Tema 1: Introducción a las redes de Computadores Parte I

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1 Tema 1: Introducción a las redes de Computadores Parte I

2 Contenido Definición de Teleinformática. Aplicaciones.
Conceptos básicos de transmisión de datos. Introducción a las arquitecturas de comunicaciones. Generalidades de servicios y protocolos. Los enlaces de datos

3 1.Definición de Teleinformática.
Aplicaciones

4 Definición de teleinformática/telemática
La Telemática es una disciplina científica y tecnológica, originada por la convergencia entre las tecnologías de las telecomunicaciones y de la informática. Su raíz tele, se debe al elemento griego que significa distancia o lejos, y mática (terminación de informática, en inglés informatics) que proviene del Latín: información. En conjunto, el término "Telemática" describe el proceso de la transmisión de información computarizada a larga distancia. La Telemática, cubre un campo científico y tecnológico de una considerable amplitud, englobando el estudio, diseño, gestión y aplicación de las redes y servicios de comunicaciones, para el transporte, almacenamiento y procesado de cualquier tipo de información (datos, voz, vídeo, etc.), incluyendo el análisis y diseño de tecnologías y sistemas de conmutación. El ingeniero de telecomunicaciones Luis Arrollo publicó en la revista Novática un artículo en el que acuñaba y definía el térmico telemática, como tecnología integradora de informática y telecomunicaciones. La teleinformática es un término que no está claro pero que lo asimilaremos a telemática. Aunque podría significar son las telecomunicaciones que incorporan en su tecnología los avances de la informática. Telecomunicaciones Informática Teleinformática/ Telemática

5 Aplicaciones de la telemática
CSCW (Computer -Supported Cooperative Work) son las siglas en inglés de “trabajo cooperativo asistido por computadora”. Es decir es la tecnología de computadores dedicada a los usuarios para ayudarles a trabajar conjuntamente en grupos. Telemática Empresa Comunicación empleados CSCW Fabricación Hogar Telecompra Telemedicina Juegos Teleenseñanza Estado Fiscalidad Padrón Información ciudadana Procesos electorales Transporte Taxonomía Ámbito Aplicación

6 2. Conceptos básicos de transmisión de datos
Modelo de sistema de Comunicaciones

7 Modelo simple de un sistema de comunicaciones
[Stallings] La fuente. Este dispositivo genera los datos a transmitir. Ejemplos de fuentes pueden ser un teléfono o un computador personal. El transmisor. Normalmente los datos generados por la fuente no se transmiten directa-mente tal y como son generados. Al contrario, el transmisor transforma y codifica la información, generando señales electromagnéticas susceptibles de ser transmitidas a través de algún sistema de transmisión. Por ejemplo, un módem convierte las cadenas de bits generadas por un computador personal y las transforma en señales analógicas que pueden ser transmitidas a través de la red de telefonía. El sistema de transmisión. Puede ser desde una sencilla línea de transmisión hasta una com-pleja red que conecte a la fuente con el destino. El receptor. El receptor acepta la señal proveniente del sistema de transmisión y la transforma de tal manera que pueda ser manejada por el dispositivo de destino. Por ejemplo, un módem captará la señal analógica de la red o línea de transmisión y la convertirá en una cadena de bits. El destino. Toma los datos del receptor. Sistema de comunicaciones Fuente de información Transmisor Receptor Destino de la información Sist.Transmision (Canal)

8 Tipo de dato vs tipo de transmisión [1]
Analógico Digital Tipo de dato Radio Emisión de TV PCM Video+Codec Modem LAN

9 Tipo de dato vs tipo de transmisión [2]
Fuente de información Teléfono Sist.Transmision (Canal) Fuente de información Codec Sist.Transmision (Canal) Fuente de información Modem Sist.Transmision (Canal) Fuente de información Transceptor Sist.Transmision (Canal)

10 Modelo físico de comunicación de datos
Modelo OSI ETD: Equipo Terminal de Datos. Fuente o destino de los datos. ETCD: Equipo Terminal del Circuito de Datos (adapta la señal al medio). Un ETCD es todo dispositivo que participa en la comunicación entre dos ETDs pero que no es receptor final ni emisor original de los datos que forman parte de esa comunicación. Sino que transforma o adecua las señales para poder utilizar el canal de comunicaciones. Por ejemplo, entre las funciones del ETCD figuran las funciones de modular y demodular las señales de información, dicho dispositivo recibe el nombre de Módem Modelo EIA DTE: Data terminal equipment. DCE: Data communications equipment. Funciones a realizar: interfaz, sincronización, formato de los mensajes, detección/corrección de errores, control de flujo, etc. ETD/DTE ETD/DTE ETCD/DCE Sist.Transmision (Canal) ETCD/DCE Circuito de datos DTE DCE DCE DTE

11 Capacidad de un canal sin ruido [1]
[1] En un canal sin ruido Las limitaciones en el ancho de banda surgen de las propiedades físicas de los medios de transmisión o por limitaciones que se imponen deliberadamente en el transmisor para prevenir interferencia con otras fuentes que comparten el mismo medio. Se llama capacidad de un canal a la velocidad de transmisión, expresada en bps ( bits por segundo), a la que se pueden transmitir los datos en un sistema de transmisión (canal) Lo deseable es conseguir la mayor velocidad posible dado un ancho de banda limitado Pero según demostró Nyquist, la limitación de la velocidad de transmisión permitida en el canal1, es la impuesta exclusivamente por el ancho de banda del canal.

