Teoría de las Comunicaciones 1 Claudio Enrique Righetti Primer Cuatrimestre 20-marzo-2012 Departamento de Computación Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires Teoría de las Comunicaciones ( a.k.a Redes)

2 Estructura ad-hoc Teoría de las Comunicaciones –Elementos de Teoría estadística de la Información y Codificación –Principio físicos de la transmisión de datos – Nivel Físico. Procesamiento de Señales. Redes de Computadoras –Aplicaciones,Seguridad en Redes. –Protocolos de Transporte –Protocolos de Red, Congestión –Protocolos de acceso a medios compartidos –Protocolos punto a punto Teoría de las Comunicaciones

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4 Teoría de la Información Concepto de Información. Fuentes de Información de Memoria Nula. Entropía. Extensión de una Fuente de Información. Fuentes de Markov. Estructura del Lenguaje. Códigos: Bloque y Convolucionales.Instantáneos. Longitud de un Código. Inecuación de Kraft. Relación entre la entropía de una fuente de Información y la Longitud Media del código propuesto. Codificación de Huffman. Teoremas de Shannon. Teoría de las Comunicaciones C. E. Shannon, "A Mathematical Theory of Communication” Bell System Technical Journal, vol. 27, pp and , July and October, Reprinted with corrections from The Bell System Technical Journal,

1°. Conceptos Básicos Teoría de la Información (cont.) 2°. Teorema de codificación de Una fuente 4°. Teorema de la Capacidad De un canal K- 3°. Teorema de Codificación de un canal, ()

6 Nivel Físico – Procesamiento de Señales Ancho de banda. Serie de Fourier. Introducción a la Transformada de Fourier. Medios de transmisión guiados y no guiados. Punto a Punto y Compartidos (Broadcast). Transmisión analógica: Red telefónica. Modems. Modulación: Fase, Frecuencia, Amplitud y QAM. Conversión Analógica/Digital. Teorema de Nyquist. Transmisión digital: PCM. Transmisiones sincrónicas y asincrónicas. Full y Half Duplex. Capacidad de Transmisión y Latencia. Producto delay-ancho de banda Teoría de las Comunicaciones

7 Redes de Computadoras

La mas grande red de redes del mundo. Utiliza los protocolos TCP (Transport Control Protocol) /IP y conmutación de paquetes (packet switching). Funciona sobre cualquier subsistema de comunicaciones [1] Que es Internet ?? [1] Vinton Cerf, Co-Creador de TCP/IP, circa 1990

9 Control de Congestion !!!! Causas de la congestión. Cola M/M/1. Control de flujo vs Control de congestión. Taxonomía de Yang y Redan. Soluciones de lazo cerrado y abierto. Concepto de sistemas realimentados. Métricas a sensar. Realimentación implícita y explicita. Soluciones. Traffic Shaping. Leaky bucket. Algoritmo Token bucket. Disciplinas de colas. Mecanismos de CC en TCP y SCTP Teoría de las Comunicaciones

10 Niveles - Protocolos Teoría de las Comunicaciones Aplicación Transporte Red Enlace Ethernet y Wi-Fi IP, Protocolos de Ruteo TCP, UDP y SCTP Web, Correo, Servidor de nombres, etc Físico Ethernet y Wi-Fi

11 Seguridad Teoría de las Comunicaciones Aplicación Transporte Red Enlace WEP, WPA, WPA2 IPSEC SSL/TLS SSH, PGP, S/MIME Marco de Trabajo Algoritmos criptográficos Firma Digital Firewalls

Teoría de las Comunicaciones 12 Guías de Ejercicios y Talleres

13 Guías de Ejercicios ( 2C -2011) Práctica 1: Fundamentos, Enlaces Punto a Punto y LAN Switching. Práctica 2: Packet Switching. Práctica 3: MPLS. Práctica 4: Performance y QoS. Práctica 5: Protocolos End to end. Práctica 6: Aplicaciones y Seguridad. Práctica 7: Nivel Físico y Teoría de la información. Teoría de las Comunicaciones

14 Talleres 1C 2012 ( temas tentativos) 1er Taller - Nivel de enlace : ARP Spoofing. ARP Poisoning STP mangling. VLan hopping. 2do Taller - Nivel Red : Estimacion de RTT, Smurf attack. Implementar MTU Path Discovery y Traceroute. 3er Taller - Nivel Transporte : SYN Flood DoS.SYN Os detection. 4to Taller - Nivel Aplicación : Replay attacks sobre aplicaciones web. Session riding. Cross-site session request forgery. Fuzzing web services Teoría de las Comunicaciones

15 Desafíos Ley de Nielsen Limites de la red cambiaron : el acceso a Internet con varios dispositivos. Es común un modem con un Access point Wi-Fi, una PC conectada vía cable, notebook, Telefonía IP, Nintendo Wii, iPod etc La congestión !! ………………………………………… Teoría de las Comunicaciones

16 Preguntas ??

“Cuando se proclamó que la Biblioteca abarcaba todos los libros, la primera impresión fue de extravagante felicidad. Todos los hombres se sintieron señores de un tesoro intacto y secreto. No había problema personal o mundial cuya elocuente solución no existiera: en algún hexágono.” Jorge Luis Borges, « La Biblioteca de Babel »

Y tuvimos las redes de energía eléctrica …. Prime Minister Gladstone (a Victorian) was sent to see Michael Faraday in the Royal Institution. He was shown a dynamo and some flickering needles. Gladstone:- "This electricity stuff is all very well, Mr Faraday, but what use is it?" Faraday:- "One day, Mr Gladstone, you will be able to tax it".

