Departamento de Tecnología Electrónica

Presentación del tema: "Departamento de Tecnología Electrónica"— Transcripción de la presentación:

1 Departamento de Tecnología Electrónica
Redes de Computadores 2015/2016 Departamento de Tecnología Electrónica 1

2 Contenidos (6 ETCS) Tema 1: Redes de Computadores e Internet
Tema 2: Capa de Aplicación Tema 3: Capa de Transporte Tema 4: Capa de Red Tema 5: Capa de Enlace y Redes de Área Local Recuerda: 6 ECTS = 60 horas presenciales + 90 horas no presenciales Primer cuatrimestre dura 15 semanas  10 horas/semana Introducción 1-2

3 Departamento de Tecnología Electrónica
La mayoría de estas transparencias son proporcionadas como material con copyright por: Computer Networking: A Top Down Approach , 5th edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, April 2009. Tema 1 Redes de Computadores e Internet Introducción 1-3 3

4 Tema 1: Redes de Computadores e Internet
Nuestro objetivo: toma de contacto y terminología mayor profundidad, detalles más tarde en el curso enfoque: usar Internet como ejemplo Descripción general: ¿qué es Internet? ¿qué es un protocolo? la frontera de la red: equipos, redes de acceso, medios físicos el núcleo de la red: conmutación de paquetes/circuitos, arquitectura de Internet rendimiento: pérdidas, retardos, tasa de transferencia capas de protocolos, modelos de servicio historia Red según RAE: 7. f. Conjunto de elementos organizados para determinado fin. 10. Conjunto de ordenadores o de equipos informáticos conectados entre sí que pueden intercambiar información. Introducción 1-4 4

5 Tema 1: Índice 1.1 ¿Qué es Internet? 1.2 La frontera de la red
sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1.3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1.6 Historia Introducción 1-5 5

6 ¿Qué es Internet?: Componentes HW y SW
millones de dispositivos de computación conectados: hosts = sistemas terminales = sistemas finales ejecutando aplicaciones de red PC servidor portátil inalámbrico teléfono móvil Red doméstica Red empresarial Red móvil ISP global ISP regional enlaces por cable puntos de acceso enlaces de comunicación fibra, cobre, radio, satélite tasa de transmisión = ancho de banda Nuts and bolts: entresijos, elementos principales router routers: reenvían paquetes (bloques de datos) ISP =Internet Service Provider Introducción 1-6 6

7 Dispositivos curiosos que se conectan a Internet
Tostador + predictor de tiempo accesible via Web Marcos de fotos IP Slingbox: ver y controlar vía Internet la televisión de casa. Frigorífico conectado a Internet Teléfonos de Internet Introducción 1-7 7

8 ¿Qué es Internet?: Componentes HW y SW
Protocolos controlan el envío y la recepción de la información ej., TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet Internet: “red de redes” poco jerárquica Internet pública frente a intranet privada Estándares de Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force Red doméstica Red empresarial Red móvil ISP global ISP regional Introducción 1-8 8

9 ¿Qué es Internet?: Servicios
la infraestructura de comunicacion permite aplicaciones distribuidas: Web, VoIP, correo y comercio electrónico, juegos, compartir ficheros servicios de comunicación proporcionados a las aplicaciones: entrega de datos fiable de origen a destino “mejor esfuerzo” entrega de datos (no fiable) Red doméstica Red empresarial Red móvil ISP global ISP regional Introducción 1-9 9

10 ¿Qué es un protocolo? protocolos humanos: “¿qué hora es?”
Levantar la mano Dejar salir antes de entrar … se envían mensajes específicos … se toman acciones específicas cuando se reciben las respuestas u otros sucesos protocolos de red: máquinas en lugar de seres humanos toda la actividad de comunicación en Internet se rige por protocolos un protocolo define el formato y el orden de los mensajes enviados y recibidos entre entidades de red, y las acciones tomadas en la transmisión y/o recepción de un mensaje u otro suceso Aquí se introduce el concepto de protocolo informalmente, estableciendo analogías con protocolos que las personas utilizamos en nuestra vida cotidiana. Posteriormente, en la transparencia 67, se introduce una definición formal de protocolo después de hablar de los conceptos de funciones, servicio y primitivas. Introducción 1-10 10

11 ¿Qué es un protocolo? un protocolo humano y un protocolo de red de computador: Hola <fichero> Respuesta de conexión TCP Petición de conexión GET ¿estás ahí servidor? Hola Sí ¿Qué hora es? Dame el fichero X 2:00 Ahí va tiempo Hola P: ¿Otros protocolos humanos? Introducción 1-11 11

12 Tema 1: Índice 1.1 ¿Qué es Internet? 1.2 La frontera de la red
sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1.3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1.6 Historia Introducción 1-12 12

13 Visión detallada de la estructura de red
la frontera de la red: aplicaciones y sistemas terminales redes de acceso, medios físicos: enlaces de comunicación cableados, inalámbricos el núcleo de la red: routers interconectados red de redes Introducción 1-13 13

14 La frontera de la red sistemas terminales (hosts):
ejecuta programas de aplicación ej. Web, correo electrónico en la “frontera de la red” peer-peer cliente/servidor modelo cliente/servidor sistema terminal cliente solicita y recibe un servicio de un servidor “puro” ej. navegador/servidor Web modelo peer-peer: mínimo (o ningún) uso de servidores dedicados ej. Skype, BitTorrent Introducción 1-14 14

15 Redes de acceso y medios físicos
P: ¿Cómo conectar sistemas terminales a un router de frontera? redes de acceso domésticas redes de acceso institutionales (colegio, empresa) redes de acceso móviles Ten en cuenta: ancho de banda (bits por segundo) de acceso a la red? compartida o dedicada? Introducción 1-15 15

