicio de transporte de bits. Este servicio puede o no ser fiable, es decir los bits pueden perderse o llegar alterados. Los niveles superiores han de tomar las precauciones adecuadas si lo consideran necesario. El nivel físico se ocupa de especificar los tipos de conectores utilizados, las señales que se envían por cada contacto y sus voltajes, los cables que se deben utilizar y las longitudes máximas. También se especifica la velocidad o velocidades que se pueden utilizar en cada caso. La velocidad, que mas correctamente deberíamos llamar capacidad, indica la cantidad de información por segundo que se puede transmitir por un enlace o interfaz determinados. Se especifica normalmente en Kb/s, Mb/s, etc. (1 Kb/s = 1 Kilobit/s = 1000 bits/s). Observemos que en telemática se habla en bits, no en bytes, y los prefijos Kilo, Mega, etc. se interpretan en su sentido métrico (103, 106, etc.) no en el sentido informático (210 =1024, 220, etc.). Cuando se utiliza un canal analógico para transmitir información digital la capacidad es proporcional al ancho de banda del canal. Por esta razón a menudo se utiliza el término ancho de banda como sinónimo de capacidad, aunque estrictamente hablando este término solo debería utilizarse cuando la transmisión es analógica. Por último el término caudal se utiliza para indicar la cantidad de tráfico que realmente discurre por un enlace, circuito, etc. 20/11/2001

Medios de transmisión ‘guiados’ (por cable)
Fibra óptica Gran capacidad (hasta 1 Tb/s) Gran fiabilidad (menos de 1 error en 1012) Atenuación muy baja (7% de pérdida en 1 Km) Gran alcance (hasta 160 Km sin regenerar) Cable de cobre Menor costo (cables e interfaces) Sensible a interferencia electromagnética Más errores (menos de 1 error en ) Atenuación alta (hasta 98% de pérdida en 100 m) Corto alcance Veremos ahora algunos de los medios de transmisión mas habituales. La fibra óptica es actualmente el medio por excelencia cuando se quiere cubrir grandes distancias y/o grandes capacidades. Sus características lo hacen especialmente adecuado y rentable en estas situaciones. Recientemente se han realizado experiencias en las que se transmiten hasta 3,2 Tb/s (1 Tb = 1012 bits) por una sola fibra óptica. Esta capacidad permitiría por ejemplo que todos los españoles mantuvieran simultáneamente una videoconferencia, o bien ofrecer a todos los habitantes de la ciudad de Valencia acceso simultáneo a un servicio de vídeo bajo demanda con calidad broadcast. Por su parte el cobre tiene como principal característica el bajo costo de instalación e interfaces. Aunque su capacidad y alcance son menores que la fibra, resulta adecuado cuando se pretende cubrir distancias cortas y la capacidad no es muy elevada. Según la aplicación el cable puede ser coaxial o de pares trenzados. La tasa de error es apreciablemente menor en fibra que en cobre. Además la fibra no se ve afectada por la interferencia electromagnética. La mayoría de las redes LAN y WAN utilizan un cableado híbrido, con fibra óptica en los enlaces principales de la red (el denominado ‘backbone’) y cable de cobre en la red de acceso. 20/11/2001

Medios de transmisión ‘no guiados’ (por el aire)
Enlaces fijos (microondas, satélite, infrarrojos) Gran capacidad y fiabilidad Costo menor que las redes de cable Conexiones móviles de largo alcance (GSM, GPRS) Baja/muy baja capacidad y baja fiabilidad Costo elevado Conexiones móviles de corto alcance (LANs inalámbricas) Alta capacidad a bajo costo, pero alcance limitado La transmisión inalámbrica se utiliza en dos entornos muy diferentes. Por un lado tenemos los enlaces inalámbricos fijos, es decir en los que el emisor y el receptor están quietos. Este es el caso de los enlaces terrestres de microondas o los enlaces vía satélite. En estos casos la transmisión tiene una capacidad y fiabilidad comparable a los cables de cobre y algo menor que la de las fibras ópticas, pero el costo es menor (se estima que una red de radioenlaces de microondas tiene un costo cinco veces menor que la misma red basada en cables de cobre o fibra). Por otro lado tenemos los enlaces con equipos móviles, como la telefonía GSM. En estos casos el medio de transmisión tiene una fiabilidad y una capacidad muy bajas, lo cual lo hace inapropiado para la transmisión de información audiovisual (que tiene unos requerimientos elevados de capacidad). A pesar de los avances que se están produciendo y se producirán en este campo es de esperar que las limitaciones actuales perduren durante al menos cinco años. 20/11/2001

Transmisión de datos por medios ‘clásicos’
Líneas telefónicas dedicadas (conexión permanente) Capacidad: de 64 Kb/s a 34 Mb/s Para conexiones de alta utilización y/o capacidad Conexiones RTC por módem (analógicas) Velocidades hasta 56/33,6 Kb/s (asimétrica) Para conexiones esporádicas RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) 64 Kb/s por canal. Posibilidad de agregar canales (n x 64). Dos tipos de conexión: básica (2 canales, 128 Kb/s) y primaria (30 canales, 1920 Kb/s). Pasamos a comentar a continuación los medios de transmisión mas habituales en redes WAN. En primer lugar tenemos la posibilidad de contratar una línea dedicada (también llamada línea punto a punto) entre los dos extremos a conectar. La conexión puede hacerse con diversas capacidades dentro de la gama habitual, que va de 64 Kb/s a 34 Mb/s. La capacidad está disponible con carácter permanente, por lo que este tipo de conexiones suele ser interesante cuando se prevé una gran utilización a lo largo del día, o cuando la capacidad requerida no está disponible por otros medios. En segundo lugar mencionaremos la posibilidad de utilizar la red telefónica conmutada, es decir una línea analógica normal y conectar mediante un módem. La conexión puede hacerse hasta a 33,6 Kb/s, o a 56/33,6 Kb/s en algunos casos (la conexión de 56 Kb/s es asimétrica, es decir 56 Kb/s en un sentido y 33,6 Kb/s en el sentido opuesto). Incluso en este último caso la capacidad resulta inadecuada para transmitir información audiovisual en tiempo real. En RDSI la información fluye de forma digital desde el origen al destino. Esto permite una mayor calidad y velocidad en la comunicación. Un canal RDSI ofrece 64 Kb/s simétricos y se pueden agregar varios canales, con lo que es posible disponer de capacidades superiores en múltiplos de 64 Kb/s en función de las necesidades. La conexión denominada básica ofrece dos canales, por lo que permite llegar a una capacidad total de 128 Kb/s. Para capacidades superiores se puede contratar varias conexiones básicas o una primaria, que ofrece 30 canales con una capacidad total de 30 x 64 = 1920 Kb/s. 20/11/2001

