SERVICIOS Y SISTEMAS TELEMÁTICOS INTRODUCCION CURSO DOCTORADO: SERVICIOS Y SISTEMAS TELEMÁTICOS Santiago Felici Doctorado: Sistemas y Servicios Telemáticos

Procesadores ubicados Clasificación de las redes por su ámbito Distancia entre procesadores Procesadores ubicados en el mismo ... Ejemplo 1 m Sistema Multiprocesador 10 m Habitación LAN 100 m Edificio 1 Km Campus 10 Km Ciudad MAN (o WAN) 100 Km País WAN 1.000 Km Continente 10.000 Km Planeta Es bastante habitual clasificar las redes por su ámbito, es decir por el alcance máximo para le cual se han diseñado. En este sentido se suele hablar de redes locales (LAN, Local Area Networks) y redes de área extensa o WAN (Wide Area Network). En ocasiones se describe una categoría intermedia denominada MAN (Metropolitan Area Networks), aunque hay muy pocas tecnologías que incluyan en este grupo. En realidad es inexacto realizar una división de las redes o tecnologías en base a la distancia, como se pretende hacer en la tabla de esta diapositiva, ya que se pueden encontrar muchos ejemplos en los que las tecnologías tradicionalmente consideradas WAN se utilizan en distancias cortas. Análogamente las redes LAN pueden utilizarse para cubrir distancias de cientos de kilómetros. Por eso probablemente la mejor clasificación de redes LAN y WAN se pueda efectuar en base al objetivo de diseño; si es el transporte de datos normalmente se trata de una LAN, mientras que si es el transporte de voz generalmente se trata de una WAN.

Redes de área local o LAN (Local Area Network) Características: Generalmente son de tipo broadcast (medio compartido) y con alto ancho de banda Cableado normalmente propiedad del usuario Diseñadas inicialmente para transporte de datos Ejemplos: Ethernet (IEEE 802.3): 1, 10, 100, 1000 Mb/s, 10GE Token Ring (IEEE 802.5): 1, 4, 16, 100 Mb/s FDDI: 100 Mb/s HIPPI: 800, 1600, 6400 Mb/s Fibre Channel: 100, 200, 400, 800 Mb/s Redes inalámbricas por radio (IEEE 802.11): 1, 2, 5.5, 11 Mb/s Topología en bus (Ethernet) o anillo (Token Ring, FDDI)

Topologías LAN típicas Ordenador (Host) Ordenador (Host) Cable Cable Bus (Ethernet) Anillo (Token Ring, FDDI)

Redes de área extensa o WAN (Wide Area Network) Se caracterizan por utilizar normalmente medios telefónicos, diseñados en principio para transportar la voz. Son servicios contratados normalmente a operadoras (Telefónica, Retevisión, Ono, BT, Uni2, etc.). Las comunicaciones tienen un costo elevado, por lo que se suele optimizar su diseño y los anchos de banda son limitados. Normalmente utilizan enlaces punto a punto temporales o permanentes, salvo las comunicaciones vía satélite que son broadcast. También hay servicios WAN que son redes de conmutación de paquetes.

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

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

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

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

Protocolos y redes del modelo TCP/IP inicial Capa (nombre OSI) Telnet Aplicación FTP DNS SMTP Protocolos TCP UDP Transporte IP Red Física y Enlace Redes ARPANET SATNET Packet LAN

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

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

Acceso a un servidor Web a través de una conexión remota (modelo híbrido) Capa HTTP 5 Aplicación Aplicación TCP 4 Transporte Transporte IP IP IP 3 Red Red Red Red IEEE 802.3 IEEE 802.5 PPP 2 Enlace Enlace Enlace Enlace IEEE 802.3 IEEE 802.5 V.35 1 Física Física Física Física Cliente LAN Token Ring Servidor LAN Ethernet

