Arquitectura de un sistema telematico

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Sistemas TelemticosTecnologas de la Informacin y la Comunicacin1En las 2 primeras clases, no utilizar transparencias.Explicar el concepto de una red y el modelo de capas.Realizar un grafo de un host conectado a un switch, un router y un DNS.Explicar funcionamiento de MAC e IP.Indicar el formato de IP y la direccin de red. Cundo se manda al router? Cuando el destino tiene una direccin de red diferente a la mia con mi mscara, en ese caso ejecuta ARP preguntando por la MAC de la IP del router por defecto.El DNS se utiliza para solicitar una IP de un nombre, q es ms fcil de recordar.Explicar q el direccionamiento MAC es local a la LAN (otro concepto). Una LAN se caracteriza por tener la misma direccin de red en sus hosts.Explicar conexin LAN con LAN por 2 routers.Definir concepto de trama Ethernet y trama PPP por ejemplo.Indicar q toda trama lleva simpre direccin Origen y destino, en Eth Mac origen y Mac destino. En PPP, es otro tipo de direccinamiento q se ver ms tarde.Cuando la IP destino sea fuera de la LAN, se manda al router, por lo q el paquete IP tendr IP origen el host y destino, el destino. Como MAC origen la del host y como MAC destino la del router.Trabajar con subredes, definir el concepto de mscara y hosts disponibles. Explicar el concepto de direccin de red y broadcast.2SumarioIntroduccinDefinicin. Tipos de redes y su clasificacinModelo de CapasEstndares23TelecomunicacionesInformticaTelemticaTelemtica: ciencia que utiliza las telecomunicaciones para potenciar las posibilidades y aplicaciones de la informtica34Historia1838: MORSE desarrolla la comunicacin en largas distancias1965: Se realizan las primeras pruebas de comunicacin por lnea telefnica entre computadoras. 1957: La antigua URSS lanza el satlite espacial Sputnik.Comienza la terrible GUERRA FRIA.La URSS es puntera en la carrera espacial.El miedo del ejrcito americano ante el xito de la URSS decide robustecerse ante la previsin de cualquier ataque nuclearDECIDEN CREAR UNA RED DE COMUNICACIONES ROBUSTA, EJE FUNDAMENTAL EN CUALQUIER EJERCITO.1969: El Departamento de Defensa americano crea la Agencia de Proyectos de Investigacin Avanzados (ARPA)1972: Aparece la primera red ARPANET inmune a cualquier ataque blico.OBJETIVO: Que las comunicaciones sigan funcionando aunque alguno de los nodos de la red deje de funcionar. Es la futura INTERNET

45HistoriaJulio de 1977. Surge el protocolo TCP/IP. Este nuevo mtodo se expandi rpidamente por las redes, y el 1 de Enero de 1983, los protocolos TCP/IP se hicieron los nicos protocolos aprobados en ARPANET, sustituyendo al anterior protocolo NCP. Las universidades y centros de investigacin colaboran enormemente en el desarrollo de este proyecto.

Las universidades americanas van conectndose a esta red.

Esta red es utilizada para conexiones remotas, para correo electrnico, etc.El abaratamiento de los ordenadores en la dcada de los 80 con la evolucin de los procesadores, hace crecer su nmero as como su utilizacin.Para 1986, ARPANET empez a fusionarse con NSFNet, originando el trmino Internet, con, "una internet" definida como cualquier red que usase el protocolo TCP/IP. "La Internet" significaba una red global y muy grande que usaba el protocolo TCP/IP, y que a su vez significaba NSFNet y ARPANET. Hasta entonces "internet" e "internetwork" (lit. "inter-red") se haban usado indistintamente, y "protocolo de internet" se usaba para referirse a otros sistemas de redes La cantidad de ordenadores es tal en la dcada de los 90, que se introduce una nueva dimensin al conectarlos en una red, se convierten en una herramienta muy poderosa.Internet abre sus puertas al mundo, pero antes revisemos unos conceptos.56Informtica bsica

67Informtica bsica

Network Interface Card: utiliza IRQ (interruption request) para avisar de algnAcontecimiento, una direccin de E/S y una direccin de memoria.

78Informtica bsica

Adaptadores de red en los porttiles (laptop o notebooks, PDA, ...) a travs de tarjetas PCMCIA.89Informtica bsicaProcesado digital: bit informacin de 0 o 1Representacin binaria, representar los nmeros en base 2 y sus potenciasRepresentacin en ASCII, consiste en agrupar la informacin en bytes (256 combinaciones binarias, de 0 a 255) y asignarles un smbolo: letras, nmeros, caracteres de control, etcRepresentacin binaria, decimal y hexadecimal: base 2(0,1), 10 (0-9) y 16 (0-F)910Decimal

1011Binario

1112Dividiendo por 2. Por ejemplo 12.12 2De decimal a binario06320211Leyendo ultimo cociente y restos de derecha a izquierda 12 en decimal es igual a 1100 en binario.Este nmero est formado a potencias de dos, por tanto lo puedo expresar su valor 1x23+1x22+0x21+0x20 =8+4+0+0=121213Informtica bsica18 en binario? Pasamos a potencias de 2 y luego tomamos los exponentes. 18=16+2=2^4+2^1, en binario 10000+10=10010Ejercicio, pasa a binario 255,252, 240,255,128, 127,64,67,15,192Transmisin binario en bits por segundo bps (Kbps=1000 bps, Mbps=un milln bps)Sin embargo, la memoria se mide base binaria (por el direccionamiento a esta), por eso 1Kbytes son 2^10 bytes: las posiciones decodificable con 10 bitsEs decir, 1 Kbyte es diferente a 1 Kbps.1314Informtica bsicaEjemplo prctico: Representacin binaria de las direcciones IP (32 bits), que para memorizar se agrupan en 4 bytes. Cada byte se representa en decimal de 0 a 255. Por ejemplo: 147.156.163.1=