12 Capacidad de un canal sin ruido [2]: Teorema de Nyquist
Ejemplo Si suponemos que un canal de voz con un ancho de banda de Hz se utiliza con un modem para transmitir datos digitales ( 2 niveles), la capacidad C del canal es 2B= 6200 bps. El teorema de Nyquist establece que la velocidad máxima de transmisión (bps) para un canal (sin ruido) con ancho de banda B (Hz) es: C=2B log2 M Donde : M= niveles de la señal Si M=2 entonces log2 (2)=1, por lo tanto: C=2B

13 Modelo matemático de Shannon - Weaver
La teoría de la información, o mas precisamente, teoría matemática de la comunicación, es una proposición teórica de Claude E. Shannon y Warren Weaver a finales de los Esta teoría está relacionada con la capacidad de los sistemas de comunicación para transmitir y procesar información. El modelo propuesto por Shannon es un sistema general de la comunicación que parte de una fuente de información desde la cual, a través de un transmisor, se emite una señal, la cual viaja por un canal, pero a lo largo de su viaje puede ser interferida por algún ruido. La señal sale del canal, llega a un receptor que decodifica la información convirtiéndola posteriormente en mensaje que pasa a un destinatario. Fuente Una fuente es todo aquello que emite mensajes. Por ejemplo, una fuente puede ser una computadora y mensajes sus archivos; una fuente puede ser un dispositivo de transmisión de datos y mensajes los datos enviados, etc.. Mensaje Un mensaje es un conjunto de ceros y unos. Un archivo, un paquete de datos que viaja por una red y cualquier cosa que tenga una representación binaria puede considerarse un mensaje. Transmisor Transforma el mensaje emitido en un conjunto de señales que serán adecuadas al canal encargado de transmitirlos. (Pulsos eléctricos) Receptor: Su función consiste en decodificar el mensaje transmitido y transportado por el canal, para transcribirlo a un lenguaje comprensible por el verdadero receptor o destinatario. (Aparato al que llega el mensaje) Canal Medio técnico que debe transportar las señales codificadas por el transmisor (cables, redes de microondas, etc) Destino Es el verdadero receptor, a quien va dirigido el mensaje. Ruido Interferencia o distorsión que cambia el mensaje de maneras imprevisibles durante la transmisión. Mensaje Señal Señal recibida Mensaje Fuente de información Transmisor Receptor Destino de la información + Fuente de ruido

14 Capacidad de un canal con ruido
El teorema de las comunicaciones de Shannon es de consecuencias fundamentales para todos los sistemas de comunicaciones modernas Capacidad de un canal: cantidad de información que puede manejar un canal. S es la potencia de la señal útil, que puede estar expresada en vatios, milivatios, etc., (W, mW, etc.) N es la potencia del ruido presente en el canal, (mW, etc) Esta formula, limita ,para cualquier sistema de transmisión con un determinado ancho de banda y con una relación dada de señal a ruido, la velocidad máxima en bps que se puede obtener, sea cual sea la técnica de transmisión empleada. El límite de velocidad que impone el teorema de Shannon a cualquier sistema real de transmisión hay que entenderlo de la misma manera que existe el límite de la velocidad de la luz. La capacidad de comunicaciones de un canal para una relación S/R es: Donde, C = capacidad del canal [bits/s] B = Bandwidth [Hz] S/N = relación señal-ruido [S y N en vatios]

15 Ejemplo de aplicación del teorema Shannon - Hartley
SNR es la relación señal/ruido Supóngase en el espectro de un canal vía satélite situado en la banda Ku (12 GHz) cuyo ancho de banda (B) es de 36 MHz que la (S/N)db es de 18 dB. Como 10 log10 (S/N)=18  S/N=1018/10=63 Usando la fórmula de Shannon se tiene que : C= (36x106) log2 (1+63)= 216 Mbps Nota: (S/N)dB=10 log10[S/N]

16 Perturbaciones en la transmisión
Ancho de banda El ancho de banda es aquel ancho de banda de la señal transmitida y que está limitado por el transmisor y por la naturaleza del medio de transmisión ( en hertzios ). No todas las componentes espectrales se atenúan igual pero, en general, existe una frecuencia de corte a partir de la cual: „ Las frecuencias inferiores no presentan distorsión lineal de amplitud ni fase „ Las frecuencias superiores se atenúan muy rápidamente La tasa de errores es la razón a la que ocurren errores . Para un ancho de banda determinado es aconsejable la mayor velocidad de transmisión posible pero de forma que no se supere la tasa de errores aconsejable . Para conseguir esto , el mayor inconveniente es el ruido Atenuación la energía de la señal decae con la distancia. Distorsión Son las deformaciones de la señal a medida que se propaga por el medio. Distorsión de retardo (es provocada por el medio) En la señal la velocidad de propagación varía con la frecuencia, por lo que los distintos armónicos o componentes del espectro de frecuencias de la señal no viajen todas a la misma velocidad y las frecuencias centrales aumenten su velocidad. Por lo que se presentará la distorsión de retraso y para contrarrestar esto se requiere el uso de ecualizadores Ruido Es el conjunto de señales extrañas a la transmisión que se introducen en el medio de transmisión provocando alteraciones de amplitud del voltaje y variaciones de frecuencia.