Acceso a Internet con línea telefónica
Domicilio del abonado Internet 33,6/56 Kb/s (analógico) 64 Kb/s (RDSI) Teléfonos analógicos o digitales Red telefónica Para reducir la interferencia entre las señales de alta frecuencia de ADSL y las de baja frecuencia del servicio telefónico, cuando se instala una línea ADSL se pone en el acceso a la vivienda un separador de frecuencias. Este separador (también llamado ‘splitter’ de su nombre en inglés) está formado por un filtro de altas frecuencias al que se conecta el teléfono y uno de bajas frecuencias al cual se conecta el módem ADSL. Con la misma finalidad que en la vivienda, en la central telefónica también se coloca un divisor de frecuencias al bucle de abonado. La salida de baja frecuencia se conecta al conmutador telefónico tradicional y la de alta frecuencia al DSLAM (DSL Access Multiplexor) que es el dispositivo que contiene los módems ADSL de los usuarios. El módem ADSL se denomina también ATU-R (ADSL Transmission Unit- Remote). EL DSLAM se llama también ATU-L (ADSL Transmission Unit-Local). Las conexiones ADSL son siempre punto a punto, no hay medio compartido; por tanto el DSLAM ha de contener un módem ADSL por cada usuario conectado al servicio. POP del ISP Módem o Adaptador RDSI Ordenador POP: Point Of Presence ISP: Internet Service Provider 20/11/2001

Nuevas técnicas de transmisión de datos
Acceso residencial de banda ancha Redes CATV (Televisión por cable) ADSL (xDSL) LMDS Satélite 20/11/2001

Fuente: http://www.pioneerconsulting.com/globalbroadband/index.html
La presente gráfica muestra la evolución prevista de las diversas tecnologías dentro del mercado RBB. En el estudio de referencia se comparan las cuatro alternativas principales, que son xDSL (fundamentalmente ADSL), las redes de TV por cable, las comunicaciones vía satélite y la transmisión por microondas de superficie LMDS. Según el estudio los cable módems superarán en usuarios al xDSL, empezando a implantarse ambos servicios en el año Por su parte los servicios vía satélite empezarán algo más tarde, hacia el , pero tendrán un crecimiento superior hasta el punto de superar en número de usuarios al xDSL hacia el LMDS, que empezará también en el , tendrá un crecimiento menor quedando como una alternativa minoritaria dentro de las opciones RBB. Fuente: 20/11/2001

Redes CATV (TV por cable)
Las redes CATV (Community Antenna TeleVision) nacieron para resolver problemas de recepción en zonas de mala cobertura. Antena (centro emisor) en sitio elevado con buena recepción. Señal a los usuarios hacia abajo ‘downstream’. Cable coaxial Amplificadores cada 0,5-1,0 Km. Hasta 50 en cascada. Señal solo descendente. Amplificadores impedían transmisión ascendente. Las redes CATV aparecieron en los Estados Unidos en 1949 para resolver las malas condiciones de recepción de la señal de televisión que se daban en ciudades o barrios por orografía u otras razones. La solución consistía en instalar una antena en un sitio elevado con buenas condiciones de recepción, y desde allí distribuir la señal mediante cable coaxial a los usuarios. El hecho de que la antena se colocara en un lugar elevado dio lugar a la denominación ‘downstream’ o ‘hacia abajo’ que se utiliza para describir la comunicación en el sentido del centro emisor hacia el usuario. Se utiliza cable coaxial de 75  como el de antena de televisión pero con mas apantallamiento, que le confiere la menor atenuación necesaria para cubrir grandes distancias. Para regenerar la señal se colocan amplificadores cada 0,5 – 1,0 Km. La distancia entre amplificadores es función de la cantidad de usuarios en cada tramo (a mas usuarios menor distancia) y de la frecuencia máxima que utilizara la red (a mayor frecuencia máxima menor distancia). Esta frecuencia máxima era de MHz. Las redes CATV antiguas eran unidireccionales. No se contemplaba la necesidad de utilizarlas en sentido ‘ascendente’, por lo que los amplificadores se diseñaban con la única función de amplificar la señal hacia abajo y actuaban como verdaderas válvulas que impedían cualquier propagación de señales en sentido ascendente. 20/11/2001

Hasta 50 amplificadores en cascada
Arquitectura típica de una red CATV coaxial tradicional Unidireccional Hasta 50 amplificadores en cascada Amplificador unidireccional Empalme CABECERA Moduladores y Conversores Receptores y Decodificadores Aquí tenemos un ejemplo de red CATV ‘clásica’ unidireccional que utiliza cable coaxial únicamente. El centro emisor, o cabecera de la red, puede tener una antena de superficie para captar la programación normal, varios receptores de canales vía satélite y una serie de canales de programación propia. Todas estas señales se distribuyen a los abonados a través de la red de cable coaxial, que puede abarcar muchos miles de usuarios. Debido a la necesidad de colocar amplificadores en las redes CATV coaxial la señal podía tener que atravesar hasta 50 amplificadores para llegar a algunos usuarios. Cada amplificador degradaba la señal un poco, y la probabilidad de averías aumentaba al haber tantos elementos en serie. Desde el punto de vista del mantenimiento la red era muy compleja. Contenidos locales Cable Coaxial (75 ) Muchos miles de viviendas 20/11/2001

Redes CATV bidireccionales
Muchos amplificadores en cascada degrada la señal, complica y encarece el mantenimiento. Solución: redes HFC (Hybrid Fiber Coax): Dividir la red en zonas independientes de viviendas Enviar la señal a cada zona por f.o., distribución en coaxial. Máximo 5 amplificadores en cascada (solo en el coaxial) Además se instalan amplificadores para tráfico ascendente Red bidireccional: monitorización, pago por visión, interactividad y datos (Internet) En España casi todas las redes CATV son HFC bidirecc. Para resolver los problemas de gestión y mantenimiento de las redes CATV coaxiales a finales de los años 80 empezaron a aparecer redes CATV con la arquitectura denominada HFC (Hibrid Fiber Coax). Esta consiste en dos niveles jerárquicos, el principal formado por un tendido de fibra óptica con topología de estrella que distribuye la señal desde el centro emisor hasta cada zona de la ciudad. En cada zona hay un nodo (normalmente un armario ubicado en la acera) que se encarga de convertir la señal óptica en eléctrica para su distribución final en cable coaxial a los abonados. Cada zona abarca de 500 a 2000 viviendas. Debido a la menor distancia a cubrir el número de amplificadores máximo es de 5 (en muchas redes nunca hay más de 2 ó 3), con la consiguiente mejora en calidad de la señal y sencillez de mantenimiento. Un elemento crucial en la implantación de redes HFC fue la posibilidad de enviar la señal analógica de televisión por fibra óptica sin necesidad de convertirla en digital. Las redes HFC también facilitaron la utilización de la red para tráfico ascendente. Esto permitía labores de monitorización y servicios tales como el pago por visión. Dado que la señal de televisión utiliza el rango de frecuencias altas ( MHz) para el sentido descendente, se utilizan frecuencias por debajo de 50 MHz para el ascendente. Se colocan amplificadores en sentido ascendente para el rango de bajas frecuencias, que no interfieren en la propagación de la señal descendente. En España, dado que la mayoría de las redes CATV son de reciente creación, casi todas son del tipo HFC. 20/11/2001