16 Acceso telefónico (dial-up modem)
Redes de acceso domésticas Red telefónica Internet Modem de acceso telefónico doméstico Modem del ISP (ej., AOL) PC Central telefónica usa la infraestructura telefónica existente hogar conectado directamente a la central telefónica velocidad máxima de 56Kbps (a menudo menos) no se puede navegar y hacer llamadas telefónicas al mismo tiempo: no “siempre disponible” Introducción 1-16

17 Digital Subscriber Line (DSL)
Redes de acceso domésticas Red telefónica Modem DSL PC doméstico Teléfono Internet DSLAM Línea telefónica existente: telefonía 0-4KHz; 4-50KHz carga de datos; 50KHz-1MHz descarga de datos splitter Central usa la infraestructura telefónica existente velocidad de carga máxima de 1 Mbps (hoy típicamente < 256 kbps) Velocidad de descarga máxima de 8 Mbps (hoy típicamente < 1 Mbps) línea física dedicada hasta la central telefónica Aquí la idea es que, como la mayoría probablemente tenga ADSL en su casa, vean los elementos que intervienen y que probablemente les suenen, pero sin entrar en detalles técnicos de cómo funciona. Movistar 2013 hasta 30 Mb subida y Introducción 1-17 17

18 Cable Redes de acceso domésticas
usa la infraestructura de la televisión por cable en lugar de la infraestructura telefónica HFC: hybrid fiber coax (híbrido de fibra y coaxial) asimétrico: velocidad máxima de descarga de 30Mbps y 2 Mbps de carga red de cable, fibra conecta las casas al router del ISP las casas comparten el acceso al router a diferencia del DSL, el cual tiene un acceso dedicado Introducción 1-18 18

19 Cable Redes de acceso domésticas Típicamente 500 a 5,000 casas 19
Diagram: Introducción 1-19 19

20 Fibra hasta el Hogar Redes de acceso domésticas
enlaces de fibra óptica desde la central telefónica a las casas (fibra directa) proporciona velocidades de acceso a Internet mucho mayores; y servicios de televisión y telefonía dos tecnologías de fibra que compiten: Passive Optical network (PON) Active Optical Network (AON) ONT OLT Central telefónica Splitter óptico Cable de fibra óptica Cables de Internet ONT: Optical Network Terminator OLT: Optical Line Terminator Movistar fibra creo que es AON ( Mbps de descarga) utura%2Bv_segmento%2BAHOG%2Bv_idioma%2Bes%2Bmenu_cab_sup %2Btelevision%2BambitoAcceso%2Bpub,00.html?v_segmento=AHOG&u ri=/on/io/es/trio-futura/tecnologia.html Introducción 1-20 20

21 Ethernet Redes de acceso institucionales
100 Mbps Router institucional al ISP de la institución Conmutador Ethernet 100 Mbps 1 Gbps 100 Mbps servidor típicamente usado en empresas, universidades, etc. También se usan en redes domésticas. 10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps Ethernet actualmente, los sistemas terminales se conectan generalmente a conmutadores (switches) Ethernet Introducción 1-21

22 Redes de acceso inalámbricos
Redes de acceso móviles Redes de acceso inalámbricos la red de acceso inalámbrico compartida conecta los sistemas terminales al router a través de una estación base también conocida como “punto de acceso” LANs inalámbricas: 802.11b/g (WiFi): 11 or 54 Mbps Acceso inalámbrico de área extensa Proporcionado por los operadores de telecomunicaciones ~1Mbps usando la infraestructura de telefonía móvil (EVDO, HSDPA) emergente (?): WiMAX (10’s Mbps) sobre área extensa router estación base aka= also known as EVDO Evolution-Data Optimized o Evolution-Data Only HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), sistemas terminales móviles Introducción 1-22 22

23 Redes domésticas Componentes típicos de una red doméstica:
modem DSL o modem cable router/firewall/NAT Ethernet Punto de acceso inalámbrico Home Station Fibra Óptica Teldat i-1104W (MoviStar) Portátiles (inalámbricos) Normalmente se usa un dispositivo conocido cómo SOHO (Small Office, home Office) que integra a los cuatro, es decir, router, cablemodem/dslmodem/ONT(modem fibra), switch y punto de acceso. En este caso el router frontera es el que tengo en casa, es decir, el más próximo. a/desde el terminal de cabecera de cable modem cable router/ Firewall/NAT Punto de acceso inamlábrico Ethernet Introducción 1-23 23

24 Medios físicos bit: se propaga entre parejas de transmisores y receptores enlace físico: el medio que hay entre el transmisor y el receptor medios guiados: las señales se transportan por un medio sólido: cobre, fibra, coaxial medios no guiados: Las señales se propagan libremente, ej., radio Introducción 1-24 24

25 Medios físicos guiados
Par trenzado (Twisted Pair, TP) dos cables de cobre aislados Categoría 3: cables de teléfono tradicionales, 10 Mbps Ethernet Categoría 5: 100Mbps Ethernet Cable coaxial: dos conductores de cobre concéntricos bidireccional Banda base: un único canal sobre un cable heredado de Ethernet Banda ancha: varios canales sobre un cable HFC Cable de fibra óptica: fibra de vidrio conduciendo pulsos de luz, cada pulso representa un bit alta velocidad de operación: transmisión punto a punto de alta velocidad (ej., 10’s-100’s Gpbs) tasa de error baja: atenuación baja permite repetidores muy espaciados; inmune a las interferencias electromagnéticas Aquí se podría introducir el término banda base y banda ancha, dado que se emplea en la diapositiva. Más adelante hay una transparencia para ello. Cada uno que decida cómo y dónde lo cuenta. Introducción 1-25 25

26 Medios físicos no guiados: radio
Tipos de canales de radio: microondas terrestre ej. canales de 45 Mbps (máximo) WLAN (ej., WiFi) 11Mbps, 54 Mbps área-extensa (ej., móvil) móviles 3G: ~ 1 Mbps satélite velocidad del canal: Kbps to 45Mbps (o varios canales más pequeños) Retraso de extremo a extremo de 270 ms geoestacionarios frente a los de órbita baja terrestre señales transportadas en el espectro electromagnético sin “cable” físico bidireccional efectos del entorno de propagación: reflexión obstrucción por objectos interferencia Introducción 1-26 26