17 Topologías básicas Punto a punto
Punto a punto: Circuito directo y exclusivo entre cada par de puntos. Toda la capacidad del canal está reservada para la transmisión entre los dos equipos La topología es la disposición física de las estaciones en el medio de transmisión Servidor Terminal

18 Topologías básicas Multipunto
Multipunto (multidrop): Diferentes terminales conectados a un circuito común de comunicaciones. En una red multipunto sólo existe una línea de comunicación cuyo uso está compartido por todas los terminales en la red. La información fluye de forma bidireccional y es discernible para todos las terminales de la red. Lo típico es que en una conexión multipunto las terminales compiten por el uso del medio (línea) de forma que el primero que lo encuentra disponible lo acapara. Hub Bus Estrella Anillo

19 Modos de transmisión Modos Serie Asíncrono Síncrono Paralelo
Medio Sincronismo

20 Transmisión serie y paralelo
Emisor Receptor 8 bits enviados a la vez Emisor 1 Receptor

21 Transmisión asíncrona
El problema de del sincronismo se soluciona no enviando cadenas de bits largas de forma ininterrumpida. En su lugar, los datos se transmiten enviándolos carácter a carácter (normalmente, cada carácter tiene una longitud de 5 a 8 bits1) y el receptor hace la sincronización al principio de cada nuevo carácter. Cuando no se transmite ningún carácter, la línea entre el emisor y el receptor estará en estado de reposo (1 binario). La T.A. Tiene la desventaja de su bajo rendimiento, puesto que como en el caso de la imagen, el carácter tiene 8 bits pero para efectuar la transmisión se requieren 10. O sea que del total de bits transmitidos solo el 80% pertenecen a datos. DESVENTAJAS Peor rendimiento. El sincronismo en éste tipo de transmisión sólo es eficaz si los bits de arranque y parada se reconocen perfectamente. La velocidad de transmisión es menor que en la Síncrona, ya que ésta transmisión es propensa a ser afectada por el ruido. Equipos y canales ruidosos. Una transmisión asíncrona es aquella que se produce "sin reloj" o sea que no hay ninguna señal que marque los tiempos en que los datos deben leerse o están disponibles. Línea en reposo “1” Bits de datos (5 a 8) Bit de STOP Bit de START Emisor Receptor 1 1 1

22 Transmisión síncrona Para posibilitar el sincronismo entre el emisor y el receptor, sus relojes se deberán sincronizar de alguna manera. Esto se consigue incluyendo información de sincronización en la propia señal de datos (pe. codificación Manchester o Manchester diferencial) En la transmisión síncrona hace falta además una sincronización adicional para que el receptor pueda determinar dónde está el comienzo y el final de cada bloque de datos. Por esto, cada bloque comienza con un patrón de bits denominado preámbulo y, por lo general, termina con un patrón de bits denominado final. VENTAJAS a. Mayor rendimiento en la transmisión. b. Mayor probabilidad de conseguir que el sincronismo se interprete correctamente. c. Menor probabilidad de error ya que ésta transmisión se emplea en canales de mayor calidad. d. Menor probabilidad de distorsión. e. Permite mayores velocidades de transmisión DESVENTAJAS a. Equipos mas caros y complejos. b. Que al receptor le debe dar tiempo a leer el estado de cada bit tras detectar el pulso de reloj antes de que aparezca un nuevo pulso. c. A veces se pierde el sincronismo con lo que se pierde todo el bloque de información Una transmisión síncrona (con reloj) permite la sincronización de los relojes del emisor y receptor mediante la adición de información de sincronismo entre los datos . Delimitador PREÁMBULO Delimitador FINAL DATOS Sincronismo de bit Emisor Receptor 1 Byte Flag (8b) Sincronismo de bloque Reloj Reloj

23 Velocidades y tiempos de transmisión y propagación
[1] Se define el tiempo de transmisión como el tiempo empleado por una estación para emitir todos los bits de una trama sobre el medio; este tiempo es proporcional a la longitud de la trama. Se define el tiempo de propagación como el tiempo empleado por un bit en atravesar el medio de transmisión desde el origen hasta el destino. Velocidad de Propagación: Es la velocidad a la cual un bit viaja a través en un medio desde su origen hasta su destino. Velocidad de Transmisión: Es la velocidad a la cual todos los bits (L) en una trama son enviados a su destino A B t=0 A B t=Tt 𝑇𝑡= 𝐿(𝑏𝑖𝑡𝑠) 𝑉𝑡 Trama A B t=Tp 𝑇𝑝= 𝐷(𝑚𝑡𝑠) 𝑉𝑝 Trama t=Tt+Tp A B Tt= tiempo de trasmisión Tp= Tiempo de propagación

24 Diagramas para representar la transmisión: cronogramas
Este diagrama es útil ya que muestra las dependencias temporales y muestra la relación existente entre el emisor y el receptor. Cada flecha representa una única trama que transita por el enlace de datos establecido entre dos estaciones. La diferencia entre el retardo de transmisión y el retardo de propagación. La diferencia es pequeña pero importante. El retardo de transmisión es la cantidad de tiempo necesario para que el equipo A para saque el paquete; Es una función de la longitud del paquete y la velocidad de transmisión del enlace, pero no tiene nada que ver con la distancia entre los dos equipos. El retardo de propagación, por otro lado, es el tiempo que se tarda en para propagar al quipo B. Es una función de la distancia entre los dos equipos, pero no tiene nada que ver con la longitud del paquete o la velocidad de transmisión del enlace. B: Destino A: Origen t=0 t=Tp A B Trama t=Tt t=Tt+Tp Ttotal = Tp + Tt

25 3. Introducción a las arquitecturas de comunicaciones
Nociones Modelo de 3 capas Arquitectura OSI

26 Noción de arquitectura de las comunicaciones
La arquitectura de comunicaciones es el conjunto estructurado de protocolos que implementa el intercambio de información entre ordenadores. La arquitectura de comunicaciones es un patrón o marco común estructurado de protocolos que implementa el intercambio de información entre ordenadores.