Arquitectura HFC (Híbrida Fibra-Coax.)
Nodo fibra Nodo fibra Nodo fibra 8 MHz Cab. local TV1 C9 TV3 Cabecera Regional Cab. local Nodo fibra Nodo fibra Cab. local Nodo fibra COAX Empalme Nodo fibra Nodo fibra Nodo fibra Conexión Set-top box-TV Cable módem - ordenador 20/11/2001

Arquitectura típica de una red CATV HFC
Bidireccional 3-5 amplificadores máx. Amplificador bidireccional Empalme Cable módem Cabecera regional Internet Nodo de fibra ( viviendas) Cabecera local Receptor y Modulador Aquí tenemos un ejemplo de red CATV ‘clásica’ unidireccional que utiliza cable coaxial únicamente. El centro emisor, o cabecera de la red, puede tener una antena de superficie para captar la programación normal, varios receptores de canales vía satélite y una serie de canales de programación propia. Todas estas señales se distribuyen a los abonados a través de la red de cable coaxial, que puede abarcar muchos miles de usuarios. Debido a la necesidad de colocar amplificadores en las redes CATV coaxial la señal podía tener que atravesar hasta 50 amplificadores para llegar a algunos usuarios. Cada amplificador degradaba la señal un poco, y la probabilidad de averías aumentaba al haber tantos elementos en serie. Desde el punto de vista del mantenimiento la red era muy compleja. Anillo de fibra (TV y datos viajan por separado) Conversor fibra-coaxial viviendas Fibra (monomodo) Cable Coaxial (75 ) 20/11/2001 Ethernet (10BASE-T)

Transmisión de datos en CATV
Sentido descendente (ida): datos modulados en portadora analógica de un canal de televisión Sentido ascendente: se configuran canales en la zona de bajas frecuencias, no utilizada por la TV En datos cada zona es independiente. Los canales (desc. y asc.) son compartidos por los usuarios de cada zona, como si fuera una LAN. Cuando se utiliza una red CATV para transmitir datos se reserva un canal de televisión para el sentido descendente. Según se utilice la norma americana (NTSC) o europea (PAL o SECAM) el canal tendrá una anchura de 6 u 8 MHz, respectivamente. Para el retorno en las redes CATV coaxiales puras se emplea una conexión telefónica (módem analógico o RDSI) ya que la comunicación en sentido ascendente a través de la red CATV es imposible. En las redes CATV HFC se utiliza para el sentido ascendente el rango de frecuencias bajas en el que los amplificadores actúan en sentido inverso. En este rango se pueden definir canales de diversas anchuras entre 0,2 y 3,2 MHz. 20/11/2001

Organización de los canales en redes CATV
Canales para datos (descendente) Servicios de datos (acceso Internet) Canales para televisión digital Frecuencia Servicios de TV Canales para televisión analógica Canales para datos (ascendente) 20/11/2001

Redes de televisión por cable
Aprovechan un canal de TV (6 MHz en América, 8 MHz en Europa) para enviar los datos en sentido descendente (centro emisor  usuario). La red se organiza en zonas que se atienden de forma independiente. Capacidad descendente: Mb/s por canal y zona Capacidad ascendente: 2-3 Mb/s por canal y zona. Frecuencias bajas (20-42 MHz) La transmisión de datos en redes de televisión por cable (CATV, Community Antenna Television) se realiza reservando un canal de televisión para los datos. La información viaja por la red de forma analógica, por lo que es necesario disponer de un módem (denominado cable módem) para acceder a la información que transporta dicho canal. En el sistema NTSC un canal tiene una anchura de 6 MHz, lo cual permite transmitir de 30 a 40 Mb/s según el esquema de codificación utilizado. Dado el carácter unidireccional de las redes de televisión por cable este caudal está disponible en sentido descendente únicamente. Además, debido a que la red es broadcast esta capacidad es compartida por todos los usuarios. El rango de frecuencias es de 54 a 750 MHz aproximadamente, lo cual equivale a 116 canales NTSC, con una capacidad máxima de 3,5 a 4,6 Gb/s. Normalmente se reserva únicamente un canal para datos y el resto se emplea para la programación de televisión. Para la comunicación en sentido ascendente se emplea la banda de frecuencias 5-42 MHz no utilizada normalmente en las redes de televisión por cable. Este rango tiene un mayor ruido de fondo y está mas afectado por todo tipo de interferencias, por lo que permite transmitir menos datos. El canal de retorno es normalmente de 2-3 Mb/s (también compartidos), por lo que la comunicación es asimétrica. Normalmente, para evitar que un número elevado de usuarios compartan un mismo canal descendente y ascendente, se divide la red en zonas que se tratan como redes independientes. De esta forma solo los abonados de una zona (típicamente de 500 a 2000 usuarios) comparten el canal. 20/11/2001

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop)
Compite con las redes de televisión por cable Transmisión analógica (modems) a pesar del nombre Aprovecha el par de cobre telefónico tradicional Compatible con el teléfono analógico y con RDSI Capacidad 1,5-6 Mb/s en descendente y Kb/s ascendente. Depende de la distancia Requiere infraestructura próxima al abonado (distancia abonado-central menor de 5,5 Km) ADSL nació como la alternativa de las compañías telefónicas a las redes de televisión por cable. En ADSL se aprovechan al máximo las posibilidades del par de cobre de la telefonía tradicional. Se trata de una técnica de transmisión analógica que puede coexistir con el teléfono tradicional. En función de la distancia a cubrir la capacidad de ADSL es de 1,5 a 6 Mb/s en sentido descendente (del proveedor al usuario) y de 64 a 640 Kb/s en sentido ascendente. Los valores máximos se obtienen a una distancia de unos 3 Km, mientras que los mínimos se dan a 6 Km que es la distancia máxima a la que se puede utilizar ADSL. Por tanto una limitación en el desarrollo de ADSL es que se necesita una buena cobertura geográfica ya que es necesaria la proximidad física de los equipos al abonado. Para conseguir una capacidad elevada ADSL emplea una banda de frecuencias muy ancha, de 30 a 1100 KHz. En un rango tan amplio las prestaciones del cable de cobre (por ejemplo atenuación de la señal) varían mucho, por lo que para aprovechar lo mejor posible las posibilidades de cada gama de frecuencias el rango se divide en 255 canales de 4,3 KHz de ancho cada uno. De estos canales se asignan unos 25 al sentido ascendente y el resto al descendente. Por tanto la asimetría en ADSL no es consecuencia de las características del medio físico sino que es parte del diseño. 20/11/2001