10010011.10011100.10100011.000000011415ConceptosDigital vs analgico: lo digital tiene valores discretos (botellas de litro de agua) y lo analgico tiene valores contnuos (cantidad de agua en un ro)Informacin: algo que da conocimiento a quien lo lee. (En los ordenadores tambin se conoce datos y se mide en bits). Obviamente se trata de informacin digital y los bits se agrupan en tramas y paquetes.Paquete: unidad de datos que enva el usuarioTrama: unidad de datos que permite el transporte de paquetes. Se puede decir que una trama encapsular a uno o mas paquetes.Conmutacin: es la accin de cambiar algo de sitio1516ConceptosCanal: es el mismo concepto que canal en hidrulica, pero en vez de circular agua, circula informacinCapacidad de un canal: cantidad de bits por segundo que es capaz de transmitir. Est ligada directamente con el ancho de banda. A veces se utiliza ancho de banda en vez de capacidad.Frecuencia: variaciones de una seal por segundo. Altas frecuencias, son variaciones rpidas y bajas frecuencias, son variaciones lentas.Ancho de banda: es la amplitud o rango de frecuencias que puede transportar un canal analgico. Como veremos, est ntimamente relacionado con la capacidad.Espectro: es el conjunto total de frecuencias que forman la seal a estudiar.El espectro de la luz solar son todas las frecuencias que rada el sol, pero si limitados esa luz, a la que pasa por un telescopio, esa limitacin hara fijar un lmite a la cantidad de frecuencias que pasan o a la cantidad de luz. Esta limitacin, fijara un ancho de banda de frecuencias que pueden pasar.1617ConceptosCircuito: es un trayecto, que atraviesa uno o varios canalesCircuito virtual (virtual circuit, VC): es como un circuito de cara al usuario, pero realmente su implementacin no tiene porqu ser un circuitoTerminal: punto de acceso a un supercomputadorTelnet o conexin remota que se realiza desde los terminales a travs de una red a un supercomputador.Host (inquilino): antiguamente se utilizaban terminales para acceder a un supercomputador, que ms tarde aumentaron su capacidad y son los actuales PC. Cuando efectuaban una conexin remota, se les consideraba inquilinos en el supercomputador accedido. Este termino, actualmente se utiliza para identificar a un PC en red.1718ConceptosInternet: la red formada por todos los hosts y dispositivos de red que permiten comunicacin global, de forma transparente al usuario. La filosofa de Internet es BEST EFFORT (har lo mejor posible para trabajar)Intranet: red formada por hosts pertenecientes a una empresa, que tienen sus propias pautas y normas, principalmente referidas a seguridad. Es como una Internet de usuario. Para acceder al exterior, hay que pasar barreras establecidas (cortafuegos-firewall, proxies, etc)Extranet: el resto del mundo de una Intranet.1819ConceptosCmo se manda la informacin: tramas y paquetes? Los ordenadores slo intercambian informacin digital y utilizan diferentes tcnicas para el envo de la informacin.Las tcnicas para mandarse la informacin entre ordenadores son: -Lnea dedicada: un circuito fijo, cerrado y establecido por donde slo van a viajar los paquetes de quien la contrata. Ej la unin de Campus de Burjassot con Paterna.-Conmutacin de circuitos: los datos se mandan por un circuito, pero para mandar datos, se establece el circuito, se mandan datos y luego se libera el circuito. Ej el telfono, RDSI, GSM (mviles)-Conmutacin de paquetes: los datos se van enviando sin ningn establecimiento de circuito previo y por tanto, pueden desordenarse. Ej, Internet

1920Configuracin de PC (host)Configuracin de la tarjeta de red:Direccin IP y mscara (comandos winipcfg en Win98, ipconfig en Win2k, ifconfig en Linux)Puerta por defecto o puerta de enlace predeterminada (default gateway)DNS o servidor de nombres, configuracin realizada o bien por el usuario o bien de forma automtica por DHCP, ...DNS: domain name server, DHCP: dynamic host configuration protocol, Host: un ordenadorConfiguracin de las aplicaciones:Configuracin del navegador (proxy?): el proxy evita que las consultas a Internet se realicen una sola vez, guardndolas en CACHE (copia local ubicada en servidor proxy). Si alguien vuelve a pedir la misma informacin, se le entregar la copia local. Ahorramos tiempo y trfico.2021Ejemplo de configuracin de un host en IPv4Dado un host A con su tarjeta de red (con su MAC) arranca y solicita al servidor DHCP su configuracin.De la IP y de la mscara, podemos obtener la direccin de red y estimar el nmero de hosts que pueden haber conectados en la red.El router (encaminador) es la puerta por defecto de la red, donde los hosts de dicha red mandarn los paquetes en el momento que analicen que la direccin IP destino no es de la red.Las IP destino, bien las pueden conecer directamente por el usuario o bien la pueden solicitar al servidor DNS.Ver ejemplo de configuracin desde un host A con IP 147.156.13.24/22 que conecta a http://www.upv.es (servidor web con IP 153.126.13.1/20) siendo la puerta de enlace 147.156.13.121Detallar en la pizarra un ejemplo, donde enumerando los pasos, se vea el procedimiento de comunicacin.1.- el PC solicita con multidifusin su configuracin de IP, mscara, puerta de enlace y DNS.2.- el servidor DHCP manda configuracin3.-el host configurado solicita conectarse a www.upv.es, solicitando la IP al DNS4.- el DNS le responde con la IP 153.136.13.15.- el host, comprueba que con su mscara y la IP de www.upv.es no pertenece a su red y por tanto, la manda a la puerta de enlace.6.- en el paquete mandado se incluye, la IP destino (153.136.13.1) y la IP origen (147.156.13.24).Destacar que cuando se indica, que el host se comunica o manda el paquete IP a la puerta de enlace, lo realiza a travs de la MAC.Preguntas al alumno:a)qu mscara utiliza el host A? 255.255.252.0b)cuntos hosts puede haber en la red? 256*4-2=1022, porque se reserva la IP de red y todo 1s de broadcastc)cul es la direccin de red?147.156.12.0d)Idem que a, b y c pero para www.upv.esMscara: 255.255.240.0Hosts: 256*16-2, porque se reserva la IP de red y todo 1s de broadcastRed: 153.126.0.022SumarioIntroduccinDefinicin. Tipos de redes y su clasificacinModelo de CapasEstndares2223Clasificacin de las redesPor su mbito:Redes de rea local o LAN (Local Area Network): Diseadas desde el principio para transportar datos.Redes de rea extensa o WAN (Wide Area Network): Utilizan el sistema telefnico, diseado inicialmente para transportar voz. Por su tecnologa:Redes broadcast (broadcast = radiodifusin, o tambin por su topologa (o forma) multipunto)Redes punto a punto2324Clasificacin de las redes por su mbitoDistancia entreprocesadoresProcesadores ubicadosen el mismo ...Ejemplo1 mSistemaMultiprocesador10 mHabitacinLAN100 mEdificio1 KmCampus10 KmCiudadMAN (o WAN)100 KmPasWAN1.000 KmContinente10.000 KmPlaneta24Es bastante habitual clasificar las redes por su mbito, es decir por el alcance mximo para le cual se han diseado. En este sentido se suele hablar de redes locales (LAN, Local Area Networks) y redes de rea extensa o WAN (Wide Area Network). En ocasiones se describe una categora intermedia denominada MAN (Metropolitan Area Networks), aunque hay muy pocas tecnologas que incluyan en este grupo.En realidad es inexacto realizar una divisin de las redes o tecnologas 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 tecnologas tradicionalmente consideradas WAN se utilizan en distancias cortas. Anlogamente las redes LAN pueden utilizarse para cubrir distancias de cientos de kilmetros.Por eso probablemente la mejor clasificacin de redes LAN y WAN se pueda efectuar en base al objetivo de diseo; 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.25Redes de rea local o LAN (Local Area Network)Caractersticas:Generalmente son de tipo broadcast (medio compartido)Cableado normalmente propiedad del usuarioDiseadas inicialmente para transporte de datosEjemplos:Ethernet (IEEE 802.3): 10, 100, 1000 Mb/s (1 Gbps)Token Ring (IEEE 802.5): 1, 4, 16, 100 Mb/sFDDI: 100 Mb/s HIPPI: 800, 1600, 6400 Mb/s (en crossbar)Fibre Channel: 100, 200, 400, 800 Mb/s (en crossbar)Redes inalmbricas por radio (IEEE 802.11): 1, 2, 5.5, 11 Mb/sTopologa en bus (Ethernet) o anillo (Token Ring, FDDI)