27 Modelo de capas de arquitectura de comunicaciones [1]
Actualmente todas las arquitecturas de red se describen utilizando un modelo de capas. El modelo de capas es solo una manera de dividir el problema de la comunicación en partes mas sencillas llamadas capas. El primer modelo de protocolo en capas para comunicaciones se creó a principios de la década de los setenta y se conoce con el nombre de modelo de Internet o modelo DoD (por Vinton Cerf y Robert E. Kahn) y fue implementado en ARPANET.

28 Modelo de capas de arquitectura de comunicaciones [2]
En vez implementar toda la lógica para llevar a cabo la comunicación en un único módulo, el problema se divide en subtareas, cada una de las cuales se realiza por separado. En una arquitectura de protocolos (por capas), los distintos módulos se disponen formando una pila vertical. Cada capa de la pila realiza el subconjunto de tareas relacionadas entre sí que son necesarias para comunicar con el otro sistema. Por lo general, las funciones más básicas se dejan a la capa inmediatamente inferior, olvidándose en la capa actual de los detalles de estas funciones. Además, cada capa proporciona un conjunto de servicios a la capa inmediatamente superior. Idealmente, las capas deberían estar definidas de forma tal que los cambios en una capa no deberían necesitar cambios en las otras. El modelo de capas es una solución de referencia para la arquitectura de comunicaciones que 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 capa N solo habla con la capa N de otro sistema siguiendo el protocolo de la capa n La comunicación entre dos capas adyacentes (encima y debajo) se realiza a través de la interfaz (normas de intercomunicación entre capas) El conjunto de protocolos que interoperan en todos los niveles de una arquitectura dada se conoce como pila de protocolos. Capa N+1 Protocolo N+1 Capa N+1 Interfaz Pila Capa N Protocolo N Capa N Sistema A Sistema B

29 Modelo de capas de arquitectura de comunicaciones [3] Comunicación mediante correo
José Flujo de información Maria Flujo de cartas Buzón de Juan Buzón de María Cartero

30 Arquitectura de comunicaciones (protocolos) simple Modelo de tres capas
En términos muy generales, se puede afirmar que las comunicaciones involucran a tres agentes: aplicaciones, computadores y redes (…). Teniendo esto presente, parece natural estructurar las tareas de las comunicaciones en tres capas relativamente independientes: la capa de acceso a la red, la capa de transporte y la capa de aplicación. Teniendo esto presente, parece natural estructurar las tareas de las comunicaciones en tres capas relativamente independientes: la capa de acceso a la red, la capa de transporte y la capa deaplicación. [William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores]. En una arquitectura como esta, el protocolo de transporte se sitúa sobre la capa de red o de interconexión, que proporciona los servicios relacionados con la red, y justo debajo de las capas de aplicación y de otros protocolos de capas superiores Ap1 Ap2 Ap3 Ap1 Ap2 Ap3 Aplicación Soporte para la comunicación entre aplicaciones situadas en distintos sistemas Aplicación Soporte para la comunicación entre aplicaciones situadas en distintos sistemas Protocolo de aplicación Transporte Comunicación confiable entre procesos extremo-a-extremo (independiente de la red y la aplicación) Transporte Comunicación confiable entre procesos extremo-a-extremo (independiente de la red y la aplicación) Protocolo de transporte Acceso a la red Comunicación confiable entre equipo y red, direccionamiento, enrutamiento, errores, QoS RED Acceso a la red Comunicación confiable entre equipo y red, direccionamiento, enrutamiento, errores, QoS