Servicio orientado y no orientado a conexión Un Servicio orientado a conexión (CONS) establece el canal antes de enviar la información. Ejemplo: llamada telefónica. Un Servicio no orientado a conexión (CLNS) envía los datos directamente sin preguntar antes. Si la comunicación no es posible los datos se perderán. Ejemplo: servicio postal o telegráfico Un aspecto fundamental de toda red es el tipo de servicio que ofrece, que puede ser orientado a conexión o no orientado a conexión. En el servicio orientado a conexión o CONS (Connection Oriented network Service) la entidad que desea enviar la información debe en primer lugar establecer el canal de comunicación (también llamado circuito) antes de mandar los datos. Existe por tanto una llamada previa a la comunicación. Cuando la comunicación no es posible la llamada fracasa, por lo que si conseguimos conectar tenemos una seguridad razonable de que podremos comunicar. Un ejemplo de red que ofrece un servicio orientado a conexión es la red telefónica tradicional. Por el contrario en un servicio no orientado a conexión o CLNS (Connectionless Network Service) la información se envía sin efectuar ningún contacto previo. Podría suceder que la comunicación no fuera posible, en cuyo caso los datos se perderían. Un ejemplo de red no orientada a conexión es el servicio postal o el telegráfico.

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

Servicios de comunicación WAN Líneas dedicadas Es la solución más simple, máximo rendimiento Adecuada si hay mucho tráfico de forma continua Costo proporcional a la distancia y a la capacidad (tarifa plana) Velocidades: 64, 128, 256, 512 Kb/s, 2 Mb/s, 34 Mb/s (simétricos full-duplex) Conmutación de circuitos (Red Telefónica Conmutada, RTC). Puede ser: RTB (Red Telefónica Básica): hasta 56/33,6 Kbps (asimétrico) RDSI (o ISDN): canales de 64 Kbps GSM: 9,6 Kbps Costo proporcional al tiempo de conexión (y a la distancia)

Red de conmutación de paquetes orientada a conexión (con circuitos virtuales) Línea punto a punto Host Switch Switch DTE Host Host DCE DCE Circuito virtual Switch DTE Switch DCE DCE Host Switch Host Switch Router DTE DCE DTE DCE DTE: Data Terminal Equipment DCE: Data Communications Equipment

B-ISDN y ATM RDSI (o ISDN, Integrated Services Digital Network) es una red que integra voz y datos digital. B-ISDN (o RDSI-BA) es un concepto: red de alta capacidad con posibilidad de cursar tráfico multimedia (voz, datos, video, etc.) En 1986 la CCITT, actualmente ITU-T, eligió la tecnología ATM para implementar las redes B-ISDN ATM es un servicio de conmutación de celdas (paquetes pequeños y todos del mismo tamaño). Especialmente adaptado para tráfico a ráfagas (‘bursty traffic’) Una celda 53 bytes (5 de cabecera y 48 de datos). A nivel físico utiliza preferentemente SONET/SDH (155,52 Mb/s) Gran control sobre tipos de tráfico, posibilidad de negociar prácticamente todos los parámetros de QoS, prioridades, etc. La creación del ATM Forum en 1991 implicó a los fabricantes de equipos, lo cual dio un gran impulso a la tecnología ATM.

Características de ATM Voz Datos Celdas (53 bytes) Vídeo Utiliza celdas (tamaño fijo) Servicio orientado a conexión Soporta multitud de facilidades de control Tecnología WAN utilizada también en LAN (ej LANE o Classical IP over ATM), a diferencia de X.25 o Frame Relay

Nivel de red en Internet El Nivel de Red en Internet está formado por: El protocolo IP: IPv4, IPv6 Los protocolos de control, ej.: ICMP, ARP, RARP, BOOTP, DHCP, IGMP Los protocolos de routing, ej.: RIP, OSPF, IS-IS, IGRP, EIGRP, BGP Toda la información en Internet viaja en datagramas IP (v4 ó v6)

Cabecera de un datagrama IPv4 32 bits Cabecera de un datagrama IPv4 Versión: siempre vale 4, por ser IPv4. En IPv6 vale 6 Longitud Cabecera: en palabras de 32 bits (mínimo 5, máximo 15) Longitud total: en bytes, máximo 65535 (incluye la cabecera) Identificación, DF, MF, Desplaz. Fragmento: campos de fragmentación Tiempo de vida: contador de saltos hacia atrás (se descarta cuando es cero) Checksum: de toda la cabecera (no incluye los datos) La cabecera de un datagrama IP contiene información que deben interpretar los routers. El tamaño de la cabecera es normalmente de 20 bytes, pudiendo llegar a 60 si se utilizan los campos opcionales.