2526Topologas LAN tpicasBus(Ethernet)Anillo(Token Ring, FDDI)CableOrdenador (Host)Ordenador (Host)CableTopologa = forma o diseoLa topologa en bus tiene peores prestaciones que el anillo, porque en el bus todos los equipos se conectan al mismo cable y en el anillo, son conexiones punto a punto.2627Redes de rea extensa o WAN (Wide Area Network)Se caracterizan por utilizar normalmente medios telefnicos, diseados en principio para transportar la voz.Son servicios contratados normalmente a operadoras (Telefnica, Retevisin, Ono, BT, Uni2, etc.).Las comunicaciones tienen un costo elevado, por lo que se suele optimizar su diseo.Normalmente utilizan enlaces (conexiones o circuitos) punto a punto temporales o permanentes, salvo las comunicaciones va satlite que son broadcast. Tambin hay servicios WAN que son redes de conmutacin de paquetes (luego lo veremos).Los circuitos permanentes se llaman PVC (Permanent Virtual Circuit) y los temporales (o conmutados, switched) se llaman SVC.Las tecnologas utilizadas para mandar la informacin en las redes WAN son: lneas dedicadas, conmutacin de paquetes y conmutacin de circuitos.2728Servicios de comunicacin WANPueden ser de tres tipos, como hemos visto:Lneas dedicadas. El enlace est dedicado de forma permanente con un caudal reservado, se use o no.Conmutacin de circuitos. La conexin solo se establece cuando se necesita, pero mientras hay conexin el caudal est reservado al usuario tanto si lo usa como si no. Se aprovecha mejor la infraestructura.Conmutacin de paquetes. El ancho de banda disponible es compartido por diversos usuarios, de forma que se multiplexa trfico. Se pueden generar circuitos virtuales. El ancho de banda no est reservado y la infraestructura se aprovecha de manera ptima.2829Clasificacin de las redes por su tecnologaTipoBroadcastEnlaces punto a puntoCaractersticasLa informacin se enva a todos los nodos de la red, aunque slo interese a unos pocosLa informacin se enva solo al nodo al cual va dirigida EjemplosCasi todas las LANs (excepto LANs conmutadas)Redes de satliteRedes de TV por cableEnlaces dedicadosServicios de conmutacin de paquetes (X.25, Frame Relay y ATM).LANs conmutadas2930Algunas topologas tpicas de redes LAN y WANEstrellaAnilloEstrella distribuida, rbol sinbucles o spanning tree: topologa jerrquicaMalla completaAnillos interconectadosTopologa irregular(malla parcial)Estrella extendida3031Redes de enlaces punto a puntoEn una red punto a punto los enlaces pueden ser:Simplex: transmisin en un solo sentidoSemi-dplex o half-duplex: transmisin en ambos sentidos, pero no a la vezDplex o full-duplex: transmisin simultnea en ambos sentidosEn el caso dplex y semi-dplex el enlace puede ser simtrico (misma velocidad en ambos sentidos) o asimtrico. Normalmente los enlaces son dplex simtricosLa velocidad se especifica en bps, Kbps, Mbps, Gbps, Tbps, ... Pero OJO: 1 Kbps = 1.000 bps (no 1.024)1 Mbps = 1.000.000 bps (no 1.024*1.024)Ejemplo: la capacidad total mxima de un enlace de 64 Kbps son 128.000 bits por segundo si es simtrico (64.000 bits por segundo en cada sentido). 3132Clasificacin de las redesRedes LANRedes WANRedes broadcastEthernet, Token Ring, FDDIRedes va satlite, redes CATVRedes de enlaces punto a puntoHIPPI, Fiber Channel LANs conmutadasLneas dedicadas, RDSI, Frame Relay, ATM3233WAN (red de enlaces punto a punto)LAN (red broadcasto LAN conmutada)HostRouterSubredEscenario tpico de una red completa (LAN-WAN)