31 Arquitectura de comunicaciones (protocolos) simple Encapsulación
Cada computador contiene software (entidades) en las capas de acceso a la red, de transporte y de aplicación para una o más aplicaciones. Para una comunicación entre las mismas, cada entidad deberá tener una dirección única. Se necesitan: direcciones de red para cada computador. A su vez, cada aplicación en el computador debe tener una dirección que sea única dentro del propio computador; esto permitirá a la capa de transporte proporcionar los datos a la aplicación apropiada. Estas últimas direcciones son denominadas puntos de acceso al servicio (SAP, Service Access Point), o también puertos, evidenciando que cada aplicación accede individualmente a los servicios proporcionados por la capa de transporte. La aplicación en X pasa el mensaje a la capa de transporte con instrucciones para que lo envíe al SAP 2 de Y. A su vez, la capa de transporte pasa el mensaje a la capa de acceso a la red, la cual proporciona las instrucciones necesarias a la red para que envíe el mensaje a Y. Debe observarse que la red no necesita conocer la dirección del punto de acceso al servicio en el destino. Todo lo que necesita conocer es que los datos están dirigidos al computador Y. La capa de transporte puede fraccionar el bloque en unidades más pequeñas para hacerlas más manejables. A cada una de estas pequeñas unidades, la capa de transporte le añadirá una cabecera, que contendrá información de control de acuerdo con el protocolo. La unión de los datos generados por la capa superior, junto con la información de control de la capa actual, se denomina unidad de datos del protocolo (PDU, Protocol Data Unit). En este caso, se denominará como PDU de transporte (TSAP). La cabecera en cada PDU de transporte contiene información de control que será usada por el protocolo de transporte para en el computador Y. El siguiente paso en la capa de transporte es pasar cada una de las PDU a la capa de red, con la instrucción de que sea transmitida al computador destino. Para satisfacer este requerimiento, el protocolo de acceso a la red debe pasar los datos a la red con una solicitud de transmisión. Como anteriormente, esta operación requiere el uso de información de control. En este caso, el protocolo de acceso a la red añade la cabecera de acceso a la red a los datos provenientes de la capa de transporte, creando así la PDU de acceso a la red [William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores]. Cuando una aplicación genera datos, como por ejemplo un servidor de correos electrónico enviando el mensaje “Hola”, éstos no pueden ser enviados por la red por si solos ya que, al igual que una carta escrita, se necesitan más datos para poder enviar exitosamente el mensaje. Una buena analogía para entender el proceso de encapsulación es justamente la utilización de una carta escrita en papel y que es enviada por el servicio tradicional de correos. En ambos modelos la encapsulación difiere en algunos casos pero en términos generales es parecida. La capa de Aplicación genera el mensaje, esto se llama DATOS a secas. Cada capa tiene lo que se conoce como PDU (Protocol Data Unit) que es el resultado de la capa superior + la información adicional de la misma capa Sistema X Sistema Y ApX ApY Aplicación Aplicación Datos Datos SAP SAP Transporte Transporte TPDU TPDU DSAP Datos Datos DSAP Acceso a la red Acceso a la red NPDU NPDU DHost DSAP Datos Datos DSAP DHost

32 La arquitectura de comunicaciones OSI
[William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores] Aplicación Acceso a los servicios OSI de las aplicaciones Presentación Se ocupa de las conversiones que puedan ser necesarias para que los datos sean interpretados correctamente. Sesión Gestión de la comunicación entre aplicaciones: establece y cierra conexiones (sesiones) Transporte Transferencia fiable. Segmentación. Control del flujo y errores. Red Trans. Paquetes entre sistemas finales. Direccionamiento. Prioridad. Enrutamiento. Conexiones Enlace Trans. De datos (tramas) fiable, control de errores y flujo. Sincronización Física Trans. de bits, características funcionales, mecánicas y eléctricas Solo en los Host (nodos finales) En todos los nodos de la red

33 La arquitectura de comunicaciones OSI Encapsulación
ApX ApY Datos Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Físico Protocolo de aplicación Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Físico AH Datos Protocolo de presentación PH AH Datos Protocolo de sesión SH PH AH Datos Protocolo de transporte TH SH PH AH Datos Protocolo red RH TH SH PH AH Datos Protocolo Enlace EH RH TH SH PH AH Datos ET Bits EH RH TH SH PH AH Datos ET Red

34 La arquitectura de comunicaciones OSI Comunicación entre sistemas finales
En la figura, los paquetes creados por el sistema final pasan a través de uno o más nodos de la red, que actúan como retransmisores entre los dos sistemas finales. Los nodos de la red implementan las capas 1 a 3 de la arquitectura. Los dos sistemas finales están conectados a través de un único nodo de red. La capa 3 en el retransmisor realiza las funciones de conmutación y encaminamiento. Dentro del nodo, existen dos capas del enlace de datos y dos capas físicas, correspondientes a los enlaces con los dos correspondientes a los enlaces con los dos sistemas finales. Cada capa del enlace de datos (y física) opera independientemente para proporcionar el servicio a la capa de red sobre su respectivo enlace. Las cuatro capas superiores son protocolos «extremo-a-extremo» entre los siste as finales [William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall] ApX ApY Aplicación Protocolo de aplicación Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Físico Presentación Protocolo de presentación Sesión Protocolo de sesión Transporte Protocolo de transporte Retransmisor Red Protocolo red Red Enlace Enlace Enlace Protocolo Enlace Físico Bits Físico Físico Medio físico Medio físico

35 4. Generalidades de servicios y protocolos.
Servicios CONS y CLNS Calidad de servicio Control de flujo Control de errores Protocolos de enlace

36 Los servicios en el modelo OSI
Protocol control information (PCI) A service access point (SAP). Interface de servicio entre n y n+1 Protocol data units (PDUs) – Paquetes intercambiados entre entidades pares. Del mismo nivel. Service data units (SDUs) El SAP es la oficina de correos. Entre los clientes n+1, la PDU es una carta, y es también lo es para la oficina de correos que la llama SDU. La PDU de la oficina de correos (n_PDU) es una carpeta de correo que contiene otras cartas a un destino común. Con respecto a la oficina de correos, cada carta (SDU) obtiene una cabecera de protocolo n, que es un sobre con una dirección de destino y un sello que incluya el pago anticipado de los cargos por servicios. La carta está encapsulada en el sobre En el modelo OSI, cada capa provee servicios a la capa que está encima La capa n+1 invoca los servicios que provee la capa n Los servicios invocados están disponibles en los SAP La relación de las capas n+1 y n, es de cliente/servidor Capa n+1 n+1_PDU Service Request N_SAP Capa n n_PCI n_PCI n_SDU n_PDU