27 Tema 1: Índice 1.1 ¿Qué es Internet? 1.2 La frontera de la red
sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1.3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1.6 Historia Introducción 1-27 27

28 El núcleo de la red malla de routers interconectados
la pregunta fundamental: ¿cómo se transfieren los datos a través de la red? conmutación de circuitos: circuito dedicado por llamada: red telefónica conmutación de paquetes: los datos se envían a través de la red en fragmentos más pequeños (paquetes) Introducción 1-28 28

29 El núcleo de la red: Conmutación de circuitos
recursos de extremo a extremo reservados por “llamada” ancho de banda del enlace, capacidad del router recursos dedicados: sin compartir rendimiento garantizado establecimiento de llamada requerido Introducción 1-29 29

30 El núcleo de la red: Conmutación de circuitos
recursos de red (ej., ancho de banda) dividivido en “partes” partes asignadas a llamadas parte del recurso inutilizado si no es usado por el que realiza la llamada (no se comparte) división del ancho de banda del enlace en “partes” División de frecuencia División de tiempo Introducción 1-30 30

31 Banda base y Banda ancha
MULTIPLEXOR DEMULTIPLEXOR 1 enlace 3 canales Definiciones de banda base y banda ancha y relación con el concepto de multiplexación (se puede introducir aquí aunque se ve en detalle en el tema 3). No se modula Señal original Introducción 1-31 31

32 Conmutación de circuitos: FDM y TDM
4 usuarios Ejemplo: FDM frecuencia tiempo TDM frecuencia tiempo Marco Two simple multiple access control techniques. Each mobile’s share of the bandwidth is divided into portions for the uplink and the downlink. Also, possibly, out of band signaling. As we will see, used in AMPS, GSM, IS-54/136 Introducción 1-32 32

33 División del ancho de banda
El núcleo de la red: Conmutación de paquetes cada flujo de datos de extremo a extremo se divide en paquetes paquetes de distintos usuarios comparten los recursos de la red cada paquete usa el ancho de banda del enlace completo Recursos usados según se necesitan contienda por los recursos: demanda de recursos del conjunto puede exceder la cantidad disponible congestión: colas de paquetes, espera para el uso del enlace store and forward: los paquetes avanzan un paso cada vez el nodo recibe completamente el paquete antes del reenvío División del ancho de banda en “partes” Asignación dedicada Reserva de recursos Introducción 1-33 33

34 Conmutación de paquetes: multiplexación estadística
100 Mb/s Ethernet C A multiplexación estadística 1.5 Mb/s B cola de paquetes esperando el enlace de salida D E la secuencia de paquetes de A y B no tiene un patrón temporal fijo ancho de banda compartido bajo demanda: multiplexación estadística Introducción 1-34 34

35 Conmutación de paquetes: store-and-forward
L R R R se tarda L/R segundos en transmitir (expulsar) paquetes de L bits sobre un enlace de R bps store and forward: el paquete completo debe llegar al router antes de ser transmitido al siguiente enlace retardo = 3L/R (asumiendo un retardo de propagación cero) Ejemplo: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps Retardo de transmisión (extremo a extremo) = 15 s Aquí se introduce el concepto de retraso (delay), pero en otra transparencia más adelante aparece detallado. más sobre retardos en breve … Introducción 1-35 35

36 Conmutación de paquetes frente a conmutación de circuitos
La comnutación de paquetes permite a más usuarios usar la red! Ejemplo: enlace de 1 Mb/s cada usuario: 100 kb/s cuando “activo” activo 10% del tiempo Conmutación de circuitos: 10 usuarios Conmutación de paquetes: con 35 usuarios, probabilidad > 10 activos en el mismo tiempo es menor que N usuarios ….. Enlace 1 Mbps Distribución binomial, P: ¿qué sucede si > 35 usuarios ? Introducción 1-36 36

37 Conmutación de paquetes frente a conmutación de circuitos
Es la conmutación de paquetes un “claro ganador”? ideal para ráfagas de datos se comparten los recursos es más simple, sin establecimiento de llamada congestión excesiva: retardo y pérdida de paquetes se necesitan protocolos para transferir datos de forma fiable, para control de la congestión P: ¿Cómo proporcionar el comportamiento de la conmutación de circuito? garantizar el ancho de banda necesario para aplicaciones de audio y video todavía es un problema sin resolver P: analogías humanas de recursos reservados (conmutación de circuitos) frente a asignación bajo demanda (conmutación de paquetes)? Introducción 1-37 37

38 Estructura de Internet: red de redes
NAP Internet Service Provider (ISP) (Suministrador de Servicio de Internet) Network Access Point (NAP) (Punto de acceso a la red) NSP Regional Service Provider (RSP) (Suministrador de Servicio Regional) Network Service Provider (NSP) (Suministrador de Servicio de Red) RSP ISP Internet Service Providers (ISP) se conectan a los Regional Service Providers (RSP) y estos a los Network Service Providers (NSP). Los NSPs intercambian información de rutas y tráfico a través de lost)Network Access Points (NAP) o Internet Exchage Point (IXPs). Como se ve en las siguientes transparencias es posible que los ISPs gestionen acuerdos con otros RSP o NSP, teniendo conexiones privadas entre ellos. Abonados Abonados Abonados Abonados Abonados Introducción 1-38 38

39 Estructura de Internet: red de redes
Los ISPs o TIER 3 ISP (ISP de Nivel 3) se conectan a los RSP. RSP o ISP de Nivel 2 se conectan a los NSP o ISP de Nivel 1. NSP se interconectan a los NAPs Un NAP es una red de acceso de alta velocidad, típicamente ethernet, a través de la cual los ISPs intercambian rutas y tráfico. También conocido como IXP, Internet Exchange Point o NP (Neutral Point, Punto Neutro). Es posible que los RSP se conecten mediante enlaces privados a otros RSP o NSP. un paquete pasa a través de muchas redes desde el equipo fuente al equipo destino Introducción 1-39

