Version Jan 25, 2015

Computer Networks I

application

transport

link

physical

networkArquitecturas de Red

aplicación

transporte

enlace

física

red

inocente.sanchez@uclm.es

Redes de Computadores I 2

Prefacio

¿Qué es una red?

Clasificación de Redes

Inter-redes

Conceptos básicos de redes

Modos de conmutación de paquetes

Arquitecturas de red

Modelos de referencia Modelo OSI

Modelo TCP/IP

Fundamentos de direccionamiento

Referencias

3

La naturaleza de Internet

Las comunicaciones son la base de la sociedad,e Internet ha cambiado definitivamente la formaen que nos comunicamos.

Los protocolos de Internet se diseñaron para quefuesen abiertos, escalables e interoperables.

La mayoría de los estándares y protocolos deInternet son de dominio público (RFC).

A día de hoy, nadie puede controlar Internet, peroesto podría cambiar pronto...

Computer Networks I 4

Internet hoy

Forouzan 5ed

Computer Networks I 5

Administración de Internet

Forouzan 5ed

Computer Networks I 6

Administración de Internet

Forouzan 5ed

ISOC (Internet Society). Organización internacional formada en1992 para apoyar los procesos de normalización de Internet

IAB (Internet Architecture Board). Consejero técnico de la ISOC.Supervisa el continuo desarrollo del TCP/IP y asesora en aspectostećnicos en las investigaciones de los miembros de la comunidadde Internet. También gestiona la edición de las RFCs

IRTF (Internet Research Task Force). Investiga en asuntosrelacionados con protocolos, aplicaciones, arquitectura ytecnologías

IETF (Internet Engineering Task Force). Identifica problemasoperativos y propone soluciones. Desarrolla y revisaespecificaciones. Se divide en áreas específicas

Computer Networks I 7

Request for Comment (RFC)

Forouzan 5ed

Computer Networks I 8

Request for Comment (RFC)

Forouzan 5ed

Computer Networks I 9

Forouzan 5ed

Estándar de Internet. Especificación probada útil paraquienes trabajan en Internet

Niveles de madurez:

Estándar propuesto: especificación conocida y de interés para lacomunidad, probada e implementada por diversos grupos

Borrador: propuesta probada con éxito dos veces

Estándar de Internet: borrador probado con éxito dos veces

Histórico: perspectiva histórica, tanto si ha llegado a ser estándar o no

Experimental: trabajo relacionado con una situación experimental queno afecta al funcionamiento de Internet

Informativo: información general, histórica o tutorial relacionada conInternet

Request for Comment (RFC)

10

¿Qué es una red?

Esto es un conjunto de ordenadores autónomosinterconectados que pueden intercambiarinformación.

Los usuarios de la red son conscientes de que sondiferentes ordenadores cada uno con sus recursos.

La red por lo general serepresenta por una nube, paraindicar que no sabemos bien suestructura interna

i

11

Clasificación de redes

Por tipo de enlace

Por tamaño

Por topología

12

Una conexión punto-a-punto establece un enlaceque sólo puede ser usado por dos extremos.

Normalmente usan cables, pero también puedenusar enlaces de microondas o por satélites.

Redes por tipo de enlace

13

Redes por tipo de enlace

En una conexión multipunto varios nodos (más dedos) comparten un enlace

Normalmente, se permiten diferentes modos dedireccionamiento:

Unicast. La dirección identifica a un único host destino.

Broadcast. La dirección identifica a todos los hosts en la red.

Multicast. La dirección identifica a un subconjunto de hosts.

14

IPN: InterPlanetary y Delay Tolerant Networks (DTN).

Global (Internet).

WAN: Wide Area Network – un país o enlaces intercontinentales.

MAN: Metropolitan Area Network – Una ciudad o parte de ella.

LAN: Local Area Network – Un departamento o edificio.

PAN: Personal Area Network – Ordenadores y escritorios.

SAN: System Area Network – Clusters y sistemas empotrados.

NoC: Network On Chip – Red en un circuito integrado

Redes por tamaño

Computer Networks I 15

Redes por tamaño: LAN

La LAN se administra de forma privada.

Alta velocidad (100Mbps – 1Gbps), concebidas con recursos compartidos y las necesidades de los usuarios.

Usa una topología y tecnología de transmisión sencilla.

Computer Networks I 16

Involucra a hosts y sub-redes (que usan enlaces punto a punto).

Una subred se compone de:

Líneas de enlace

Routers

El router debe almacenar mensajes y encaminarlos aldestino adecuado. El mecanismo de “almacenar yencaminar” (o “conmutación de paquetes”) es lo contrariode “conmutación de circuitos”.

Redes por tamaño: WAN

Computer Networks I 17

Redes por topología

Fully connected mesh

n(n-1)/2 links

Ring

BusStar

Computer Networks I 18

Inter-redes

Una inter-red es un conjunto de redes (heterogéneas)conectadas entre sí.