37 Tipos de servicio (de transporte)
Servicio orientado a conexión (CONS, Connect. Oriented Network Service). Servicio no orientado a conexión (CLNS, ConnectionLess Network Service) Servicio orientado a conexión Los usuarios del servicio (entidades de transporte) solicitan al proveedor (entidades de red), el establecimiento de una conexión (servicio de red). Los usuarios utilizan la conexión para la transferencia de información, y después la liberan Orientado a Conexión, es necesaria la conexión (circuito virtual) El encaminamiento es independiente para cada paquete, dirección completa de origen y destino Control sencilla de la congestión Servicio no orientado a conexión Los usuarios del servicio no tienen que solicitar del proveedor (entidades de red) el establecimiento de una conexión cuando se tiene información para transmitir, sencillamente la envía. ., No Orientado a Conexión, no es necesaria la conexión El mismo encaminamiento para todos los paquetes Control de la congestión complicada

38 Servicio orientado a conexión (CONS)
[J Kurose & K Ross: Computer networking] El servicio CONS establece un circuito virtual (VC) o conexión lógica, permanente (PVC) o conmutada (SVC). Se respeta el orden de los paquetes. Se mantiene el mismo camino físico (ruta) para todos los paquetes. Los paquetes no necesitan llevar la dirección de destino Paquete Circuito virtual Nodo de la red

39 Servicio no orientado a conexión (CLNS)
[J Kurose & K Ross: Computer networking] El servicio CLNS no plantea una coordinación previa No se respeta el orden de los paquetes. No se mantiene el mismo camino físico (ruta) para todos los paquetes. Los paquetes deben llevar la dirección de destino Paquete Nodo de la red

40 Calidad de servicio

41 Los protocolos en el modelo OSI
P2P es peer-to-peer o de igual a igual. El protocolo de capa-n es un conjunto de reglas, procedimientos y formatos que gobiernan las comunicaciones entre entidades (procesos) de capas iguales (n) El protocolo de capa-n permite el intercambio entre procesos de n_PDUs Sistema X Sistema Y Capa n+1 Capa n+1 N+1_PDU Protocolo n (P2P) n_SAP n_SAP Capa n Conexión n

42 Los protocolos en el modelo OSI Funciones
Las unidades de datos de protocolo, también llamadas PDU , se utilizan para el intercambio de datos entre entidades, dentro de una capa del modelo OSI. Existen dos clases: Las PDU de datos, que contienen los datos del usuario o la PDU del nivel inmediatamente superior. Las PDU de control, que sirven para gobernar el comportamiento completo del protocolo N en sus funciones de: Establecimiento y liberación de la conexión lógica Control de flujo Control de errores (detección y corrección), etc.

43 Los protocolos en el modelo OSI Funciones de control de flujo [1]
En ausencia de procedimientos para el control de flujo, la memoria temporal del receptor se podría llenar y desbordarse mientras éste se encuentra procesando datos previos Problema: Cuando el emisor es mas rápido que el receptor (porque este es mas lento o por el rebose de los buffers, etc.) se produce un desbordamiento. Solución: Incorporar un control de flujo, que permita al receptor, regular el flujo de datos para no sobrecargarle con una cantidad excesiva de datos. Emisor Receptor 3 2 1

44 Los protocolos en el modelo OSI Funciones de control de flujo [2]
Ventana deslizante Fija Variable Parada y espera X-ON/X-OFF Técnicas

45 Los protocolos en el modelo OSI Funciones de control de flujo [3]
El Protocolo de Ventana Deslizante es un protocolo de transmisión de datos bidireccional de la capa del nivel de enlace (modelo OSI). El control de flujo permite al receptor regular el flujo de los datos enviados por el emisor, de manera que no se sature su capacidad. Las técnicas mas comunes son: X-ON/X-OFF: Se aplica en conexiones asíncronas. El receptor manda un carácter (X-OFF) para detener temporalmente el envío cuando detecta sobrecarga Parada y espera (stop&wait): El receptor indica su disponibilidad para recibir datos mediante un el envío de un asentimiento o confirmación(ACK) Mecanismos de ventana: El receptor indica al emisor sus disponibilidad, regulando el número de tramas pendientes de confirmación Tamaño fijo ( X-25) Tamaño variable (TCP/IP)

46 Los protocolos en el modelo OSI Control de flujo mediante parada y espera Canal sin errores
El procedimiento más sencillo para controlar el flujo, denominado control de flujo mediante parada y espera, funciona de la siguiente manera. Una entidad origen transmite una trama. Tras la recepción, la entidad destino indica su deseo de aceptar otra trama mediante el envío de una confirmación de la trama que acaba de recibir. El origen debe esperar a recibir la confirmación antes de proceder a la transmisión de la trama siguiente. De este modo, el destino puede parar el flujo de los datos sin más que retener las confirmaciones [William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores] . Un problema surge cuando un ACK enviado por el receptor se daña o se pierde por completo en la red. En este caso, el emisor de la trama no recibe el ACK, se acaba el tiempo de espera y reenvía la trama de nuevo. Ahora el receptor tiene 2 copias de la misma trama y no sabe si la segunda es una trama duplicada o si es la siguiente trama de la secuencia que se enviará, que en realidad contiene datos idénticos a la primera. La deficiencia de este esquema es que sólo puede haber en tránsito una trama a la vez. El transmisor envía una trama o paquete y espera hasta que recibe la confirmación por parte del receptor de que la trama llegó correctamente (Stop and wait protocol). Emisor Receptor Datos_1 ACK Datos_2 ACK Datos_3 ACK Datos_4 ACK