Espectro de ADSL Teléfono analógico Canal Ascendente Canal Descendente
Amplitud Frec. 4 kHz 30 kHz kHz 1.104 kHz Bin 7 32 37 255 20/11/2001

Configuración de una conexión ADSL
Central Telefónica Domicilio del abonado Teléfonos analógicos Red telefónica Switch telefónico Bajas Frecuencias Splitter Splitter Bucle de Abonado (5,5 Km máx.) Para reducir la interferencia entre las señales de alta frecuencia de ADSL y las de baja frecuencia del servicio telefónico, cuando se instala una línea ADSL se pone en el acceso a la vivienda un separador de frecuencias. Este separador (también llamado ‘splitter’ de su nombre en inglés) está formado por un filtro de altas frecuencias al que se conecta el teléfono y uno de bajas frecuencias al cual se conecta el módem ADSL. Con la misma finalidad que en la vivienda, en la central telefónica también se coloca un divisor de frecuencias al bucle de abonado. La salida de baja frecuencia se conecta al conmutador telefónico tradicional y la de alta frecuencia al DSLAM (DSL Access Multiplexor) que es el dispositivo que contiene los módems ADSL de los usuarios. El módem ADSL se denomina también ATU-R (ADSL Transmission Unit- Remote). EL DSLAM se llama también ATU-L (ADSL Transmission Unit-Local). Las conexiones ADSL son siempre punto a punto, no hay medio compartido; por tanto el DSLAM ha de contener un módem ADSL por cada usuario conectado al servicio. Internet Modem ADSL (ATU-R) Ordenador Altas Frecuencias DSLAM (ATU-C) 20/11/2001

Red típica de una Compañía Telefónica
Cabecera Cable TV Comp B Comp A Inalámbrico POTS RDSI Cable Frame ATM FUNI D/C ISP1 ISP2 IDSL/SDSL ADSL VDSL/ATM DSM Backbone SONET/ATM Switch En la red un gran operador como la que vemos en la figura nos podemos encontrar con una mezcla de todas las tecnologías que hemos mencionado, y algunas mas. En muchos casos el elemento común que permite el uso de todas ellas de forma transparente es el protocolo de red de la Internet, IP. 20/11/2001

La Capa de Red ¿Por donde debo ir a w.x.y.z? Routers 20/11/2001

El Nivel de Red Funciones principales Routing Congestión.
Calidad de Servicio. Protocolo IPv6 Multicast 20/11/2001

Funciones del nivel de red
Encaminar los paquetes hacia su destino por la ruta óptima Evitar las situaciones de congestión, y en su caso adoptar medidas para resolverlas. La principal función del nivel de red es encaminar o ‘enrutar’ los paquetes hacia su destino. Los nodos de la red que se ocupan de desarrollar esta labor se conocen como enrutadores o routers. Los routers deciden la ruta que consideran óptima en base a la información que poseen y a los criterios establecidos (la ruta óptima puede ser diferente según se quiera máximo rendimiento, máxima seguridad, mínimo retardo, etc.). En redes CONS la ruta se decide en el momento de establecer el circuito, es decir de realizar la llamada, y queda fijada para el resto de la conexión. Si algún elemento de la ruta elegida queda fuera de servicio la comunicación se interrumpe entretanto no se realice una nueva llamada. En redes CLNS la ruta se elige para cada paquete, y puede ser diferente en función de factores externos. Por ejemplo si un enlace queda fuera de servicio los routers utilizarán una ruta alternativa (si la hay) para los paquetes restantes. Otra función importante del nivel de red es evitar en lo posible que se produzcan situaciones de congestión, y adoptar medidas para resolverlas si a pesar de todo ocurren. 20/11/2001

Routing: Principio de optimalidad
Si Valencia está en la ruta óptima de Murcia a Barcelona, entonces el camino óptimo de Valencia a Barcelona está incluido en la ruta óptima de Murcia a Barcelona Corolario: Todas las rutas óptimas para llegar a Barcelona desde cualquier sitio forman un árbol sin bucles con raíz en Barcelona. 20/11/2001

Principio de optimalidad
Barcelona Bilbao Murcia Valladolid Madrid Valencia Zaragoza Badajoz La Coruña Sevilla La Coruña Bilbao Valladolid Zaragoza Barcelona Madrid Valencia Badajoz Murcia Sevilla Rutas óptimas hacia Barcelona La red de autopistas españolas 20/11/2001

Concepto de ruta óptima en viajes por carretera
Para elegir la ruta óptima se pueden aplicar diversos criterios, por ejemplo: La que minimice la distancia La que minimice el tiempo La que minimice el consumo de gasolina La que minimice el costo (p. Ej. evitar peajes) La que minimice el cansancio (preferible autopistas, pocas curvas, cambios de carretera, etc.) Una determinada combinación de todos los anteriores con diversos pesos según los gustos del usuario La ruta óptima puede variar en función del criterio elegido. Ver por ejemplo 20/11/2001

Concepto de ruta óptima en telemática
Los criterios que se aplican suelen ser: Minimizar el número de routers (saltos) por lo que se pasa Maximizar el caudal (ancho de banda) de los enlaces por los que se pasa Minimizar el nivel de ocupación o saturación de los enlaces que se atraviesan Minimizar el retardo de los enlaces Maximizar la fiabilidad de los enlaces (minimizar la tasa de errores) Una determinada combinación de todos los anteriores con diversos pesos según los gustos del usuario 20/11/2001

Algoritmos de routing Pueden ser: Estáticos: Dinámicos:
Toman decisiones en base a información recopilada con anterioridad Una vez elegida una ruta no se cambia Dinámicos: Deciden en base a información recabada en tiempo real Pueden reaccionar con rapidez a situaciones nuevas (caída de enlaces, saturación, etc.) La ruta puede cambiar constantemente Requieren un protocolo de routing para recoger la información Salvo en redes muy simples o en zonas periféricas se suele utilizar routing dinámico. 20/11/2001

Encaminamiento dinámico
Los routers no disponen cuando arrancan de un ‘mapa de carreteras’; se lo han de construir sobre la marcha y mantener actualizado Esto requiere recabar información en tiempo real sobre los enlaces que tienen y sus distancias a otros routers. Para ello se utilizan los protocolos de routing Se pueden utilizar dos algoritmos: Vector distancia (o Bellman-Ford) Estado del enlace (o Dijkstra) En ambos casos el cálculo de las rutas óptimas se realiza de forma distribuida en toda la red. 20/11/2001