Algunos de los posibles valores del campo Protocolo Descripción 1 ICMP Internet Control Message Protocol 2 IGMP Internet Group Management Protocol 3 GGP Gateway-to-Gateway Protocol 4 IP IP en IP (encapsulado) 5 ST Stream 6 TCP Transmission Control Protocol 8 EGP Exterior Gateway Protocol 17 UDP User Datagram Protocol 29 ISO-TP4 ISO Transport Protocol Clase 4 80 CLNP Connectionless Network Protocol 88 IGRP Internet Gateway Routing Protocol 89 OSPF Open Shortest Path First

Fragmentación en IP Los fragmentos reciben la misma cabecera que el datagrama original salvo por los campos ‘MF’ y ‘Desplazamiento del Fragmento’. Los fragmentos de un mismo datagrama se identifican por el campo ‘Identificación’. Todos los fragmentos, menos el último, tienen a 1 el bit MF (More Fragments). La unidad básica de fragmentación es 8 bytes. Los datos se reparten en tantos fragmentos como haga falta, todos múltiplos de 8 bytes (salvo quizá el último). Toda red debe aceptar un MTU de al menos 68 bytes (60 de cabecera y 8 de datos). Recomendado 576 bytes

Fragmentación múltiple de un datagrama IP Token Ring Cab. ABCDEF GHIJKL MNOP E-net DIX Cab. ABCDEF Cab. GHIJKL Cab. MNOP PPP Bajo Retardo Cab. M Cab. N Cab. O Cab. P

Ejemplo de fragmentación múltiple Id Long DF MF Desplaz. Datos Token Ring Datagrama Original XXX 4020 ABCDEF GHIJKL MNOP Fragmento 1 XXX 1500 1 ABCDEF Fragmento 2 185 GHIJKL Fragmento 3 1060 370 MNOP E-net DIX Fragm. 3a XXX 292 1 370 M Fragm. 3b 404 N Fragm. 3c 438 O Fragm. 3d 244 472 P PPP Bajo Retardo Grupos de 8 bytes

Formato de direcciones IP 32 bits Clase Rango A 0.0.0.0 127.255.255.255 Red(128) Host (16777216) 128.0.0.0 191.255.255.255 B 10 Red (16384) Host (65536) 192.0.0.0 223.255.255.255 C 110 Red (2097152) Host (256) 224.0.0.0 239.255.255.255 D 1110 Grupo Multicast (268435456) 240.0.0.0 255.255.255.255 E 1111 Reservado

Asignación de direcciones IP Las organizaciones obtienen sus números del proveedor correspondiente Los proveedores los obtienen de los NICs (Network Information Center): www.arin.net: América www.ripe.net: Europa www.apnic.net Asia Pacifico Los NICs dispone de una base de datos (whois) para búsqueda de direcciones IP

Direcciones IP especiales Dirección Significado Ejemplo 255.255.255.255 Broadcast en la propia red o subred 0.0.0.0 cualquiera Host a ceros Identifica una red (o subred) 147.156.0.0 Host a unos Broadcast en la red (o subred) 147.156.255.255 Red a ceros Identifica un host en esa red (o subred) 0.0.1.25 127.0.0.1 Loopback 224.0.0.1 Todos los hosts multicast El campo 0.0.0.0 lo manda el host cuando arranca y solicita por broadcast 255.255.255.255 una IP por DHCP, donde en el campo de dirección origen especifica su IP, como no la sabe 0.0.0.0

Direcciones IP reservadas y privadas (RFC 1918) Red o rango Uso 127.0.0.0 Reservado (fin clase A) 128.0.0.0 Reservado (ppio. Clase B) 191.255.0.0 Reservado (fin clase B) 192.0.0.0 Reservado (ppio. Clase C) 224.0.0.0 Reservado (ppio. Clase D) 240.0.0.0 – 255.255.255.254 Reservado (clase E) 10.0.0.0 Privado 172.16.0.0 – 172.31.0.0 192.168.0.0 – 192.168.255.0