47 Los protocolos en el modelo OSI Control de flujo mediante ventana Canal sin errores
El esquema de parada y espera es muy ineficiente porque sólo puede transmitirse una trama cada vez. Si se permitiera el envío de varias tramas al mismo tiempo sobre el enlace, sin necesidad de confirmación, la eficiencia mejoraría significativamente. El control del flujo funcionará así: B puede aceptar W tramas, permitiéndosele a A enviar este mismo número de tramas sin tener que esperar ninguna confirmación. Para saber qué tramas se han confirmado, cada una de ellas se etiqueta con un número de secuencia. B confirma una trama mediante el envío de una confirmación que incluye el número de secuencia de la siguiente trama que se espera recibir. [véase: William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall] Hablamos de transmisión continua cuando el tamaño de las ventanas está ajustado suficientemente bien para que en ningún momento se pare la transmisión si todas las transmisiones están siendo correctas. Emisor (A) Receptor (B) W=3 F1 W=2 F2 W=1 F3 W=0 Tiempo de espera de la confirmación de alguna trama ACK4 W=3 W=3 F4 W=2 F5 W=1 ACK6 W=3 Control del secuenciamiento y de la confirmación Control del secuenciamiento y de la ventana de emisión

48 Los protocolos en el modelo OSI Transmisión continua Canal sin errores
Envío continuo: Emisor envía continuamente tramas y el receptor las va validando. Hablamos de transmisión continua cuando el tamaño de las ventanas está ajustado suficientemente bien para que en ningún momento se pare la transmisión. Emisor (A) Receptor (B) Ventana antes del envío W=3 F1 W=2 F2 W=1 F3 ACK1 W=0 F4 ACK2 W=3 F5 ACK3 ACK4 ACK5 Control del secuenciamiento Control del secuenciamiento

49 Los protocolos en el modelo OSI Funciones de control de errores
Petición de repetición automática (ARQ) Solicitud de repetición automática (ARQ) es un método de control de errores para la transmisión de datos que hace uso de códigos de detección de errores, acuse de recibo y / o mensajes de acuse de recibo negativo, y los tiempos de espera para lograr la transmisión de datos fiable. Un acuse de recibo es un mensaje enviado por el receptor para indicar que se ha recibido correctamente una trama de datos . Por lo general, cuando el transmisor no recibe el acuse de recibo antes de que ocurra el tiempo de espera (es decir, dentro de un tiempo razonable después de enviar la trama de datos), que retransmite la trama hasta que sea recibido correctamente o el error persiste más allá de un número predeterminado de retransmisiones . El control de errores hace referencia a los mecanismos necesarios para la detección y la corrección de errores que aparecen en el envío de PDUs Sin embargo, la detección de errores es una técnica útil, incorporada en la mayoría de los protocolos de control del enlace y de transporte (Ejemplo: HDLC y TCP) Los principales mecanismos de control de errores son: Descarte (en Frame Relay y ATM): la estrategia de descarte consiste en renunciar a la corrección mediante la eliminación de la PDU errónea Solicitud de repetición automática (ARQ, Automatic Repeat Request): Los errores, una vez detectados, se recuperan con retransmisiones. El objetivo de este esquema es convertir una conexión no fiable en fiable. Corrección de errores hacia delante (FEC, Forward Error Correction): En ocasiones no es posible disponer de retransmisiones. En este caso se recurre, para corregir errores, exclusivamente a los bits redundantes recibidos en la transmisión.

50 Funciones de control de errores Solicitud de repetición automática (ARQ,) ARQ con parada y espera
Petición de repetición automática (ARQ) Los errores (tramas dañadas y tramas perdidas) , una vez detectados, se recuperan con retransmisiones. El objetivo de este esquema es convertir una conexión no fiable en fiable. Solicitud de repetición automática (ARQ) es un método de control de errores para la transmisión de datos que hace uso de códigos de detección de errores, acuse de recibo y / o mensajes de acuse de recibo negativo, y los tiempos de espera para lograr la transmisión de datos fiable. Un acuse de recibo es un mensaje enviado por el receptor para indicar que trama de datos . Pueden ocurrir dos tipos de error. El primero consiste en que la trama que llega al destino puede estar dañada. El receptor detecta este hecho mediante la utilización de técnicas de detección de errores y, simplemente, descartará la trama. Para dar respuesta a esta situación, la estación fuente utiliza un temporizador. De este modo, tras el envío de una trama, la estación espera la recepción de una confirmación; si no se recibe ninguna confirmación antes de que el temporizador expire, se procederá a reenviar la misma trama. Obsérvese que este método exige que el emisor conserve una copia de la trama transmitida hasta que se reciba la confirmación correspondiente [William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores] Emisor Receptor Datos_1 Tiempo de espera de la confirmación ACK Datos_2 Datos perdidos Tiempo de espera de la confirmación Timeout Datos corruptos Datos_2 NAK Datos_2 ACK