Algoritmo del vector distancia (o de Bellman-Ford)
Cada router cuando se enciende conoce: Su ‘nombre’ o identificador Sus interfaces La ‘distancia’ hasta el siguiente router en cada interfaz El router transmite esta información a sus vecinos, que a su vez hacen lo propio. Con la información recibida el router calcula su distancia a los vecinos de sus vecinos. De eta forma al cabo de varias iteraciones conoce a todos los routers de la red. El router intercambia regularmente con sus vecinos información sobre su distancia a todos los routers de la red 20/11/2001

    I A Métrica 3 Métrica 2 D Métrica 2 Métrica 7 J C
Router Destino: A B C D E F G H I J K Vector recibido por  (+3): 12 3 15 5 6 18 7 Vector recibido por  (+2): 5 8 3 2 10 7 4 20 15 Vector recibido por  (+2): 5 3 2 19 9 22 4 7 Vector recibido por  (+7): 6 2 7 8 5 12 11 3 Métricas calculadas: 2 6 5 12 8 19 3 9 Interfaz de salida:     20/11/2001

Congestión Se produce cuando a un nodo de la red llega más tráfico que el que sale (normalmente porque algún enlace saliente está saturado). Similar al problema del tráfico en horas punta o la caja del supermercado el sábado por la tarde La solución es aumentar la capacidad del enlace saturado, o reducir el tráfico en los de entrada. Es el principal problema de Internet actualmente. Análogamente a lo que ocurre con el tráfico automovilístico, cuando llega a un nodo de la red mas tráfico (mas bits) que los que salen se produce una congestión. Normalmente esto ocurre porque el enlace (o enlaces) de salida se encuentra saturado. Una posible solución al problema es aumentar la capacidad saliente; por ejemplo en RDSI se pueden establecer conexiones suplementarias. Pero en la mayoría de los casos no es posible aumentar la capacidad de forma rápida y fácil, por lo que es preciso reducir el tráfico de entrada. Casi siempre cuando se produce congestión hay tráfico de muchos usuarios, por lo que no resulta fácil identificar quienes son los principales causantes del problema, ni tampoco es sencillo encontrar mecanismos justos y efectivos que permitan reducir el tráfico en origen. Otro problema añadido al anterior es el hecho de que en ocasiones el tiempo que tardan en tener efecto las medidas para reducir el tráfico es tal que para entonces el problema ya ha pasado. Esto es algo parecido a lo que ocurre cuando en la ducha queremos ajustar el caudal de agua caliente para compensar el grifo que alguien acaba de abrir en la cocina. Actualmente la congestión es el principal problema de Internet, ya que muchos enlaces de la red se encuentran completamente saturados. 20/11/2001

Ejemplo típico de congestión
Internet 2 Mb/s Red telefónica Para reducir la interferencia entre las señales de alta frecuencia de ADSL y las de baja frecuencia del servicio telefónico, cuando se instala una línea ADSL se pone en el acceso a la vivienda un separador de frecuencias. Este separador (también llamado ‘splitter’ de su nombre en inglés) está formado por un filtro de altas frecuencias al que se conecta el teléfono y uno de bajas frecuencias al cual se conecta el módem ADSL. Con la misma finalidad que en la vivienda, en la central telefónica también se coloca un divisor de frecuencias al bucle de abonado. La salida de baja frecuencia se conecta al conmutador telefónico tradicional y la de alta frecuencia al DSLAM (DSL Access Multiplexor) que es el dispositivo que contiene los módems ADSL de los usuarios. El módem ADSL se denomina también ATU-R (ADSL Transmission Unit- Remote). EL DSLAM se llama también ATU-L (ADSL Transmission Unit-Local). Las conexiones ADSL son siempre punto a punto, no hay medio compartido; por tanto el DSLAM ha de contener un módem ADSL por cada usuario conectado al servicio. POP del ISP POP: Point Of Presence ISP: Internet Service Provider 300 usuarios 300 * 33,6 = 10 Mb/s 20/11/2001

Efectos de la congestión en el tiempo de servicio y el rendimiento
Sin Congestión Fuerte Moderada Tiempo de Servicio Carga Carga Rendimiento Sin Congestión Fuerte Moderada Conforme aumenta el nivel de ocupación de una línea aumenta la longitud de las colas en los routers, y con ellas el tiempo de servicio de los paquetes. Este crecimiento es asintótico, de forma que para niveles de ocupación próximos al 100% el tiempo de servicio tiende a infinito. Como consecuencia del aumento en los tiempos de servicio los hosts reenvían paquetes, ya que al no recibir la confirmación a tiempo consideran que han sido descartados en ruta. Esto provoca que, además de la lentitud, buena parte del tráfico transmitido en una red congestionada sea inútil. Por ello el rendimiento de la red en su conjunto decae, pudiendo llegar a ser prácticamente nulo en una red muy congestionada. Dado que los enlaces WAN son un recurso caro es importante no contratar capacidades en exceso; sin embargo si se subestima el tráfico en la red y se contratan líneas de poca capacidad se corre el riesgo de sufrir congestión, lo cual además de producir insatisfacción en el usuario final supone un derroche de recursos pues mucho del tráfico que circula por el enlace es inútil. Uno de los objetivos del nivel de red es detectar las situaciones de congestión moderada para aplicar medidas correctoras antes de llegar a la situación de congestión fuerte; de esta forma se evita que el rendimiento de la red disminuya. 20/11/2001

Congestión (II) La congestión aumenta el tiempo de servicio o de entrega de los paquetes (retardo o latencia). En aplicaciones en tiempo real (isócronas) por ejemplo videoconferencia o vídeo bajo demanda es crítico tener un retardo bajo y constante (especialmente para el audio) Cuando hay congestión las redes intentan reducir el tráfico. El control de congestión es un problema aún no resuelto. Todo paquete al ser transmitido por una red emplea un cierto tiempo en llegar a su destino. Ese tiempo se conoce como retardo o latencia y es consecuencia de tres factores: 1) el tiempo de propagación de la señal por el medio físico, 2) el tiempo de proceso del paquete en los routers, y 3) el tiempo que el paquete ha de esperar en los buffers de los routers para ser procesado. Los dos primeros factores son constantes para un trayecto dado, pero el tercero depende enteramente del nivel de congestión de la red o saturación de los enlaces.. Cuando hay congestión los paquetes sufren un retardo adicional como consecuencia del tiempo que tienen que esperar haciendo cola en los buffers para ser enviados (y esto suponiendo que el paquete no es descartado). Este retardo adicional puede suponer un tiempo muy superior al retardo habitual del mismo paquete cuando la red no está congestionada. En aplicaciones en tiempo real (también llamadas isócronas) es crítico que el retardo no sea muy grande, ya que de lo contrario la aplicación no funcionará adecuadamente. Por ejemplo una videoconferencia se verá a saltos o no se verá en absoluto si la conexión tiene un retardo elevado El sonido es todavía mas exigente que el vídeo en cuanto a retardo, aunque sus requerimientos de capacidad son menores. 20/11/2001