3334Posibles formas de enviar la informacinSegn el nmero de destinatarios el envo de un paquete puede ser:Unicast: si se enva a un destinatario concreto. Es el mas normal.Broadcast: si se enva a todos los destinatarios posibles en la red. Ejemplo: para anunciar nuevos servicios en la red.Multicast: si se enva a un grupo selecto de destinatarios de entre todos los que hay en la red. Ejemplo: emisin de videoconferencia.Anycast: si se enva a uno cualquiera de un conjunto de destinatarios posibles. Ejemplo: servicio de alta disponibilidad ofrecido por varios servidores simultneamente; el cliente solicita una determinada informacin y espera recibir respuesta de uno cualquiera de ellos.3435SumarioIntroduccinDefinicin. Tipos de redes y su clasificacinModelo de CapasEstndares3536Planteamiento del problemaRETOMEMOS EL PROBLEMA DE INTERNET...La interconexin de ordenadores es un problema tcnico de complejidad elevada.Requiere el funcionamiento correcto de equipos (hardware) y programas (software) desarrollados por diferentes equipos humanos.El correcto funcionamiento de A con B y de B con C no garantiza el correcto funcionamiento de A con CEstos problemas se agravan ms an cuando se interconectan equipos de distintos fabricantes.36La interconexin de ordenadores es un problema de gran complejidad, ya que a los aspectos de diseo y realizacin hardware y software propios de cualquier producto informtico se aade la necesidad de interoperar con otros productos, a menudo desarrollados por diferentes fabricantes y por tanto por diferentes equipos de personas.Para resolverlo se aplica la estrategia del divide y vencers.Las partes en que se divide el problema de la comunicacin entre ordenadores se acoplan entre s siguiendo un orden determinado, por lo que se las conoce como capas.El modelo de capas es el que se utiliza para cualquier diseo de red desde hace ya bastantes aos. Su modularidad permite que una capa pueda modificarse sin que las dems se vean afectadas (aunque a veces hay que hacer algn reajuste).El modelo de redes ms conocido es el denominado modelo OSI de siete capas (OSI = Open Systems Interconnection) desarrollado por la ISO (International Organization for Standardization) entre 1997 y 1983. En realidad el primer modelo de capas (tambin siete) fue desarrollado por IBM en 1974 en su red SNA (Systems Network Architecture). Aunque el modelo de capas se utiliza en prcticamente todas las redes, el nmero puede variar.37La solucinLa mejor forma de resolver un problema complejo es dividirlo en partes.En telemtica dichas partes se llaman capas y tienen funciones bien definidas.El modelo de capas permite describir el funcionamiento de las redes de forma modular y hacer cambios de manera sencilla. El modelo de capas ms conocido es el llamado modelo OSI de ISO (OSI = Open Systems Interconnection).Y estandarizar su funcionamiento para que todos lo hagamos igual y nos entendamos ...37La interconexin de ordenadores es un problema de gran complejidad, ya que a los aspectos de diseo y realizacin hardware y software propios de cualquier producto informtico se aade la necesidad de interoperar con otros productos, a menudo desarrollados por diferentes fabricantes y por tanto por diferentes equipos de personas.Para resolverlo se aplica la estrategia del divide y vencers.Las partes en que se divide el problema de la comunicacin entre ordenadores se acoplan entre s siguiendo un orden determinado, por lo que se las conoce como capas.El modelo de capas es el que se utiliza para cualquier diseo de red desde hace ya bastantes aos. Su modularidad permite que una capa pueda modificarse sin que las dems se vean afectadas (aunque a veces hay que hacer algn reajuste).El modelo de redes ms conocido es el denominado modelo OSI de siete capas (OSI = Open Systems Interconnection) desarrollado por la ISO (International Organization for Standardization) entre 1997 y 1983. En realidad el primer modelo de capas (tambin siete) fue desarrollado por IBM en 1974 en su red SNA (Systems Network Architecture). Aunque el modelo de capas se utiliza en prcticamente todas las redes, el nmero puede variar.38Modelo de referencia en capasVentajas de un modelo en capas:Reduce la complejidadEstandariza interfacesIngeniera modularAsegura la interoperabilidadAcelera la evolucinSimplifica el aprendizaje3839Ejemplo de 2 artistas que quieren intercambiar opinin ...

RUSOVALENCIANO?3940Ejemplo de comunicacin mediante el modelo de capasDos artistas, uno en Mosc y el otro en Valencia, mantienen por va telegrfica una conversacin sobre pintura. Para entenderse disponen de traductores ruso-ingls y valenciano-ingls, respectivamente. Los traductores pasan el texto escrito en ingls a los telegrafistas que lo transmiten por el telgrafo utilizando cdigo Morse.40Mediante esta analoga explicaremos los principios bsicos que rigen el diseo de cualquier red segn el modelo de capas. 41TelegrafistaTelgrafoTraductorArtistaTelegrafistaTelgrafoTraductorArtistaEjemplo de comunicacin mediante el modelo de capasCapa1234MoscValenciaComunicacinvirtualComunicacinreal

4142Protocolos e InterfacesTelegrafistaTelgrafoTraductorArtistaTelegrafistaTelgrafoTraductorArtistaCapa1234MoscValenciaPinturaInglsMorseImpulsos elctricosRusoValencianoTexto escritoTexto escritoManipuladorManipuladorProtocolosInterfacesQu es un protocolo? El lenguaje utilizado dentro de cada capa para entenderse entre ellas.4243MAS OBSTACULOSAhora ms difcil todava...Se ha estropeado el telgrafo entre Mosc y Valencia

MoscValencia4344Comunicacin indirecta mediante el modelo de capasPero como somos tan buenos los valencianos, le avisamos que hemos encontrado otra medio de comunicin de forma indirecta por la ruta:Mosc Copenague: telgrafo por cableCopenague Pars: radiotelgrafoPars Valencia: telgrafo por cable

44Mediante esta analoga explicaremos los principios bsicos que rigen el diseo de cualquier red segn el modelo de capas. 45

Telgrafo por cableRadiotelgrafoValenciaParsCopenhagueMosc4546TelegrafistaTelgrafoTraductorArtistaTelegrafistaTelgrafoTraductorArtistaComunicacin indirecta entre dos artistas a travs de una red de telgrafosMoscValenciaPinturaInglsMorseImpulsoselctricosTelegrafistaTelgrafoTelegrafistaTelgrafoOndas de radioParsCopenhagueMorseMorseImpulsoselctricos4647Modelo de capasActualmente todas las arquitecturas de red se describen utilizando un modelo de capas. El ms conocido es el denominado Modelo de Referencia OSI (Open Systems Interconnection) de ISO (International Standarization Organization), que tiene 7 capas.