Redes con diferentes tecnologías de software y hardwarepueden compartir información gracias a un protocolo dered lógico y a pasarelas.

19

Conceptos básicos de redes

Direccionamiento

Detección y corrección de errores

Control de flujo

Multiplexación

Enrutado

...

Computer Networks I 20

Redes de conmutación físicas

Red de conmutación de circuitos

El “viejo” sistema telefónico

Extremo a extremo

3 fases: Llamada (conexión), conversación, cuelgue (desconexión)

Red de conmutación de mensajes

El “viejo” sistema telegráfico

Extremo a oficina, oficina a oficina,...

oficina a extremo

1 fase: intercambio de mensajes

Red de conmutación de paquetes

Similar al correo postal

Redes de ordenadores “Modernos”

Computer Networks I 21

Comparación

Computer Networks I 22

Hoy “todas” las redes de ordenadores

Similar al correo postal

Los mensajes se trocean en pequeños mensajes llamados PAQUETES

Forouzan 5ed

Modos de conmutación de paquetes

Computer Networks I 23

Modos de conmutación de paquetes

Forouzan 5ed

24

Modos de conmutación de paquetes

Medio de comunicación compartido

Servicio no orientado a conexión

Servicio orientado a conexión

No orientado a conexión

Cada mensaje se envía como una unidad individual aislada. Elmensaje incluye dirección de destino (y puede que también de origen)y otra información para su entrega. Ej: carta postal.

Orientado a conexión

Antes de transmitir datos entre emisor y receptor, se necesita

establecer previamente una conexión. Una vez establecida, la

comunicación funciona como un flujo continuo de bytes, normalmente

en modo de transmisión duplex. Al final se desconecta. Ej: teléfono.

25

Arquitectura de red

Es un entorno que describe una red decomunicación, sus componentes y susprotocolos.

El diseño de red se organiza como una pilade capas.

Cada capa proporciona servicios a la capasuperior y pide servicios a la capa inferior.

La capa 'n' de un nodo mantiene unaconversación virtual con la misma capa delnodo destino. Dicha conversación debeconocer un protocolo específico.

26

Ejemplo de capas

Tanenbaum

Analogía de los filósofos

27

Modelos de Referencia

Modelo OSI

Modelo TCP/IP

El modelo de referencia y la implementación del protocolo son cosas muy distintas. No deben confundirse.

i

28

Modelo OSI

La OSI (Open System Interconnection) es unanorma ISO (International Organization forStandardization)

Proporciona un modelo conceptual general paradescribir y estudiar cualquier pila de protocolo.

El modelo define tres conceptos básicos:

servicio: la función que puede proporcionar una capa.

interfaz: la forma de conseguir los servicios de la capa.

protocolo: el conjunto de reglas entre puntoshomogéneos.

29

Capas del modelo OSI

aplicación

presentación

sesión

transporte

red

enlace

física

aplicación

presentación

sesión

transporte

red

enlace

física bits medio físico

tramas

paquetes

segmentos

30

1. Capa Física

Define las características eléctricas, mecánicas y temporalespara los dispositivos necesarios en una determinadatecnología de comunicación de datos.

2. Capa de Enlace

Soporta transferencias de datos entre nodos directamenteaccesibles (vecinos). Proporciona direcciones físicas.

3. Capa de Red

Soporta la comunicación extremo a extremo con mensajesindividuales de longitud variable. Proporciona direccioneslógicas.

Capas del modelo OSI

Computer Networks I 31

Capas del host del modelo OSI

4. Capa de Transporte

Proporciona un canal de comunicación fiable sin error entre usuarios finales. También la multiplexación de procesos.

5. Capa de Sesión

Permite crear sesiones entre hosts y gestionar la sincronización.

6. Capa de Presentación

Define la representación de datos en el cable y su semántica.

7. Capa de Aplicación

Protocolos específicos de aplicación como correo, noticias,comandos remotos, etc.

32

Modelo TCP/IP

El modelo TCP/IP llega añosdespués de las primerasimplementaciones. El objeto esformalizar y normalizar su uso ydesarrollo.

Está íntimamente relacionado con los protocolos de pila TCP/IP, y no se puede usar para describir otros protocolos o redes.

red subyacente(host to net)

Inter-red

transporte

aplicación

33

Modelo TCP/IP

Capa de Aplicación

Protocolos de alto nivel como DNS, SMTP, HTTP, FTP y otros muchos.

Capa de Transporte

Define protocolos de transporte TCP (Transport Control Protocol) y UDP(User Datagram Protocol).

Capa de inter-red

Proporciona mecanismos para interconexión de redes y enrutado depaquetes. Define el protocolo IP, que ofrece un servicio de entrega noorientado a conexión.

Capa red subyacente (host to net)

Proporciona (o rechaza) los mecanismos necesarios para posibilitar que “un paquete IP alcance otro host en la red”.