51 Funciones de control de errores Solicitud de repetición automática (ARQ,) ARQ con vuelta atrás (Go back n) En esta técnica, una estación puede enviar una serie de tramas numeradas secuencialmente (hasta) algún valor máximo dado. Al utilizar la técnica de control de flujo mediante ventana deslizante, el número de tramas pendientes de confirmar se determina mediante el tamaño de la ventana. Mientras no se produzcan errores, el destino confirmará las tramas recibidas como es habitual . Si la estación destino detecta un error en una trama, puede llevar a cabo el envío de una confirmación negativa (REJ, REJect) para dicha trama. La estación destino descartará esa trama y todas las que se reciban con posterioridad hasta que dicha trama errónea llegue correctamente. Así, cuando la estación origen reciba un REJ, deberá retransmitir la trama errónea además de todas las posteriores que hayan sido transmitidas tras ella. [William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores] Emisor (A) Receptor (B) F1 F2 F3 ACK4 F4 F5 Datos perdidos Se vuelve a transmitir todo desde la trama F4 en adelante ACK4 F4 F5 Detección de que no se ha recibido la trama F4 F6 ACK7

52 Funciones Contexto OSI Protocolos destacados de enlace
En este apartado se centra en el envío de datos sobre un enlace de comunicaciones. Para llevar a cabo esto se necesita una capa lógica adicional por encima de la interfaz física estudiada esta lógica se denomina control del enlace de datos o protocolo de control del enlace de datos. Cuando se usa un protocolo del enlace de datos, el medio de transmisión existente entre sistemas se denomina enlace de datos. Los enlaces de datos Funciones Contexto OSI Protocolos destacados de enlace

53 La capa de enlace Encapsulación
ET: cola de la trama EH: cabecera La capa de enlace de datos es responsable del intercambio de tramas entre nodos sobre los medios de comunicación de una red física. Capas superiores Capas superiores Paquete Red Enlace Físico Protocolo red Red Enlace Físico RH TH Datos SH PH AH Trama Protocolo Enlace EH RH TH Datos SH PH AH ET Bits Medio de transmisión (canal)

54 Funciones de la capa de enlace de datos
Estructuración de los datos en tramas los datos se envían en bloques denominados tramas, cuyo principio y fin deben ser identificables. Direccionamiento en una línea multipunto, como por ejemplo una red de área local (LAN), se debe identificar a las dos estaciones involucradas en una transmisión. Gestión del enlace el inicio, mantenimiento y finalización de un intercambio de datos precisa un alto grado de coordinación y cooperación entre las estaciones. Control de flujo Control de errores

55 Protocolos de enlace SDLC, LAP, HDLC y 802.2
El HDLC es importante ya que es un estándar bastante utilizado; y porque HDLC ha servido como referencia para el desarrollo de la práctica totalidad del resto de protocolos de control del enlace importantes. En 1972 IBM desarrolló el protocolo de enlace SDLC (Synchronous Data Link Control); luego lo propuso a ANSI e ISO. De SDLC han derivado directa o indirectamente la mayoría de los protocolos de enlace actuales: ANSI lo modificó y creó ADCCP (Advanced Data Communication Control Procedure) ISO a su vez creó HDLC (High level Data Link Control); éste es el más conocido y utilizado. ITU-T creó LAP (Link Access Procedure) y más tarde LAP-B (Link Access Procedure Balanced) subconjunto de HDLC que se utiliza en redes X.25, entre otras. IEEE creó (LLC, Logical Link Control) para uso en LANs 802.x.

56 Protocolos de enlace PPP (Point to Point Protocol)
El HDLC es importante ya que es un estándar bastante utilizado; y porque HDLC ha servido como referencia para el desarrollo de la práctica totalidad del resto de protocolos de control del enlace importantes. Es un estándar Internet, definido en los RFC 1661, 1662 y Puede utilizarse sobre medios físicos muy diversos: conexiones RTC, líneas dedicadas, o incluso SONET/SDH. Se suele utilizar principalmente sobre RTC (analógico y RDSI). Puede funcionar de forma síncrona y asíncrona. Es multiprotocolo, permite transportar simultáneamente diversos protocolos a nivel de red. Incluye el protocolo LCP (Link Control Protocol), que se ocupa de negociar una serie de parámetros en el momento de establecer la conexión con el sistema remoto (RFC 1570) Además comprende el protocolo NCP (Network Control Protocol) que permite negociar el uso de diversos protocolos a nivel de red. En el caso de IP el NCP permite asignar la dirección de forma dinámica.

57 Referencias [1] William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall [2] J Kurose & K Ross: Computer networking (2009)

58 Anexo

59 La capa de transporte vs. la capa de red
En Internet no existe capa de aplicación. La aplicación libera el mensaje y la capa de transporte gestiona su envío de extremo a extremo, adaptándose a la red. La capa de red: provee comunicaciones lógicas entre equipos (host) La capa de transporte: provee comunicaciones lógicas extremo-a-extremo entre procesos que están ejecutándose en diferentes equipos Sistema X Sistema Y ApX ApY SAP SAP Transporte Transporte Protocolo de transporte Servicios de red