47Mediante esta analoga explicaremos los principios bsicos que rigen el diseo de cualquier red segn el modelo de capas. 48Principios del modelo de capasEl modelo de capas 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 comunicacin entre capas se realiza mediante una interfazCada capa se comunica con la capa equivalente en el otro sistema utilizando un protocolo caracterstico de esa capa (protocolo de la capa n).El protocolo forma parte de la arquitectura, la interfaz no.El conjunto de protocolos que interoperan en todos los niveles de una arquitectura dada se conoce como pila de protocolos o protocol stack. Ejemplo: la pila de protocolos OSI, SNA, TCP/IP, etc.4849Conceptos del modelo de capasEntidad: elemento activo de cada capa, que implementa servicios para ofrecer a la capa superior. Proceso o tarea en ejecucin del sistema operativo.SAP (Service Access Point): punto de acceso al servicio o lugar donde se ofrece el servicioInterfaz: conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de informacin por un SAP. Las unidades de datos intercambiadas por la interfaz se llaman IDU (Interface Data Unit). Las IDU estn formadas por informacin de control local y la SDU (Service Data Unit), unidad de datos para el servicio. La SDU es enviada a la entidad de la misma capa del ordenador extremo. La SDU se fragmenta en PDUs (Protocol Data Unit) que viajan por la red e implementan el propio protocolo.IDUSDUPDUPDUPDUPDUPDUPDUInfo de control4950Capa NServicios utilizados de la capa N-1Servicios ofrecidos a la capa N+1Comunicacin con la entidadhomloga mediante el protocolo de la capa NComunicacin virtual(salvo si N=1)Se envan PDUsComunicacinrealInterfaz/Punto de acceso al servicioIDUSDU50Aunque aparentemente la comunicacin se realiza entre cada entidad y su homloga en el otro lado, en la prctica la comunicacin se efecta siempre con las entidades vecinas inferior y superior (excepto para la capa ms baja de la pila, que realmente ha de comunicar con el otro extremo).51Modelo de Referencia OSI (OSIRM)

51Comentar la divisin en 7 capas por hacer el nuevo modelo compatible con estructuras ya existentes, como la red de IBM.

Establecer relaciones entre este modelo y los ejemplos de comunicacin mostrados anteriormente.

Comentar la encapsulacin de datos que se produce desde la capa de aplicacin hasta que los bits entran en el medio de transmisin.

Prctica 2.2.552Capa FsicaN=1

RepetidorConectoren T

Enva bits por el medio fsico asociado. PDU=bit!!!!5253Capa de EnlaceDatos purosDriver del dispositivo de comunicacionesResuelve el control de la capa fsicaDetecta y/o corrigeErrores de transmisinN=2La PDU de esta capa se llama trama5354Capa de RedPor donde deboir a w.x.y.z?

Suministra informacin sobre la ruta a seguirN=3RoutersLa PDU de esta capa se llama paquete. Router=encaminador5455Capa de TransporteConexin extremo a extremo (host a host)Error de comprobacin de mensajePaquetesde datosSon estosdatos buenos?Este paquete no es bueno. Reenviar

Verifica que los datos se transmitan correctamenteN=4Las PDU de esta capa se llaman segmentos o mensajes5556Capa de Sesin

CerrarConexinDe nada!Gracias

Me gustaraenviarte algoBuenaidea!EstablecerConexinSincroniza el intercambio de datos entre capas inferiores y superioresN=55657Capa de Presentacin

Convierte los datos de la red al formato requerido por la aplicacinN=65758Capa de Aplicacin

Que debo enviar?Es la interfaz que ve el usuario finalMuestra la informacin recibidaEn ella residen las aplicacionesEnva los datos de usuario a la aplicacin de destino usando los servicios de las capas inferioresN=7WWW (HTTP)Transf. Ficheros (FTP)e-mail (SMTP)Videoconferencia (H.323)58597!!!REALMENTE LOS UTILIZAMOS TODOS!! ... La verdad que hay capas que las pusieron en un principio porque quedaban muy formales, pero claro, ....NO SON MUCHAS CAPAS?PARECE UN POCO COMPLEJO, NO?La verdad que los resultados se vieron en el momento de la implementacin.59Matizar que aunque no hay redes basadas en el modelo OSI, siempre se tiene en mente para desarrollar nuevos protocolos y para guiar nuestros pasos.60Comparacin OSI-TCP/IPEl modelo OSI de 7 capas naci en el entorno de las operadoras de comunicaciones, estrechamente vinculadas a los gobiernos. POLITICOS!!!Las operadoras les interesa ganar dinero y por tanto la mejor forma de controlar las comunicaciones es utilizar la tecnologa de conmutacin de circuitos y con servicio orientado a conexin.Es decir, antes de establecer la comunicacin realizo la llamada para dar constancia que estoy utilizando dichos recursos.60Matizar que aunque no hay redes basadas en el modelo OSI, siempre se tiene en mente para desarrollar nuevos protocolos y para guiar nuestros pasos.61Comparacin OSI-TCP/IPSin embargo el retraso y la incertidumbre, adems del elevado precio de los productos del modelo OSI, dio paso a otro modelo que apareca en las universidades y centros de investigacin, el modelo TCP/IP mucho ms simple y con aplicaciones ms econmicas.El modelo OSI es bueno, pero los protocolos son malos y caros.En 1974 aparece el modelo TCP/IP que est basado en RFCs.Este modelo hereda el nombre de sus protocolos principales de su funcionamiento.6162Modelo de referencia TCP/IP

FTP: file transfer protocol, HTTP: HyperText Transfer Protocol, SMTP: Simple Mail Transfer Protocol, TFTP: Trivial FTP , TCP: Transmission Control Protocol, UDP: User Datagram Protocol, IP: Intenet Protocol62Hacer notar que tambin est estructurado en capas.

Combina el nivel de sesin y presentacin de OSI dentro del nivel de aplicacin y junta los niveles fsico y de enlace de datos dentro del nivel de acceso a la red.

El nivel de internet se corresponde con el nivel de red de OSI.