40 Tema 1: Índice 1.1 ¿Qué es Internet? 1.2 La frontera de la red
sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1.3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1.6 Historia Introducción 1-40 40

41 ¿Cómo ocurren las pérdidas y los retardos?
los paquetes se encolan en el buffer del router tasa de llegada de paquetes al enlace excede la capacidad de salida del mismo Paquetes se encolan, esperando su turno paquete siendo transmitido (retardo) Nota A Cómo se verá más adelante en la asignatura además de los routers hay otros dispositivos que introducen retardos. buffer libre (disponible): paquetes que llegan se encolan buffer completo: paquetes no se encolan (pérdida) Paquetes encolados (retardo) B Introducción 1-41 41

42 Cuatro fuentes de retardos
B propagación transmisión procesamiento nodal de cola dnodal = dproc + dcola + dtrans + dprop dproc: procesamiento nodal comprobar errores de nivel de bit Determinar el enlace de salida típicamente < ms dcola: retardo de cola tiempo de espera antes de ser transmitido por el enlace de salida depende del nivel de congestión del router Introducción 1-42 42

43 Cuatro fuentes de retardos
B propagación transmisión procesamiento nodal de cola dnodal = dproc + dcola + dtrans + dprop dtrans: retardo de transmisión: L: longitud del paquete (bits) R: ancho de banda del enlace (bps) dtrans = L/R dprop: retardo de propagación: d: longitud del enlace físico s: velocidad de propagación del medio (~2x108 m/sec) dprop = d/s dtrans y dprop muy diferentes Introducción 1-43 43

44 Retardo de cola (revisado)
promedio R: ancho de banda del enlace (bps) L: longitud del paquete (bits) a: tasa de llegada de paquetes promedio (paquetes por segundo) intensidad de tráfico = La/R La/R ~ 0 La/R ~ 0: retardo de cola promedio pequeño La/R -> 1: retardo de cola promedio grande La/R > 1: llegan más paquetes de lo que se puede servir, retardo de cola infinito! La/R -> 1 Introducción 1-44 44

45 Pérdida de paquetes La cola (buffer) asociada a un enlace tiene una capacidad finita paquetes que llegan a una cola llena se descartan (pierden) paquetes descartados pueden ser retransmitidos por el sistema terminal origen, por el nodo previo o por nadie buffer (área de espera) paquete siendo transmitido A B paquete que llega al buffer lleno se pierde Introducción 1-45 45

46 Tasa de transferencia (extremo a extremo)
tasa de transferencia (throughput): tasa (bits/unidad de tiempo) a la cual los bits son transferidos entre el cliente y el servidor instantánea: tasa en un instante de tiempo determinado promedio: tasa sobre un periodo largo de tiempo tubería puede transportar el fluido a una tasa Rc (bits/s) servidor envía bits (fluido) a la tubería Rs (bits/s) capacidad del enlace Rs bits/s capacidad del enlace Rc bits/s servidor, tiene que enviar un fichero de F bits al cliente Introducción 1-46

47 Tasa de Transfer. ext. a ext. (cont.)
Rs < Rc ¿tasa de transferencia promedio de terminal a terminal? Rs bits/s Rc bits/s Rs > Rc ¿tasa de transferencia promedio de terminal a terminal? Rs bits/s Rc bits/s enlace cuello de botella Es el enlace en la ruta de extremo a extremo que limita la tasa de transferencia extremo a extremo. Introducción 1-47

48 Tasa de transferencia: escenario de Internet
Tasa de transferencia terminal a terminal por conexión: min(Rc,Rs,R/10) en la práctica: Rc o Rs es a menudo el cuello de botella Rs Rs Rs R Rc Rc Rc 10 conexiones comparten el enlace común (en partes iguales) con velocidad R bits/s Introducción 1-48

49 Tema 1: Índice 1.1 ¿Qué es Internet? 1.2 La frontera de la red
sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1.3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1.6 Historia Introducción 1-49 49

50 Capas de protocolos Pregunta: Redes son complejas,
con muchas “piezas”: sistemas terminales routers enlaces de varios medios aplicaciones protocolos hardware, software Pregunta: ¿tenemos alguna esperanza de poder organizar una arquitectura de red? ¿o al menos nuestra exposición sobre la misma? Introducción 1-50 50

51 Organización de un viaje en avión
billete (compra) equipaje (facturación) embarque (carga) despegue control de vuelo billete (reclamación) equipaje (recogida) embarque (descarga) aterrizaje un conjunto de pasos Introducción 1-51 51

52 Disposición en capas de la funcionalidad de una compañía aérea
billete (compra) equipaje (facturación) embarque (carga) despegue control de vuelo Aeropuerto de salida Aeropueto de llegada Centros intermedios de control de tráfico aéreo billete (reclamación) equipaje (recogida) embarque (descarga) aterrizaje equipaje embarque despegar/aterrizar billete Capas o niveles: cada capa implementa un servicio llevando a cabo determinadas acciones dentro de dicha capa utilizando los servicios que proporciona la capa que tiene directamente debajo de ella Introducción 1-52 52

53 ¿Por qué una arquitectura en capas?
Los sistemas son complejos: Una estructura específica permite identificar y relacionar las partes complejas del sistema Un modelo de referencia en capas para análisis y discusión modularización simplifica el mantenimiento y la actualización del sistema Modificar la implementación del servicio de una capa es transparente al resto del sistema ej., cambio en el procedimiento de embarque no afecta al resto del sistema Introducción 1-53 53