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: Rendimiento o ancho de banda:  256 Kb/s Retardo o latencia:  200 ms Fluctuación del retardo, o jitter:  100 ms Disponibilidad:  99,95 % (21 min/mes fuera de servicio) La QoS es una garantía que da el proveedor al usuario en el contrato de prestación del servicio. 20/11/2001

Calidad de Servicio (II)
Decimos que una red da ‘Calidad de Servicio’ (Quality of Service, QoS) cuando nos garantiza unas condiciones, por ejemplo un retardo máximo en la entrega de los paquetes. Cuando una red no garantiza nada, por ejemplo un plazo de entrega máximo, decimos que ofrece un servicio de ‘buena voluntad’ llamado normalmente servicio Best Effort. Una red que ofrece Calidad de Servicio asegura unos parámetros de calidad, por ejemplo un caudal mínimo garantizado o un retardo máximo en la entrega de los paquetes. Cuando una red no nos da ningún tipo de garantías en cuanto a la calidad de servicio que ofrece decimos que da un servicio ‘Best Effort’ o de buena voluntad, esto es que hará lo mejor que pueda por sacar el trabajo adelante, pero sin compromisos de ningún tipo. La mayoría de los proveedores de servicios de Internet funcionan con servicio Best Effort. 20/11/2001

Calidad de Servicio (QoS)
Vídeoconferencia Enseñanza a distancia Tráfico con Calidad de Servicio Aplicaciones críticas Voz Transfer. de fichero, Tráfico best-effort 20/11/2001

Calidad de Servicio (III)
Si todo el tráfico en una red es QoS hay que asegurar que nunca se produce congestión. Para ello hay que diseñar la red para el caso más desfavorable. Si hay tráfico QoS y best effort en la misma red podemos permitir congestión si damos preferencia al tráfico QoS. Para ello hay dos estrategias: Reservar capacidad (carril BUS) Fijar prioridades (‘ambulancia’) Si queremos ofrecer QoS a todo el tráfico en una red tendremos que diseñarla para el caso más desfavorable, lo cual nos lleva a sobredimensionar la red. Esta estrategia está justificada en el caso de redes LAN donde el sobredimensionamiento supone un costo relativamente bajo, de hecho la mayoría de las LANs están actualmente sobredimensionadas. Sin embargo en redes WAN el elevado costo de los enlaces hace que no sea factible ni rentable en la mayoría de los casos diseñar para el caso más desfavorable. En estos caso lo recomendable es ofrecer QoS solo a una parte del tráfico, y dimensionar la red para ese tráfico. El resto dispondrá de un servicio best effort, por lo que en ocasiones se verá afectado de congestión. Para distinguir el tráfico QoS del best effort existen dos estrategias posibles: La Reserva de Capacidad: en este caso el usuario cuando va a necesitar el servicio QoS advierte de antemano cuales son sus necesidades (por ejemplo para una vídeoconferencia podría ser un caudal de 128 Kb/s con retardo máximo de 250 ms). Esto provocaría una reserva de capacidad adecuada en todos los nodos de la red. La Priorización de Tráfico: aquí el usuario no ha de avisar previamente, simplemente ha de marcar el tráfico QoS (por ejemplo el de la videoconferencia) como tráfico prioritario, con lo que los routers darán a dichos paquetes un trato preferente en sus colas. 20/11/2001

Calidad de Servicio (III)
La reserva: Da una garantía casi total Supone un derroche de recursos en algunos casos Requiere que cada nodo intermedio tenga conocimiento de las conexiones activas La priorización: Basa su garantía en factores estadísticos Permite aprovechar mejor la infraestructura Los nodos intermedios no necesitan conocer las conexiones activas. La reserva de capacidad supone una garantía casi total, ya que la disponibilidad de recursos se comprueba en el momento de solicitar la comunicación y si no es posible la conexión se rechaza. Sin embargo es técnicamente muy compleja de implementar en grandes redes, ya que cada router ha de tomar nota de cada reserva que se realiza a través suyo. Por el contrario la priorización de tráfico basa su garantía en factores estadísticos. Si todo el tráfico que se inyecta en la red es de la máxima prioridad los problemas de congestión ocurrirán igual que antes (algo parecido al jefe que encarga todas las tareas con la máxima urgencia). Para evitar este problema se suele fija un caudal máximo de tráfico prioritario que cada usuario puede inyectar en la red, pero aún así la red normalmente no se diseña para el caso en que cada usuario inyecte el máximo de tráfico prioritario permitido, ya que esto sería muy caro. La priorización es más sencilla de implementar, ya que al no haber un mecanismo de reserva explícito los routers no necesitan conocer que conexiones (por ejemplo videoconferencias) pasan a través suyo, puesto que lo único que han de hacer es ‘colar’ a los paquetes que les lleguen marcados como prioritarios. 20/11/2001

Calidad de servicio en Internet
Actualmente se barajan dos propuestas para añadir QoS en Internet: Reserva: IntServ (Integrated Services). Protocolo RSVP (Resource ReserVation Protocol). Especificado hace varios años por el IETF, no ha sido apoyado por los fabricantes Prioridades: DiffServ (Differentiated Services). Ocho niveles de prioridad posibles. Recientemente estandarizado por el IETF. Utilizado por varios fabricantes y proveedores de servicios. QoS no estaba en el diseño original de Internet, ha sido un añadido a posteriori Aunque el protocolo RSVP y el modelo IntServ se especificaron hace ya varios años, su uso se ha limitado a experiencias piloto y no se ha extendido entre los fabricantes y por ende entre los proveedores de servicios Internet. En cambio DiffServ y el mecanismo de prioridades, a pesar de ser más reciente, ya está funcionado en varios proveedores de servicios Internet. La razón principal para la acogida de DiffServ y el abandono de IntServ son las ventajas expuestas en la transparencia anterior, y sobre todo el problema que supone técnicamente la necesidad de que en una conexión RSVP cada router del trayecto tome nota de la conexión. En los routers del backbone de Internet esto supone mantener tablas con miles de entradas, que se han de estar actualizando constantemente. Ningún fabricante de routers ha podido (o ha querido) desarrollar una implementación eficiente de RSVP que permita satisfacer este requerimiento. 20/11/2001