Al estar todas las redes directamente conectadas no hacen falta rutas Un router conectando tres LANs IP: 147.156.13.5 Rtr: 147.156.0.1 IP: 147.156.24.12 Rtr: 147.156.0.1 IP: 147.156.145.17 Rtr: 147.156.0.1 LAN B 213.15.1.0 LAN A 147.156.0.0 Al estar todas las redes directamente conectadas no hacen falta rutas 147.156.0.1  IP: 213.15.1.2 Rtr: 213.15.1.1 213.15.1.1   193.146.62.1 LAN C 193.146.62.0 En esta figura se muestra una de las configuraciones de router más simples que puede haber. Se tienen tres LANs, A, B y C, a las que se han asignado las redes 147.156.0.0, 193.146.62.0 y 213.15.1.0, que corresponden a redes clase B, C y C respectivamente. El router dispone de tres interfaces que se conectan a las tres LANs y a cada una se le asigna la primera dirección válida (aunque podría haber sido cualquier otra) de cada una de las tres LANs. Al configurar una interfaz del router, por ejemplo la , con una dirección IP (en este caso la 147.156.0.1) el router deduce inmediatamente que por ese cable puede llegar a cualquier host que pertenezca a dicha red, de modo que si a partir de ese momento recibe un datagrama dirigido a cualquier dirección comprendida en el rango 147.156.0.2 – 147.156.255.255 lo enviará por su interfaz  (la dirección 147.156.255.255, que corresponde a un envío broadcast en esa red, no es válida para un host pero sí lo es como dirección de destino de datagramas). De manera análoga procederá en el caso de las interfaces  y  con los rangos 213.15.1.2 – 213.15.1.255 y 193.146.62.2 – 193.146.62.255, respectivamente. Como en este ejemplo no hay más que las tres redes locales conectadas al router no es necesario acceder a ninguna otra y tampoco es preciso definir ruta alguna en el router. Decimos que en este caso las redes están directamente conectadas al router. Los hosts que se encuentran en cada de las tres LANs reciben direcciones IP de sus rangos respectivos. Cuando tengan que enviar datagramas a otros hosts en su propia red lo harán de forma directa. Además es preciso indicarle a cada uno cual es su router por defecto para que puedan enviar datagramas a hosts en las otras dos redes. IP: 213.15.1.3 Rtr: 213.15.1.1 IP: 193.146.62.7 Rtr: 193.146.62.1 IP: 193.146.62.12 Rtr. 193.146.62.1 IP: 193.146.62.215 Rtr: 193.146.62.1

Subredes Dividen una red en partes mas pequeñas. Nivel jerárquico intermedio entre red y host ‘Roba’ unos bits de la parte host para la subred. Permite una organización jerárquica. Una red compleja (con subredes) es vista desde fuera como una sola red.

Subredes Dividamos la red 147.156.0.0 (clase B) en cuatro subredes: 16 2 14 147 . 156 Subred Host Máscara: 11111111 . 11111111 . 11 000000 . 00000000 255 . 255 . 192 . 0 Bits subred Subred Máscara Rango 00 (0) 147.156.0.0 255.255.192.0 147.156.0.0 – 147.156.63.255 01 (64) 147.156.64.0 147.156.64.0 – 147.156.127.255 10 (128) 147.156.128.0 147.156.128.0 – 147.156.191.255 11 (192) 147.156.192.0 147.156.192.0 – 147.156.255.255

Superredes Superredes Subredes Host Superredes Subredes Las ‘superredes’ se definen mediante máscaras, igual que las subredes Ej.: Red 195.100.16.0/21 (máscara 255.255.248.0) Incluye desde 195.100.16.0 hasta 195.100.23.0 También se puede partir en trozos más pequeños partes de una clase A (de las que quedan libres). Por eso esta técnica se llama CIDR (Classless InterDomain Routing).

CIDR Además de asignar grupos de redes C a las organizaciones se hace un reparto por continentes y países: Multi regional: 192.0.0.0 - 193.255.255.255 Europa: 194.0.0.0 - 195.255.255.255 Otros: 196.0.0.0 - 197.255.255.255 Noteamérica: 198.0.0.0 - 199.255.255.255 Centro y Sudamérica: 200.0.0.0 - 201.255.255.255 Anillo Pacífico: 202.0.0.0 - 203.255.255.255 Otros: 204.0.0.0 - 205.255.255.255 Otros: 206.0.0.0 - 207.255.255.255 Así se pueden ir agrupando entradas en las tablas de rutas