54 ¿Cómo se organiza una arquitectura en capas? (I)
EEn cada extremo debe haber una instancia de un determinado nivel, conocido como entidad. CCada nivel realiza un conjunto de tareas, conocidas como funciones No todas las funciones se realizan en cada extremo de la comunicación. ej., en la capa de equipaje esta la función de facturación y la de recogida. Cada nivel ofrece un conjunto de prestaciones (proveedor) al nivel superior (usuario), conocidas como servicios ej., servicio de facturación. El acceso a los servicios de un determinado nivel se realiza a través de una interfaz conocida como SAP (Service Access Point). Facturarción aeropuerto origen Embarque aeropuerto destino Introducción 1-54 54

55 ¿Cómo se organiza una arquitectura en capas? (II)
En cada nivel se utiliza un determinado protocolo para comunicarse con otra entidad del mismo nivel, ofrecer los servicios a su nivel superior y realizar la funciones que tiene encomendadas. Usa los servicios que le ofrece el nivel inferior. En el protocolo se describe: el formato de los mensajes a intercambiar Conocido como PDU (Protocol Data Unit) las reglas de intercambio de mensajes. Ejemplo El término protocolo se definió al principio en la transparencia 10. Ejemplo: En el nivel N existen dos entidades una en el extremo A y otra en el B. El nivel N ofrece servicios a su nivel superior Nivel N+1 a través del SAP de nivel N (N_SAP) y es usuario de los servicios de Nivel N-1 Las entidades de nivel N se comunican mediante el protocolo de nivel N AVMR22/02/13: He modificado la Nivel N + 1 Nivel N Nivel N - 1 ... Extremo A Extremo B Nota Un nivel puede ofrecer distintos servicios. Cada uno usará su propio protocolo N_SAP Protocolo nivel N Entidad de nivel N N_PDU Introducción 1-55 55

56 Servicios ofrecidos por un nivel
Los servicios se especifican formalmente mediante un conjunto de estructuras de información, conocidas como primitivas. tipos: solicitud (request)  emitida por el usuario en origen indicación (indication)  emitida por el suministrador del servicio (por iniciativa propia o no) respuesta (response)  emitida por el usuario en destino confirmación (confirm)  emitida por el suministrador del servicio Extremo A (iniciador) Extremo B solicitud 1 respuesta 3 confirmación 4 indicación 2 Nivel N+1 Nivel N+1 Primitiva mecanismo para poder invocar el servicio. Al definir la primitiva se debe indicar la IDU que se va a utilizar. Nivel N Nivel N Servicio Servicio hacia los niveles de abajo en la transmisión hacia los niveles de abajo en transmisión hacia los niveles de arriba en recepción Introducción 1-56 56

57 Tipos de Servicios confirmados: no confirmados:
Nivel N+1 Nivel N+1 Nivel N confirmados: requieren una respuesta implementan las cuatro primitivas no confirmados: no requieren respuesta implementan solicitud e indicación parcialmente confirmados: responde el proveedor implementan solicitud, indicación y confirmación iniciados por el proveedor: al detectar una condición implementan indicación en ambos sentidos Usuario de N-Servicio Proveedor N-Servicio Usuario de N-Servicio Servicio.Request Servicio.Indication Confirmado Servicio.Response Servicio.Confirmation Servicio.Request No Servicio.Indication Confirmado Servicio.Request Servicio.Indication Parcialmente confirmado Servicio.Confirmation Servicio.Indication Servicio.Indication Iniciado por Estos son los tipos de servicios que se pueden implementar con las cuatro primitivas definidas. Cada tipo de servicio requiere unas primitivas determinadas: Confirmado: requiere implementar las cuatro. P.e. establecimiento llamada telefónica No confirmado: requiere solicitud e indicación. P.e. correo postal Parcialmente confirmado: requiere solicitud, indicación y confirmación. En este caso la confirmación la produce una capa inferior en la misma máquina origen de la solicitud, por eso el servicio no tiene que implementar la primitiva respuesta en la máquina destino. P.e. SMS. Iniciado por el proveedor: requiere sólo indicación. Un ejemplo de este tipo de servicio es que un dispositivo de red envíe información de gestión de motu propio (sin que le sea solicitado previamente, aunque sí configurado por el administrador de la red para que lo haga cada cierto tiempo), de modo que llega en forma de indicación a los dispositivos que están conectados con él o en su misma red. Subiendo por la arquitectura en forma de indicación. P.e. Información Roaming. el proveedor tiempo tiempo Transmisión Transmisión Introducción 1-57 57

58 Arquitectura en capas ¿Cuál es el flujo de información? Nota
Extremo A Extremo B ¿Cuál es el flujo de información? primitiva del N-servicio primitiva del N-servicio Real: Entre niveles adyacentes. A través del SAP. Comunicación vertical. Las PDUs se tienen que encapsular y desencapsular. En el mismo equipo. Lógica: Entre entidades pares. Comunicación horizontal Entre diferentes equipos. Se intercambian PDU. Protocolo capa N N-PDU primitiva del N-1-servicio primitiva del N-1-servicio Entidades par de nivel N Protocolo capa N-1 N-1 -PDU primitiva del N-2-servicio primitiva del N-2-servicio Entidades par de nivel N-1 Protocolo capa N-2 Aquí se presenta un esquema general donde aparecen los conceptos vistos antes (servicio, primitiva, entidades) y se introduce el concepto de unidad de dato de protocolo (PDU) y unidad de dato del servicio (SDU). En transmisión la información viaja hacia abajo en la arquitectura (de niveles superiores a niveles inferiores), y en recepción esa información viaja hacia arriba en la arquitectura (de niveles inferiores a niveles superiores). Cada nivel tiene fijado una PDU y una SDU concreta, con un formato y significado de los campos concretos (esto viene determinado por el protocolo par de ese nivel). La PDU es la unidad de información que se pasa entre niveles (que lleva datos e información de control que sólo entiende una entidad par, que hable el mismo protocolo) y la SDU es lo que cada nivel considera como dato que proviene del nivel superior. Hay que tener en cuenta que para cada nivel, lo que se recibe del nivel superior son datos que no hay que “interpretar” (lo interpretará cuando llegue al destino la entidad homóloga o par). N-2 -PDU Entidades par de nivel N-2 Nota A las entidades de un mismo nivel se conocen como entidad par Introducción 1-58 58