El nivel de transporte se corresponde con el nivel de transporte de OSI.63La nueva capa de acceso a la redContiene las funciones de la capa fsica y enlace de datos del modelo OSI, es decir las capas 1 y 2, es decir en una Ethernet, los cables y la propia tarjeta de red.Cuando nos referimos a cables, conectores y seales elctricas nos referiremos a capa 1.Cuando nos referimos a tarjetas, direcciones de las tarjetas (tambin conocidas como direcciones fsicas o direcciones MAC, p.ej 0E-5F-3A-FF-21-12), nos referiremos a capa 2.6364Modelos TCP/IP e hbridoLos protocolos TCP/IP nacieron por la necesidad de interoperar redes diversas (internetworking)El modelo TCP/IP se dise despus de los protocolos (puede decirse que primero se hizo el traje y despus los patrones)Por eso a diferencia del OSI en el modelo TCP/IP hay unos protocolos predefinidos.A menudo se sigue un modelo hbrido, siguiendo el OSI en las capas bajas y el TCP/IP en las altas. Adems en LANs el nivel de enlace se divide en dos subcapas. Esto da lugar a lo que denominamos el modelo hbrido.6465AplicacinPresentacinSesinTransporteRedEnlaceFsicaAplicacinTransporteInternetHost-redComparacin de modelos OSI, TCP/IP e hbridoOSITCP/IPAplicacinTransporteRedEnlaceLLCMACFsicaHbridoWANLANHardwareFirmwareSoftwareSist. OperativoProgr. de usuarioHost-Red o tambin conocida como de Acceso a la Red65Aunque el modelo OSI especifica siete capas, aqu exponemos un modelo simplificado de cinco capas que es actualmente el ms utilizado para describir la Internet, ya que dos de las capas OSI ( las de sesin y presentacin, que se ubican entre la de transporte y la de aplicacin) quedan a menudo embebidas en su funcin por la capa de aplicacin.En la transparencia mostramos diversos ejemplos de protocolos posibles para cada capa. Todos los protocolos enumerados aqu coexisten en mayor o menor medida en la Internet actualmente.

66Comparacin OSI-TCP/IPEl modelo hbrido que utilizaremos es el siguiente:7: Capa de aplicacin (incluye sesin y presentacin)4: Capa de transporte3: Capa de red2: Capa de enlace para WANEn el caso de conexiones LAN se utilizan subcapas:2.2: Subcapa LLC (Logical Link Control)2.1: Subcapa MAC (Media Acess Control)1: Capa fsica6667Acceso a un servidor Web desde un cliente en una LAN EthernetCapa1234HTTPTCPIPIEEE 802.3

ClienteServidorAplicacinTransporteEnlaceRedFsicaAplicacinTransporteEnlaceRedFsicaIEEE 802.376768Protocolos e informacin de controlNormalmente todo protocolo requiere el envo de algunos mensajes especiales o informacin de control adicional a la que se transmite. Generalmente esto se hace aadiendo una cabecera al paquete a transmitir. ENCAPSULAMIENTO.La informacin de control reduce el caudal til, supone un overhead. Cada capa aade su propia informacin de control. Cuantas ms capas tiene un modelo ms overhead se introduce. 6869Cab. de enlaceDatagrama IPCola de enlaceCab. IPSegmento TCPCab. TCPDatos aplicacinElementos de datos en el modelo TCP/IPSegmentoTCPDatagramaIPTrama20bytes20bytes14bytes4bytesLos valores que aparecen para el nivel de enlace se aplican al caso de Ethernet.Segn el tipo de red puede haber pequeas variaciones6970Simbologa en LAN

Hub o concentrador, capa 1, retransmite bits(velocidades 10, 100, 10/100)

Switch o conmutador de tramas o IP, capa 2, conmuta tramas (10, 100, 10/100, FD/HD)

Bridge o puente de tramas, de capa 2, conmuta tramas, pero lo suele hacer por software y tienes menos bocas que el switch

Router, capa 3, encamina paquetes IP

Red LAN7071Simbologa en WAN

Conmutador WAN, en funcin de su tecnologa, conmutador ATM, Frame Relay (FR), RDSI. Capa 2, conmuta tramas FR o RDSI, y en ATM se llama clulas

Router, capa 3, encamina paquetes

Smbolo de conexin WAN

Abstraccin de un conjunto de redes7172AplicacinAcceso a un servidor Web a travs de una conexin remotaCapa1234HTTPTCPIP

ClienteServidorTransporte

EnlaceRedIPIP

PPPIEEE802.3IEEE802.5V.35FsicaAplicacinTransporteEnlaceRedFsicaEnlaceRedFsicaEnlaceRedFsicaIEEE802.5IEEE802.3LANEthernetLANToken Ring7WANPPP: Point to Point Protocol7273Tipo de servicios ofrecidosAparte de las tcnicas para mandar la informacin, es de destacar, el tipo de servicio ofrecido de cara al usuario, que se puede clasificar en:Un Servicio orientado a conexin (CONS: connection oriented network service), donde se respeta el orden de los paquetes transmitidos y en el caso de prdidas, la capa que ofrece el servicio, la capa inferior, trata de rescatar.Un Servicio no orientado a conexin (CLNS: conectionless oriented network service), donde no se respeta el orden y en el caso de prdidas, la capa superior tratar de recuperar.73Un aspecto fundamental de toda red es el tipo de servicio que ofrece, que puede ser orientado a conexin o no orientado a conexin.En el servicio orientado a conexin o CONS (Connection Oriented network Service) la entidad que desea enviar la informacin debe en primer lugar establecer el canal de comunicacin (tambin llamado circuito) antes de mandar los datos. Existe por tanto una llamada previa a la comunicacin. Cuando la comunicacin 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 conexin es la red telefnica tradicional.Por el contrario en un servicio no orientado a conexin o CLNS (Connectionless Network Service) la informacin se enva sin efectuar ningn contacto previo. Podra suceder que la comunicacin no fuera posible, en cuyo caso los datos se perderan. Un ejemplo de red no orientada a conexin es el servicio postal o el telegrfico.74Tipos de redes y servicios ofrecidosEjemplos:Internet es una red basada en datagramas, conmutacin de paquetes, que no ofrece servicio orientado a la conexin. Pero, la capa de transporte si puede ofrecer dicho servicio a la capa de aplicacin a travs de TCP.RDSI, es una red de conmutacin de circuitos y los paquetes enviados sern recibidos por orden, as que de forma involuntaria estamos ofreciendo un servicio orientado a la conexin.74Algunas caractersticas que diferencian un servicio CONS y CLNS son las siguientes:- Orden de los paquetes: en una red CONS el orden se respeta, mientras que en CLNS puede ocurrir que unos paquetes se adelanten a otros. Por ejemplo en la red telefnica las palabras llegan en el mismo orden en que se emite. En cambio si enviamos varias cartas a un mismo destino puede suceder que no se reciban exactamente en el mismo orden, ya que no tienen por que seguir todas exactamente la misma ruta. - Direccin de destino: en una red CLNS cada paquete ha de conocer la direccin de destino, puesto que se enva de forma independiente. En cambio en CONS solo es preciso especificar la direccin de destino en el momento de la llamada, al establecer el circuito de comunicacin.- Conocimiento de los nodos intermedios: en una red CONS todos los nodos intermedios han de conocer que circuitos pasan por ellos, para poder encaminar adecuadamente el trfico; esta informacin la obtienen en el momento de la llamada. En cambio en CLNS los nodos intermedios no han de mantener ninguna informacin, ya que cada paquete lleva la direccin de destino.- Fiabilidad: En una red CONS cuando un nodo o enlace cae todos los circuitos que pasan por l se interrumpen. En cambio en una red CLNS el trfico se puede reencaminar por caminos alternativos (si los hay).