Calidad de Servicio y Aplicaciones isócronas
En redes congestionadas las aplicaciones en tiempo real o isócronas (Ej. Videoconferencia, vídeo streaming) requieren QoS para funcionar correctamente. Las aplicaciones asíncronas (p. ej. transferencia de un fichero MPEG) no tienen ningún requerimiento especial de QoS. Entendemos por aplicaciones isócronas o de tiempo real aquellas en las que las características temporales de la aplicación imponen unas condiciones mínimas para la entrega de los paquetes. Los parámetros mas críticos suelen ser el caudal, el retardo y la fluctuación del retardo, también llamada ‘jitter’. Como ejemplos de aplicaciones isócronas podemos mencionar la audio y videoconferencia y el audio y vídeo bajo demanda. El sonido, aunque requiere un caudal menor que el vídeo, es aún más sensible que éste en cuanto al retardo y el jitter. Como ya hemos dicho, en redes congestionadas es preciso asegurar unos valores máximos de estos parámetros (mínimos en el caso del caudal) para asegurar que las aplicaciones funcionen correctamente. La transferencia de ficheros con contenidos audiovisuales para su posterior visión de forma asíncrona no tiene el carácter de aplicación isócrona y por tanto no está sujeta a las restricciones de QoS que hemos mencionado, ya que desde el punto de vista de la red la aplicación es una simple transferencia de fichero. Por ejemplo un usuario que transfiere a través de un módem de 56 Kb/s un fichero que contiene un vídeo MPEG-1 de 5 minutos podrá verlo con la calidad original una vez lo tenga en su disco local, independientemente del tiempo que haya tardado en transferirlo y de los problemas de congestión que pueda tener. En cambio los materiales audiovisuales enviados en forma de flujo o ‘stream’ sí que plantean requerimientos de QoS a la red. 20/11/2001

¿Como medimos o comparamos la Calidad de Servicio?
Los parámetros QoS más importantes para aplicaciones audiovisuales son: Caudal Retardo: tiempo medio que tardan los paquetes en llegar a su destino. ‘Jitter’: fluctuación del retardo. En ocasiones tan importante como un bajo retardo es que este sea predecible, es decir que no fluctúe mucho en cada paquete respecto a su valor medio. 20/11/2001

Fluctuación del retardo—“Jitter”
Emisor Receptor Red A B C Emisor Transmite t A B C Receptor Recibe t 50 ms 50 ms 90 ms Red vacía Congestión Retardo: 70 ms  20 ms (retardo: 70 ms, jitter: 20 ms) 20/11/2001

Calidad de Servicio: Jitter
La principal causa de jitter es la congestión Se puede reducir el jitter añadiendo un retardo artificial en el lado del receptor. Por ejemplo con un retardo de 70  20 ms (jitter de 20 ms) se puede suprimir el jitter si se añade un retardo adicional de 20 ms Para añadir el retardo adicional el receptor ha de tener un buffer suficiente. En algunas aplicaciones no es posible añadir mucho retardo pues esto reduce la interactividad. Ej.: videoconferencia, telefonía por Internet 20/11/2001

Calidad de Servicio y Aplicaciones isócronas
Retardo Jitter Aplicación Pequeño Videoconferencia bidireccional Grande Teleclase, Vídeo on Demand Vídeo streaming o multicast (grandes buffers) En función de los valores de retardo y jitter que se puedan conseguir la red será más apropiada para uno u otro tipo de aplicaciones. Las aplicaciones más exigentes son aquellas en las que la información audiovisual fluye en ambos sentidos, como la audio o videoconfeerencia. En este caso para mantener la interactividad es preciso tener un retardo pequeño ( ms) y un jitter pequeño. Cuando la información fluye principalmente en un sentido (como en la enseñanza a distancia o el vídeo bajo demanda) es posible obtener resultados aceptables con retardos mayores. Sin embargo el mayor retardo se pondrá de manifiesto en el caso de que haya interactividad (preguntas al profesor, órdenes al servidor de vídeo, etc.) Por último, si tanto el retardo como el jitter son grandes algunas aplicaciones intentan resolver el problema creando un buffer de grandes dimensiones en el que acumulan la información, a veces de varios segundos, para mostrarla más tarde al espectador. Algunos servidores de vídeo y audio streaming en Internet funcionan de esta manera. 20/11/2001

Protocolo IPv6 Desarrollado fundamentalmente para resolver el problema de escasez de direcciones de IPv4 De paso se incorporaron mejoras en otros aspectos (seguridad, eficiencia, calidad de servicio, tráfico multicast, etc.) Existe una red experimental a nivel mundial desde 1997, llamada 6Bone (IPv6 Backbone) El problema de escasez de direcciones de IPv4 se ha paliado provisionalmente mediante otros mecanismos (Firewalls, servidores proxy, traductores de direcciones, etc.) La mayoría de las demás mejoras se han incorporado a IPv4. Actualmente no está claro para cuando será mayoritario el uso de IPv6 La principal razón que impulsó la creación de IP versión 6 fue la necesidad percibida hace unos años de ampliar el espacio de direcciones de Internet. La versión actual (IPv4) dispone de un campo de 32 bits para la dirección, lo cual permite 232, o sea unos 4 mil millones de direcciones. En realidad el número de direcciones es mucho menor ya que el sistema de asignación desperdicia una gran parte. En IPv6 se utilizan 128 bits para las direcciones, lo cual permite 2128, o sea unas 3 x 1038 direcciones. Aun con una asignación muy ineficiente de las direcciones es seguro que se tardará muchísimo tiempo en agotarlas. Las medidas restrictivas en la asignación de direcciones adoptadas en los últimos años, junto a la aparición de servidores proxy, cortafuegos, etc., que suponen la conexión a Internet de multitud de máquinas con una única dirección IP, han reducido la demanda de direcciones hasta el punto de que últimamente no se percibe la angustia que provocó la creación de IPv6. Esto, unido al hecho de que IPv4 ha ido incorporando las mejoras en seguridad y otros temas que en principio parecía que solo iban a estar disponibles en IPv6, ha provocado que últimamente haya disminuido el interés por parte de los fabricantes y de los usuarios en el nuevo protocolo IPv6. Por otro lado IPv6 no aporta mejoras sustanciales en los aspectos de QoS, o las que eventualmente podría aportar aun no se han especificado. 20/11/2001

Cabecera IPv6 Cabecera IPv4 40 bytes 20 bytes 20/11/2001
En esta transparecia se comparan los campos de la cabecera de un datagrama IPv4 y uno IPv6. Como se puede ver la estructura de la cabecera se ha simplificado ya que el número de campos es menor, pero el hecho de que las direcciones sean ahora de 16 bytes hace que la longitud de la cabecera aumente a pesar de todo. Cabecera IPv4 20/11/2001