59 SAP: Service Access Point
Encapsulación IDU: Interface Data Unit ICI: Interface Control Information PCI: Protocol Control Information SDU: Service Data Unit UD: User Data Emisor (N+1)-PDU SAP: Service Access Point (N)-ICI Nivel N+1 (N)-SAP (N)-IDU Encapsulación (N)-ICI (N)-SDU Nivel N (N)-PCI Aquí se describe con un esquema cómo se produce el proceso de encapsulamiento de la información al transmitir (de nivel superior a inferior). Para que la unidad de dato de protocolo (PDU) pase del nivel N+1 al nivel N, la capa N+1 debe añadir una cabecera (información de control) que se llama ICI (Información de control del Interfaz). Esa información SOLO vale para pasar por el punto de acceso al servicio (SAP) y la capa N la quita al pasar por el mismo, quedándose con la PDU original que se quiere transmitir desde el nivel N+1. AVMR: la ICI es necesaria para que el nivel inferior puede ofrecer el servicio, en el siguiente tema en el ejemplo del programación aparece. De alguna manera la ICI es el mecanismo que tienen dos capas adyacentes de pasarse información. Por ejemplo IP requiere para enviar datagramas la dirección IP del destino, esa dirección se obtiene del usuario final (p.e. cuando escribe el url en un navegador) y hay que pasarla de nivel a nivel. La N+1-PDU es la N-SDU, ya que cuando la N+1-PDU llega al nivel N, éste lo considera como dato (sin meterse a interpretar nada). Como ese dato va dirigido a una entidad de la capa N+1 en otra máquina, el nivel N lo que hace el propagar el dato hacia abajo, construyendo la N-PDU con esa N- SDU y una cabecera propia del nivel N (información de control). A esta cabecera se le denomina N-PCI (Información de Control del Protocolo). Esta cabecera es la que usará la entidad de nivel N para saber qué hace con el dato que le llega. Al juntar N-PCI con N-SDU, la capa N produce la N- PDU, que a su vez será transmitida a través de un SAP al nivel N-1 y así sucesivamente hasta llegar al nivel físico, que es el encargado de inyectar la información en el medio de la manera que sea (señal eléctrica, lumínica o electromagnética). OJO: que este ejemplo es SIN que exista segmentación/reensamblaje de la N-SDU (se explica dos transparencias más adelante). (N)-UD (N)-PDU Introducción 1-59 59

60 Desencapsulación Receptor Desencapsulación Nivel N+1 Nivel N
IDU: Interface Data Unit ICI: Interface Control Information PCI: Protocol Control Information UD: User Data (N+1)-PDU (N)-ICI Nivel N+1 (N)-SAP (N)-IDU Desencapsulación (N)-ICI (N)-SDU Nivel N (N)-PCI Este es el proceso inverso: la recepción de la información (desde niveles inferiores a superiores). Cada nivel usa la cabecera (PCI) para saber qué hacer con la parte de “datos” de la N-PDU que le llega (se denomina formalmente la UD: Dato de Usuario). Al igual que antes, para subir a un nivel, hay que usar el SAP. Para ello el nivel de abajo coloca el ICI y el nivel de arriba lo quita. (N)-UD (N)-PDU Introducción 1-60 60

61 Fragmentación Emisor Nivel N+1 Nivel N (N+1)-PDU (N)-ICI Encapsulación
IDU: Interface Data Unit ICI: Interface Control Information PCI: Protocol Control Information UD: User Data (N+1)-PDU (N)-ICI (N)-SDU Nivel N Nivel N+1 Encapsulación (N)-SAP (N)-IDU (N)-PDU (N)-PCI Este esquema ilustra cómo es el proceso de encapsulamiento y descencapsulamiento en el caso de que haya que segmentar la N-SDU (dividirla en varios trozos). ¿Cuándo se da este caso? Cuando longitud N-SDU > longitud N-UD. La longitud en bits del dato de usuario dentro de una PDU viene definida en el protocolo, luego un determinado nivel N tendrá definida una longitud específica para su N-PDU, por lo que la N-UD puede ser menor que el dato que viene del nivel superior. En ese caso es necesario segmentar o fragmentar en origen y reensamblar en destino. ¿Cómo se puede hacer después el reensamblaje en destino? Porque en las N-PCIs que se generan para enviar toda la N-SDU va información de control para que en destino ese mismo nivel pueda hacer el reensamblaje. Siempre se hace el reensamblaje en el nivel que fragmenta pero en la máquina destino. En la siguiente transparencia se ilustra la recepción. (N)-PDU Introducción 1-61 61

62 Reensamblaje Receptor Nivel N+1 Nivel N (N+1)-PDU (N)-ICI
IDU: Interface Data Unit ICI: Interface Control Information PCI: Protocol Control Information UD: User Data (N+1)-PDU (N)-ICI Nivel N+1 (N)-SAP (N)-IDU Desencapsulación (N)-ICI Nivel N (N)-SDU (N)-PCI A título informativo. Además de la fragmentación/ensamblaje existen otras relaciones: Concatenación/Separación: Varias N_PDUs se transportan en una única N-1-SDU Bloqueo/Desbloqueo: Varias N_SDUs se transportan en un única N_PDU (N)-PDU Introducción 1-62

63 ¿Cuántas capas son necesarias?
Depende del conjunto de funciones que se desee que tenga la arquitectura de red. Dos arquitecturas de red: TCP/IP la utilizada en Internet. Se compone de cinco capas. Describe funciones, servicios y protocolos Modelo de referencia OSI (Open System Interconnection). Se compone de siete capas. Estándar de ISO (International Organization for Standardization). Describe funciones y servicios. En OSI no se describen protocolos concretos. Introducción 1-63 63