75Otros ejemplos CONS vs CLNSEjemplos de redes con servicios CONS, orientadas a la negociacin previa de un circuito virtual (VC):Red Telefnica conmutada (RTC o bsica RTB, RDSI, GSM)ATM, X.25, Frame RelayEjemplos de redes con servicios CLNS, es un servicio best effort y no se negocia VCIP (Internet). Los paquetes IP se llaman datagramas.Ethernet75La red telefnica y todos sus derivados (ATM, Frame Relay y X.25) son orientadas a conexin. En cambio las redes que provienen del mundo de la Informtica (Internet y Ethernet por ejemplo) son no orientadas a conexin.76Calidad de Servicio (QoS)La Calidad de Servicio (QoS, Quality of Service) consiste en fijar unos valores lmite para un conjunto de parmetros, asegurando as que la red no se va a congestionar. Por ejemplo:Ancho de banda: 256 Kb/sRetardo o latencia: 200 ms, debido a la distancia, enlaces, colas y procesado de la informacinFluctuacin (variacin) del retardo, o jitter: 100 msDisponibilidad: 99,95 % (21 min/mes fuera de servicio)Probabilidad de error o Bit Error Rate (BER)=bits errneos/bits transmitidosPodemos ver la QoS como el contrato usuario-proveedor.7677InternetworkingSe denomina as a la interconexin de redes diferentesLas redes pueden diferir en tecnologa (p. ej. Ethernet-Token Ring) o en tipo (p. ej. LAN-WAN).Tambin pueden diferir en el protocolo utilizado, p. ej. DECNET y TCP/IP.Los dispositivos que permiten la interconexin de redes diversas son:Repetidores y amplificadoresPuentes (Bridges)Routers y Conmutadores (Switches)Pasarelas de nivel de transporte o aplicacin (Gateways)7778SumarioIntroduccinDefinicin. Tipos de redes y su clasificacinModelo de CapasEstndares7879EstndaresAl principio cada fabricante especificaba sus propios protocolos:SNA (IBM) System Network ArchitectureAppletalk (Apple) protocolo de redIPX (Novell) protocolo de red79Cuando empezaron a aparecer las redes telemticas cada fabricante de ordenadores describa su propia arquitectura segn el modelo de capas (con pequeas variaciones de unos a otros) y especificaba un conjunto de protocolos propio adaptado a las caractersticas de sus ordenadores. Esta situacin obligaba a los usuarios a ser clientes cautivos de un determinado fabricante, ya que la interoperabilidad de equipos de diferentes fabricantes quedaba severamente limitada debido a las caractersticas propietarias de los protocolos existentes. La solucin a este problema pasaba por la especificacin de protocolos independientes de fabricantes, que fueran implementados por todos ellos. Para evitar que se produjera una situacin de desventaja de unos fabricantes respecto de otros el diseo de los nuevos protocolos no deba basarse en los protocolos propietarios ya existentes. Por tanto esta misin difcilmente poda ser realizada por los propios fabricantes.80EstndaresSon imprescindibles para asegurar la interoperabilidadPueden ser:De facto (de hecho), tambin llamados a veces estndares de la industria. Ej.: PC IBM o compatible, UNIX, SNA de IBMDe jure (por ley); ej.: protocolos OSI, redes X.25, ATM, papel tamao A4. Estos estndares a su vez, pueden ser oficiales (declarados por los gobiernos, como ISO, AENOR, ITU,..) o extraoficiales (declarados por sus miembros, empresas, fabricantes, ... como ATM-Forum, Intenet Society).Principales organizaciones de estndares:ISO (igual en griego, International Organization for Standardization)ITU-T (International Telecommunication Union- Telecommunications Sector)La ISOC (Internet Society), el IAB (Internet Architecture Board) y el IETF (Internet Engineering Task Force), que utiliza RFC, ej RFC791 de IP, RFC793 de TCP,..Otras organizaciones: el IEEE, el ANSI, etc.. (Estas son de EEUU.)El W3C (World Wide Web Consortium)8081ISO: International Organization for StandardizationLas siglas provienen del griego isos: igual Formada en 1946 en Ginebra como organizacin voluntaria a partir de las asociaciones de normalizacin de 89 pases. Entre sus miembros se encuentran AENOR (Asociacin Espaola de Normalizacin y Certificacin, Espaa), ANSI (American National Estndar Institute, Estados Unidos), DIN (Deutsches Institut fuer Normung, Alemania), etc, de los cuales adopta y estudia estndares.Estandariza desde lenguajes de programacin y protocolos hasta pasos de rosca, nmeros ISBN, tamaos de papel, etc.Se organiza de forma jerrquica: Comits tcnicos o TC (Technical Commitee)SubComits o SCGrupos de trabajo o WG (Working Groups).El TC97 trata de ordenadores y proceso de la informacin.8182ISO: International Organization for StandardizationLa creacin de un estndar ISO pasa por varias fases:Fase 1: Un Grupo de Trabajo estudia una propuetsa y redacta un CD (Committee Draft)Fase 2: El CD se discute, se modifica y se vota; eventualmente se aprueba y se convierte en un DIS (Draft International Standard)Fase 3: El DIS es de nuevo discutido, modificado y votado en un mbito ms amplio; eventualmente se aprueba y se convierte en un IS (International Standard)A menudo ISO adopta estndares de otras organizaciones (ANSI, ITU-T, IEEE, etc.)Mas informacin en www.iso.ch8283Ejemplo de estndares ISO (en comunicaciones)ISO 7498: el modelo OSIISO 3309: HDLC (protocolo a nivel de enlace)ISO 8802.3: el IEEE 802.3 (Ethernet) adopcin de IEEEISO 9000: Estndares de control de calidadISO 9314: FDDI (ANSI X3T9.5) adopcin de ANSIISO 10589: IS-ISISO 11801: Normativa de Cableado EstructuradoISO 8473: CLNP: ConnectionLess Network Protocol (variante de IP hecha por ISO)8384ITU-T: International Telecommunications Union Sector Telecomunicaciones Creada en 1934 y desde 1947 pertenece a la ONU.Redacta recomendaciones, pero no es obligado su cumplimiento. Ah! pero salirse de sus especificaciones es quedarse aislado del resto :-(ITU tiene tres sectores; el que nos interesa es el ITU-T conocido hasta 1993 como CCITT (Comit Consultatif International Tlgraphique et Tlphonique). Los otros dos son: -R de RadioComunicaciones y D de desarrollo.Sus miembros son las administraciones de los pases participantes; tambin son miembros sin voto las operadoras, fabricantes de equipos, organizaciones cientficas, bancos, lneas areas, etc.Se organiza como ISO de forma jerrquica: los Study Groups se dividen en Working Parties, que a su vez se dividen en Expert TeamsOrganiza una conferencia mundial denominada Telecom en Ginebra cada cuatro aos.Sus estndares afectan sobre todo a tecnologas y servicios de redes de rea extensa (intereses de operadoras). Muchos estndares son adaptados directamente de otros organismos, por ejemplo de ANSI en SONET/SDH. Ms informacin en www.itu.int.8485Algunos Estndares ITU-TX.25: red pblica de conmutacin de paquetesX.400: sistema de mensajera de correo electrnicoV.35: interfaz de nivel fsico para lneas punto a puntoV.90: Mdems de 56/33,6 Kb/sH.323: videoconferencia en IP (ej.: Netmeeting)G.711: digitalizacin de la voz en telefonaG.957: interfaz ptica de equipos SDHG.DMT: ADSL8586La ISOC (Internet Society)En 1991 se cre la ISOC, asociacin internacional para la promocin de la tecnologa y servicios Internet. Cualquier persona fsica que lo desee puede asociarse a la ISOC.La ISOC est gobernada por un Consejo de Administracin (Board of Trustees) cuyos miembros son elegidos por votacin.El desarrollo tcnico de Internet est gobernado por el IAB (Internet Architecture Board) cuyos miembros son nombrados por el Consejo de Administracin de la ISOC.El IAB supervisa el trabajo de dos comits:IRTF (Internet Research Task Force): se concentra en estrategia y porblemas a largo plazoIETF (Internet Engineering Task Force): se ocupa de los problemas mas inmediatos. Ms informacin en www.isoc.org y www.ietf.org8687Organizacin del trabajo tcnico en InternetIRSGIESGarea 1area nGrupos deinvestigacin............Grupos detrabajoIABIRTFIETFIAB: Internet Architecture BoardIRTF: Internet Research Task ForceIRSG: Internet Research Steering GroupIETF: Internet Engineering Task ForceIESG: Internet Engineering Steering Group8788Los estndares InternetDesde 1969 los documentos tcnicos de Internet se han publicado en la red bajo el nombre de RFCs (Request For Comments). Actualmente hay ms de 3.000. Un RFC puede contener la especificacin de un protocolo o ser un documento de carcter informativo o divulgativo Para que un protocolo se estandarice ha de estar publicado en un RFC, pero no todos los protocolos publicados en RFCs son estndares.Para que un protocolo sea un estndar Internet ha de pasar por varias fases:Proposed Standard: se considera de intersDraft Standard: hay alguna implementacin operativa probadaInternet Standard: es aprobado por el IABLa mayor parte de los estndares y la actividad tcnica de Internet se realizan en el seno del IETF y sus grupos de trabajo.8889Protocolo ExperimentalInformativoEstndar PropuestoEstndar BorradorBorrador de RFCEstndar InternetHistricoEvolucin de los RFCs8990Algunos estndares InternetEstndar Internet:RFC 791: IPv4RFC 793: TCPRFC 826: ARPEstndar BorradorRFC 2131: DHCPRFC 2460: IPv6Estndar Propuesto:RFC 2210: RSVPRFC 2401: IPSECProtocolo Experimental:RFC 1459: IRCHistrico:RFC 904: EGPInformativo:RFC 1983: Internet Users GlossaryRFC 2475: Arquitectura DIFFSERV