Multicast: Concepto La información puede enviarse:
A un destinatario: unicast A todos los destinatarios: broadcast A un grupo de destinatarios: multicast En multicast el uso de la red se optimiza. Los paquetes solo se envían allí donde se necesitan y se replican lo más cerca posible del destino. En cierto modo podemos decir que multicast es a unicast lo que el transporte público es al vehículo particular. La mayoría del tráfico en redes telemáticas es de tipo unicast, es decir va dirigido a un único destinatario. En redes locales a veces se realizan envíos broadcast, dirigidos a todos los destinatarios. Aunque es menos habitual también se pueden hacer en Internet o en redes locales envíos multicast, dirigidos a un grupo de destinatarios. Normalmente cada miembro del grupo decide de forma voluntaria unirse al mismo o abandonarlo. Un grupo multicast puede estar formado por ejemplo por una serie de usuarios que participa en una videoconferencia o que ve una emisión de vídeo a través de la red. 20/11/2001

Multicast: Escalabilidad
La transmisión multicast es especialmente apropiada para información AV isócrona en redes telemáticas.Permite que un grupo elevado de usuarios comparta un mismo flujo de vídeo o audio. Ej: 1000 usuarios en España siguiendo un evento en EEUU por real video a 56 Kb/s suponen 56 Mb/s en el enlace trasatlántico. Con Multicast consumirían todos 56 Kb/s en dicho enlace. La transmisión multicast permite un ahorro de recursos al enviar únicamente una copia de la información por cada enlace. Además la información sólo se envía a través de los enlaces necesarios para hacerla llegar a los miembros del grupo multicast. Si un usuario abandona el grupo el árbol de distribución se modifica para reflejar la nueva situación. Esto se conoce como ‘podar el árbol’. 20/11/2001

Multicast en una red sin soporte Multicast
Rosa Juan En este ejemplo dos usuarios, Rosie y Jimmy, están interesados en la misma emisión de paquetes desde el servidor (podría tratarse por ejemplo de una emisión de audio y vídeo digital correspondiente a un evento retransmitido en directo por Internet). En este caso se supone que la red no soporta emisión multicast, por lo que el servidor ha de replicar el tráfico y enviarlo duplicado por el mismo enlace. Replicación de paquetes Luis 20/11/2001

Multicast en una red con soporte Multicast
Rosa Juan En este ejemplo dos usuarios, Rosie y Jimmy, están interesados en la misma emisión de paquetes desde el servidor (podría tratarse por ejemplo de una emisión de audio y vídeo digital correspondiente a un evento retransmitido en directo por Internet). En este caso se supone que la red no soporta emisión multicast, por lo que el servidor ha de replicar el tráfico y enviarlo duplicado por el mismo enlace. Replicación de paquetes (El router conoce que usuarios están en el grupo multicast) Luis 20/11/2001

Emisión multicast Rosa Juan En esta red, más compleja que la anterior, cada router detecta si algún miembro del árbol de distribución multicast está interesado en la emisión, en cuyo caso se la envía. De lo contrario ‘poda’ el árbol. De esta forma la distribución multicast se optimiza en el sentido de que el tráfico solo discurre por aquellos enlaces por los que es necesario, y solo lo hace una vez. Luis Los paquetes se replican justo allí donde se produce la bifurcación 20/11/2001 Pedro

Línea de baja velocidad Pedro recibe los dos grupos
Emisión de dos grupos multicast Rosa Juan Línea de baja velocidad En este caso se realizan dos emisiones (dos `programas’) diferentes, y cada usuario decide cual de ellas recibe. Es bastante normal, como se muestra en la figura, que una videoconferencia se emita utilizando un grupo multicast diferente para el audio y para el vídeo. Esto permite que cada usuario elija si quiere recibir sólo audio, solo vídeo o ambos. Por ejemplo, un usuario que disponga de una conexión de baja velocidad (menor de 128 Kb/s) difícilmente podría recibir la emisión de vídeo; sin embargo puede seguir el evento suscribiéndose únicamente al grupo multicast de audio. El uso de diferentes grupos multicast permitiría también asignar una mayor prioridad al tráfico de audio que al de vídeo, ya que el primero es más sensible a las pérdidas y al retardo. La distribución de tráfico se optimiza como antes, replicando los paquetes justo en los routers donde se producen las bifurcaciones. Dado que hay dos grupos multicast diferentes cada router mantiene un árbol de distribución diferente para cada grupo en el que participa. Cada árbol se modifica (altas o bajas) de acuerdo con las selecciones realizadas por los usuarios. Luis Paquetes de vídeo Paquetes de audio Pedro recibe los dos grupos 20/11/2001 Pedro

MBone: Multicast en Internet
En Internet se han hecho pruebas de tráfico Multicast desde 1992, sobre todo para videoconferencias La red multicast se denomina MBone (Multicast Backbone) A partir de 1997 algunos ISP comerciales se han conectado a MBone. En España están en pruebas (excepto RedIRIS) 20/11/2001

Aplicaciones y Servicios MBone
Videoconferencia multipunto (utilizado regularmente desde 1992 para sesiones del IETF) Vídeo (128 Kb/s – 3 Mb/s) Audio (9-64 Kb/s) Pizarra electrónica Servicios de vídeo ‘casi’ bajo demanda Flujos MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, etc. Aplicaciones de teleenseñanza (LANs empresas) Soportado por Windows Media, Real Video, Apple Quicktime, etc. Los servicios de videoconferencia multipunto funcionan desde hace bastante tiempo en Interent y permiten en la actualidad seguir una variada serie de eventos de todo tipo. Los sistemas de codificación y compresión de audio y vídeo empleados son los habituales en sistemas de videoconferencia. Además de la videoconferencia se pueden programar emisiones de vídeo de forma análoga a la programación de un canal de televisión. Es posible incluso programar una determinada emisión de forma que se repita cada pocos minutos; los usuarios podrían así ‘sintonizar’ la emisión que mejor les acoplara a su horario, preferencias personales, etc. Esto permite ‘simular’ el servicio de vídeo bajo demanda, ya que aunque el usuario no puede ‘parar’ la emisión puede dejar de verla y cuando vuelva más tarde ‘engancharse’ a la emisión que sigue donde se quedó, de forma que consigue parte de la versatilidad del video bajo demanda. Por tal motivo este servicio se conoce como vídeo ‘casi’ bajo demanda. Cuando el número de espectadores previsto es elevado el vídeo ‘casi’ bajo demanda es más eficiente que el vídeo bajo demanda. 20/11/2001

Demostraciones MBone Vídeo streaming Videoconferencia H.323
Audioconferencia H.323 – H.320 20/11/2001

Ejemplo de servicio de video bajo demanda
20/11/2001

¡Gracias! 20/11/2001

Introducción a la Telemática y a Internet

Presentaciones similares

Presentación del tema: "Introducción a la Telemática y a Internet"— Transcripción de la presentación:

Presentaciones similares

Sobre el proyecto

Feedback

Iniciar la sesión

Autorizarse a través de una red social:

Introducción a la Telemática y a Internet

Presentaciones similares

Presentación del tema: "Introducción a la Telemática y a Internet"— Transcripción de la presentación:

Presentaciones similares

Sobre el proyecto

Feedback