64 Pila de protocolos de Internet
aplicación: soporta las aplicaciones de red. Sirve de interfaz con el usuario final FTP, SMTP, HTTP, DNS transporte: transferencia de datos extremo a extremo entre procesos TCP, UDP red: direccionamiento y enrutado de datagramas de origen a destino IP, protocolos de rutado enlace: transferencia de datos entre elementos de red “cercanos” Ethernet, (WiFi), PPP física: bits “en el cable” aplicación transporte red enlace física A_PDU mensaje T_PDU segmento R_PDU datagrama E_PDU trama Introducción 1-64 64

65 Modelo de referencia ISO/OSI
presentación: permite que las aplicaciones interpreten el significado de los datos, ej., encriptación, compresión, codifica datos en modo estándar sesión: sincronización, puntos de comprobación, recuperación del intercambio de datos pila de Internet “omite” estas capas! estos servicios, si son necesarios, deben ser implementados en aplicación ¿necesarios? aplicación presentación sesión transporte red enlace física Introducción 1-65 65

66 ¿Cómo se implementan las capas?
Nota No todos los niveles están en todos los dispositivos que se usan en Internet. aplicación transporte red enlace física Programas Software Sistema Operativo Nota Al hardware que implementa el nivel de enlace y físico se conoce como interfaz de red, tarjeta de red o NIC (Network Interface Card). hardware Programas que implementan las aplicaciones en red. Introducción 1-66 66

67 Arquitectura en capas: Internet
Ejemplo: Dos sistemas finales interconectados por un router. origen destino aplicación transporte red enlace física mensaje M M aplicación transporte red enlace física segmento Ht M Ht Ht M datagrama Ht Hn M Hr Ht Hr M trama Ht Hr He M Ht Hr He M red enlace física Ht Hr M Ht Hr He M La PCI de nivel de enlace está de otro color para poner de manifiesto que no tiene porqué coincidir con la que se use en el origen. Las Hx representan la PCI de nivel x. router Nota Hx = X_PCI M = A_PCI(Ha) + Datos Usuario (UD) Ejemplo UD: Asunto/cuerpo de un e_mail Texto de un mensaje WhatsApp Medio físico Introducción 1-67 67

68 Arquitectura en capas: Internet
Ejemplo: Dos sistemas finales interconectados por un router. origen destino Protocolo aplicación aplicación transporte red enlace física aplicación transporte red enlace física Protocolo transporte Protocolo red red enlace física Protocolo red Protocolo enlace Protocolo enlace Protocolo físico Protocolo físico router Introducción 1-68 68

69 Tema 1: Índice 1.1 ¿Qué es Internet? 1.2 La frontera de la red
sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1.3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1.6 Historia Introducción 1-69 69

70 Historia de Internet : principios de la conmutación de paquetes 1961: Kleinrock – teoría de colas muestra la eficacia de la conmutación de paquetes 1964: Baran – conmutación de paquetes en redes militares 1967: ARPAnet concebido por la Advanced Research Projects Agency 1969: primer nodo ARPAnet operacional 1972: demostración pública ARPAnet NCP (Network Control Protocol) primer protocolo de equipo a equipo primer programa de correo electrónico ARPAnet tiene 15 nodos Introducción 1-70 70

71 Historia de Internet : interconexión de redes, redes nuevas y propietarias 1970: red de satélite ALOHAnet en Hawaii 1974: Cerf and Kahn - arquitectura para interconectar redes 1976: Ethernet de Xerox PARC finales 70’s: arquitecturas propietarias: DECnet, SNA, XNA finales 70’s: conmutación de paquetes de longitud fija (precursor ATM) 1979: ARPAnet tiene 200 nodos Cerf and Kahn’s principios de la interconexión de redes: minimalismo, autonomía – no se requieren cambios internos para interconectar redes modelo de mejor esfuerzo stateless routers control descentralizado define la arquitectura de Internet actual Introducción 1-71 71

72 Historia de Internet : nuevos protocolos, proliferación de redes 1983: despliegue de TCP/IP 1982: se define el protocolo smtp (correo electrónico) 1983: se define DNS para la traducción de nombre a dirección IP 1985: se define el protocolo ftp 1988: Control de la congestión TCP nuevas redes nacionales: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel 100,000 equipos conectados a la confederación de redes Introducción 1-72 72

73 Historia de Internet 1990, 2000’s: comercialización, the Web, nuevas aplicaciones principios 1990’s: ARPAnet fuera de servicio 1991: NSF levanta las restricciones sobre el uso comercial de NSFnet (fuera de servicio, 1995) principios 1990s: Web hipertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s] HTML, HTTP: Berners-Lee 1994: Mosaic, más tarde Netscape finales 1990’s: comercialización de la Web finales 1990’s – 2000’s: más aplicaciones: mensajería instantánea, compartición de ficheros P2P seguridad de la red en primer plano est. 50 millones equipos, más de 100 millones usuarios enlaces backbone funcionando a Gbps Introducción 1-73 73

74 Historia de Internet 2010: ~750 millones de equipos
voz, video sobre IP aplicaciones P2P: BitTorrent (compartir ficheros) Skype (VoIP), PPLive (video) más aplicaciones: YouTube, gaming, Twitter conexión inalámbrica, movilidad Introducción 1-74 74

75 Resumen cubierta gran cantidad de material! ahora conoces:
descripción general de Internet ¿qué es un protocolo? frontera y núcleo de la red, redes de acceso conmutación de paquetes frente a conmutación de circuitos arquitectura de Internet rendimiento: pérdidas, retrasos, tasa de transferencia capas, modelos de servicio historia ahora conoces: contexto, visión general, la “esencial” de la red mayor profundidad y detalles a continuación! Introducción 1-75 75

76 EJERCICIOS Redes de Computadores
Departamento de Tecnología Electrónica Redes de Computadores Tema 1: Redes de Computadores e Internet EJERCICIOS Esta sección te la mando en un par de días porque aún no tengo clara la selección. Si veo que está apurado lo pasaría yo directamente a castellano. Lo mismo con el laboratorio. Introducción 1-76 76