Algunos Hitos y “predicciones”…. 1836: Telégrafo de Samuel Morse 1861: Crecimiento explosivo de la red telegráfica en Europa y Estados Unidos 1876: Teléfono de Alexander Graham Bell “Este teléfono” tiene muchos inconvenientes para que pueda ser considerado seriamente como un medio de comunicación. El dispositivo, de por sí, no tiene valor para nosotros”(Memorando interno de la compañía Eléctrica Western Union en 1876) No olvidar al Italiano residente en USA que no tuvo plata para patentar el teléfono. 1893: Surgimiento de AT&T 1897: Tubo de rayos catódicos (inventado por K. F. Braun) 1901: Telegrafía inalámbrica transatlántica (G. Marconi)

Mas predicciones ….. “640 Kilobytes de memoria RAM deben ser suficientes para cualquiera”. Bill Gates. Microsoft “Pienso que en el mundo puede que haya mercado para cinco computadores”. Thomas J. Watson. Presidente de IBM 1943

Algunos Hitos y “predicciones” (cont.)…. 1906: Lee de Forest y el amplificador valvular “Mientras que la TV es técnica y teóricamente factible, desde el punto de vista comercial y financiero es un desastre”. (Dr. Lee de Forest) 1915: Enlace telefónico transcontinental 1916: Máquina teletipo (télex) 1919: Primeras transmisiones comerciales de radio 1927: Televisión de J. L. Baird 1947: John Barden, Walter Brattain y William Shockley inventan el transistor, recibiendo el Premio Nobel de Física en 1956

Erlang Agner K. Erlang (1878 – 1929) Copenhagen Telephone Company 1908 El trabajo fundacional: “The Theory of Probalilities and Telephone Conversations”, Erlang unidad de tráfico

Central de conmutación de circuitos ….

Que son las redes de comunicaciones?

Algunos Trabajos fundacionales …. Kleinrock, L. "Models for Computer Networks", Conference Record, IEEE International Conference on Communications, Boulder, Colorado, pp to 21-16, June 1969 Kleinrock, L. and W. Naylor, "On Measured Behavior of the ARPA Network", AFIPS Conference Proceedings, Vol. 43, National Computer Conference, Chicago, Illinois, May 1974, AFIPS Press, Montvale, New Jersey, pp , 1974

Inicios de la conmutación de paquetes..

[1] Larry L. Peterson and Bruce S. Davie Computer Networks: A Systems Approach. Third Edition.The Morgan Kaufmann Series in Networking, David Clark, Series Editor, 2003 Una definición recursiva[1]………….

Bloques … Nodos: PC, hardware dedicado,etc… –hosts –switches Enlaces: cable coaxial, fibra óptica… –Punto a punto –Acceso Múltiple ■ ■ ■ (a) (b)

Redes Conmutadas –Dos o mas nodos conectados por un enlace, o…  dos o mas redes conectada por un nodo Una red se puede definir recursivamente...

Paradigmas ( cont..) –Conmutación de circuitos. La conexión solo se establece cuando se necesita, pero mientras hay conexión el “ancho de banda” está reservado al usuario tanto si lo usa como si no. Subutilización de la infraestructura. –Conmutación de paquetes. El ancho de banda disponible es compartido por diversos usuarios, de forma que se multiplexa tráfico. Se pueden generar circuitos virtuales. El ancho de banda no está reservado y hay un mayor aprovechamiento de la infraestructura.

Conmutación de Paquetes: direccionamiento y ruteo (Routing) Dirección: byte-string que identifica un nodo –Generalmente única Ruteo: proceso de reenvío de un mensaje a su nodo destino basado en su dirección Tipos de direccionamiento –unicast: a un nodo especifico –broadcast: a “todos los nodos de la red” –multicast: a un subconjunto de nodos de la red

Multiplexación ( Multiplexing) Multiplexación por división de tiempo ( Time- Division Multiplexing, TDM) Multiplexación por división de Frecuencia ( Frequency-Division Multiplexing, FDM)

FDM y TDM FDM Frecuencia Tiempo TDM Frecuencia Tiempo 4 usuarios Ejemplo:

Multiplexación Estadística “división del tiempo bajo demanda” Paquetes de diferentes fuentes “comparten” el enlace Se encolan los paquetes que “compiten” por el enlace Cuando hay “buffer overflow” decimos que tenemos congestión ■ ■ ■

Taxonomía de la red Redes de telecomunicaciones Redes de conmutación de circuitos FDM TDM Redes de conmutación de paquetes Redes con VC Redes de datagramas Las Redes de datagramas no se encuentran orientadas a conexión, ni carecen de ella. Internet aporta a las aplicaciones tanto servicios orientados a conexión (TCP) como servicios sin conexión (UDP).