34

OSI, TCP/IP y modelos híbridos

red subyacente

TCP/IP

física

OSI

Cuando hablamos “algo de la capa x”siempre nos referimos al modelo OSI.

i

híbrido

física

enlace datos

red

transporte

aplicación

inter-red

transporte

aplicación

enlace datos

red

transporte

sesión

presentación

aplicación

5

4

3

2

1

6

7

Aunque... se usará el modelo híbrido.

i

física

red

transporte

aplicación

Encapsulado

La información de usuario no puede ir directamente “en el cable”.

La transmisión de datos necesita bytes agrupados en PDUs (Protocol Data Units). La PDU añade información de control como cabeceras y colas.

Cabecera enlace cola

Cabecera red

Cabecera transporte

Datos de usuario

trama

paquete

segmento

bits física

enlace

red

transporte

aplicación

EncapsuladoLa receta

1. Construir datos (desde una aplicación).

2. Hacer segmentos de datos para el transporteextremo a extremo.

3. Añadir direcciones de red y construir uno (ovarios) datagramas.

4. Añadir direcciones físicas de enlace y construirtramas para cada datagrama.

5. Codificar bits de tramas en señales que sepuedan enviar por medio físico.

física

red

transporte

aplicación

Ejemplo de encapsulado UDP

Enviar el texto “Redes~1” en ASCII con protocolo de transporte UDP desde ladirección IP 161.67.27.124 hasta la dirección IP 161.67.48.57, sabiendo que laMAC del host origen es 00:21:5D:E9:7F:80 y la MAC de la puerta de enlace(gateway) o router es 00:64:40:3A:C9:40. Todos los valores están en hexadecimal.

Cabecera enlace:

0064.........0800

Cola:

XXXXXXXX

Cabecera red:

4500.............7C

Cabecera transporte:

DE.................E9

Datos de usuario:

52..............49

TramaEthernet

Datagrama IP

Datagrama deusuario UDP

bits física

enlace

red

transporte

aplicaciónRelleno:

00...........00

52.............49 00............00

DE................E9 52.............4900..............00

4500...............7C DE.............E952................4900...............00

<..... 8 Bytes ….>

<.... 20 Bytes ....>

<... 14 Bytes ...>

<.. 7 Bytes ..>

<.. 4 Bytes..>

<............................................……......... 64 Bytes …...............................................................>

<......................................... 46 Bytes ……............................>

Resumen

Tabla caracteres ASCII

Cabecera y datos capa de transporte (UDP)

Internet, the IP protocol 42

Versión Tipo servicio Longitud totalIHL

Identificación

00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 01

1 2 3 4 5 6 7 8 9 02

1 2 3 4 5 6 7 8 9 03

1

DF

MF

Tiempo de vida Protocolo Comprobación cabecera

Dirección lógica origen (IP)

Opciones

Dirección lógica destino (IP)

Fragmentación offset

cabecera Carga (payload)

20 – 60 bytes

20 – 65536 bytes

Datagrama IP

20 b

yte

s0 –

40 B

Cabecera y datos capa de red (IP)

Internet, the IP protocol 43

Cabecera y datos capa de red (IP)

Cabecera y datos capa de enlace (Ethernet)

Preámbulo+ SFD

Dirección

destino

Dirección

origenTipo

Datosencapsulados

Checksum

CRC

7+1 6 6 2 46-1500 4 bytes

Dirección física

Dirección física = Dirección MAC = Dirección Ethernet

Tannenbaum

48

Formato del mensaje

dirección hard origen (6 bytes para Ethernet)

Operac. (0001 pet, 0002 resp)long protocolo

dirección protocolo origen (4 bytes para IP)

dirección hard destino (vacío en petición)

dirección protocolo destino

longitud hard

tipo hardware: Ethernet tipo protocolo: IP (0x0800)

Encapsulado Ethernet

preámbulo MACdestino

tipo(0x0806) checksumMAC

origen ARP (petic o respuesta) relleno

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 91

0 1 2 3 4 5 6 7 8 92

0 130

Protocolo ARP

49

ARPEjemplo

A B161.67.38.12

B1:34:56:23:AD:1E

161.67.38.95

46:57:92:AF:FC:21

preámbulotipo

(0x0806)CRC46:57:92:AF:FC:21

46:57:92:AF:FC:21

0x00020x04

161.67.38.95

B1:34:56:23:AD:1E

161.67.38.12

0x06

0x0002 0x0800

Respuesta ARP (de B to A)

B1:34:56:23:AD:1E

preámbulotipo

(0x0806)CRC FF:FF:FF:FF:FF:FF

B1:34:56:23:AD:1E

0x00010x04

161.67.38.12

00:00:00:00:00:00

161.67.38.95

0x06

0x0002 0x0800

Solicitud ARP (de A a todos)

B1:34:56:23:AD:1E

Dirección lógica o dirección IP

Tannenbaum

A IP origen

P IP destinoLas direcciones IP

son números, pero

por simplicidad las

ponemos como letras

en este ejemplo

Direcciones IP

Origen - Destino

Direcciones físicas:

Destino - Origen