77 TDM ¿Cuánto se tarda en enviar un fichero de bits (640 Kb) desde un sistema final A al B sobre una red de conmutación de circuitos? velocidades de todos los enlaces: 1,536 Mbps cada enlace usa TDM con 24 particiones/marco 500 ms para establecer el circuito de terminal a terminal A trabajar! Introducción 1-77 77

78 Retardo de extremo a extremo
Considerar un paquete de longitud L transmitido por un sistema terminal A que pasa a través de tres enlaces hasta alcanzar el sistema terminal destino. Los tres enlaces se conectan a través de dos router en una red de conmutación de paquetes. Considerando que di, si y Ri denotan la longitud, la velocidad de propagación y la velocidad de transmisión del enlace i, para i=1,2,3, que los routers retrasan cada paquete dproc, y asumiendo que no hay retardos de colas, en términos de di, si y Ri (i=1,2,3) y L, ¿cuál el retardo total de extremo a extremo para el paquete? Suponer ahora que la longitud del paquete es 1500 bytes, la velocidad de propagación en los enlaces es 2.5x108 m/s, la velocidad de transmisión es 2 Mbps, el retardo de procesamiento del router es 3 ms, la longitud del primer enlace es 5000 km, la del segundo 4000 km y la del tercero 1000 km. Para estos valores, ¿cuál es el retardo de extremo a extremo? Problema 9 del libro en castellano (página 71). Problem 12 from English version (page 101). OJO: Las versiones de los problemas en el libro en castellano y en inglés difieren en cuanto a los valores de los parámetros que se dan para resolver el problema. Yo he cogido los valores para los parámetros de la versión del libro en castellano, que es de lo que tenemos las soluciones (aquellas que mandó Vero a final del cuatrimestre pasado). Tampoco coincide la numeración de los ejercicios y problemas de ambos libros. Introducción 1-78 78

79 Retardo de cola Un router en una red conmutación de paquetes recibe un paquete y determina el enlace de salida al cual el paquete debe reenviarse. Cuando el paquete llega, otro paquete se está transmitiendo por ese enlace de salida (la mitad se ha transmitido) y tres más están esperando para ser transmitidos. Los paquetes se transmiten por orden de llegada. Suponiendo que todos los paquetes tiene una longitud de bytes y que la velocidad del enlace es de 2Mbps. ¿Cuál es el retardo de cola del paquete? De forma general, ¿cuál es el retardo de cola cuando todos los paquetes tienen longitud L, la velocidad de transmisión es R, x bits del paquete que se está transmitiendo se han transmitido, y n paquetes están ya en la cola? Problema 11 del libro en castellano (página 72). Problem 16 from English version (page 102). Introducción 1-79 79

80 Encapsulamiento y fragmentación
Suponga que, en el modelo OSI, un protocolo de nivel de enlace de datos tiene limitado el tamaño máximo de la E_SDU a 1000 bytes, y que el protocolo de nivel de red no limita el tamaño máximo de las R_SDUs a su nivel superior. Si las T_PDUs tienen siempre un tamaño de bytes y la R_PCI ocupa 100 bytes, ¿Cuántas R_PDUs enviará el nivel de red? ¿Qué contendrá cada R_PDU ? (Nota: Las R_PDUs que se envíen deben ser del tamaño máximo posible) Este ejercicio es de examen de ARC1: 1ª convocatoria ordinaria 2007/2008, Febrero 2008 En la siguiente transparencia está la solución. Introducción 1-80 80

81 Segmentación En las redes de conmutación de paquetes modernas, el host de origen segmenta los mensajes largos de la capa de aplicación (por ejemplo, una imagen o un archivo de música) en paquetes más pequeños y los envía a la red. Después, el receptor ensambla los paquetes para formar el mensaje original. Este proceso se conoce como segmentación de mensajes. La figura ilustra el transporte terminal a terminal de un mensaje con y sin segmentación del mensajes. Equipo origen Conmutador de paquetes Equipo destino Paquete con segmentación Paquete sin segmentación Si sobra tiempo en la clase de problemas se puede hacer este otro y hacer in situ algún ejemplo con el Applet Message Segmentation que está en la web del libro. Si no diera tiempo se puede dejar como tarea para casa y preguntar algo al respecto en el test del siguiente día. Problema 30 (página 75) Problem 24 (pg 103/104) Introducción 1-81 81

82 Segmentación Considerar que se envía un mensaje cuya longitud es 8x106 bits desde el origen hasta el destino mostrados en esa figura. Suponga que cada enlace mostrado es de 2 Mbps. Ignore los retardos de propagación, de cola y de procesamiento. Suponga que el mensaje se transmite desde el origen al destino sin segmentarlo. ¿Cuánto tarda el mensaje en desplazarse desde origen hasta el primer router? Teniendo en cuenta que cada router usa el método de store and forward, ¿cuál es el tiempo total que invierte el mensaje para ir desde el equipo origen al destino? Suponer que el mensaje se segmenta en 4000 paquetes y que la longitud de cada uno es bits. ¿Cuánto tarda el primer paquete en desplazarse desde el origen hasta el primer router? Cuando se está enviando el primer paquete del primer router al segundo, el host de origen envía un segundo paquete al router. ¿en qué instante de tiempo habrá recibido el primer router el segundo paquete completo? ¿Cuánto se tarda en transmitirse el archivo desde el host origen al destino cuando se emplea la segmentación de mensajes? Compare este resultado con la respuesta del primer apartado y coméntelo. Comentar los inconvenientes de la segmentación de mensajes. Si sobra tiempo en la clase de problemas se puede hacer este otro y hacer in situ algún ejemplo con el Applet Message Segmentation que está en la web del libro. Si no diera tiempo se puede dejar como tarea para casa y preguntar algo al respecto en el test del siguiente día. Problema 30 (página 75) Problem 24 (pg 103/104) Introducción 1-82 82