9091Foros IndustrialesSon grupos de inters sobre una tecnologa formados por fabricantes, operadores de telecomunicaciones, universidades, etc.Nacieron como represalia a la lentitud de ITU-T e ISO en la aprobacin de estndares internacionales (ej. RDSI)Suelen funcionar con fechas lmite (deadline) para la adopcin de sus resoluciones.Algunos ejemplos:El ATM forumEl Frame Relay forumEl Gigabit Ethernet forumEl ADSL forum (ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Loop)El IPv6 Forum9192Otras organizacionesEl IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers)Asociacin profesional de mbito internacionalElabora los estndares 802.x que especifican la mayora de las tecnologas LAN existentesLos estndares 802.x han sido adoptados por ISO como 8802.xEl ANSI (American National Standards Institute)Es el miembro de EEUU en la ISOMuchos de los estndares ISO tienen su origen en un estndar ANSIAlgunos estndares ANSI no son estndares ISO, lo cual los convierte en estndares internacionales de facto 9293Otras organizacionesEl NIST (National Institute of Standars and Technologies) que define los estndares para la administracin de EEUUEl ETSI (European Telecommunication Estndar Insitute) que pertenece a la ITU-T y vela en Europa por la compatibilidad de sus miembros.La TIA (Telecommunication Industry Association) y EIA ( Electrical Industry Association) que son asociaciones americanas que agrupan a los fabricantes.

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