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Introducción a la Telemática y a Internet

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Sumario

• Introducción

• El nivel físico

• Breve historia de Internet

• El nivel de red y sus protocolos

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Introducción

• Importancia y objetivos

• Definición de Telemática

• Clasificación de las redes

• Modelos de descripción de las redes

• Algunos conceptos básicos

• Estándares. Organizaciones

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Importancia

• Cada vez existe más interacción entre la producción audiovisual e Internet. Ejemplo: fusión de America On Line (AOL) con Time Warner

• La producción de materiales audiovisuales tiende cada vez más a utilizar soportes digitales para su almacenamiento y a utilizar Internet y las redes telemáticas para su difusión y distribución

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Las redes telemáticas como medio para distribuir información AV

• Ventajas– Rapidez– Interactividad (requiere bidireccionalidad)– Posibilidad de ofrecer servicios en tiempo real (video

streaming o bajo demanda)– Comunicación entre grupos (transmisión multicast)

• Inconvenientes– Requerimientos elevados de recursos, especialmente para la

difusión en tiempo real (en directo)– Difícil competencia en calidad con medios tradicionales de

radio y teledifusión (pero progresando rápidamente)

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Objetivos de la sesión

• Introducir algunos de los aspectos básicos del funcionamiento de las redes telemáticas en general y de Internet en particular.

• Presentar una perspectiva del estado actual de las redes telemáticas, especialmente en los aspectos de interés para la transmisión de información audiovisual.

• Plantear los problemas y limitaciones principales de las redes telemáticas en relación con la información audiovisual.

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Telecomunicaciones Informática

Telemática

Telemática: ciencia que utiliza las telecomunicaciones para potenciar las posibilidades y aplicaciones de la informática

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Leyes básicas de la informática y la telemática

• Ley de Moore (fundador de Intel):– El nivel de integración de los chips (y con él la

potencia de los procesadores) se duplica cada 18 meses

• Ley de Metcalfe (inventor de Ethernet):– La utilidad de una red de comunicaciones es

proporcional al cuadrado del número de nodos que contiene

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Clasificación de las redes

• Por su ámbito:

– Redes de área local o LAN (Local Area Network): Diseñadas desde el principio para transportar datos.

– Redes de área extensa o WAN (Wide Area Network): Utilizan el sistema telefónico, diseñado inicialmente para transportar voz.

• Por su tecnología:

– Redes broadcast (broadcast = radiodifusión)

– Redes punto a punto

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Clasificación de las redes por su ámbito

Distancia entre

procesadores

Procesadores ubicados

en el mismo ...

Ejemplo

1 m Sistema Multiprocesador

10 m Habitación

LAN100 m Edificio

1 Km Campus

10 Km Ciudad MAN (o WAN)

100 Km País

WAN1.000 Km Continente

10.000 Km Planeta

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Redes de área local o LAN (Local Area Network)

• Características:– Generalmente tipo broadcast (medio compartido)

– Cableado normalmente propiedad de la empresa

– Diseñadas para transporte de datos

• Ejemplos:– Ethernet (IEEE 802.3): 1, 10, 100, 1000, 10000 Mb/s

– 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)

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Topologías LAN típicas

Bus(Ethernet) Anillo

(Token Ring, FDDI)

Cable

Ordenador (Host)

Ordenador (Host)

Cable

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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.

• Normalmente utilizan enlaces punto a punto temporales o permanentes, salvo las comunicaciones vía satélite que son broadcast.

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Clasificación de las redes por su tecnología

Tipo Broadcast Enlaces punto a punto

Características

La información se envía a todos los nodos de la red, aunque solo interese a unos pocos

La información se envía solo al nodo al cual va dirigida

Ejemplos •LANs

•Redes de satélite

•Redes de TV por cable

•Enlaces dedicados

•Servicios de conmutación de paquetes (X.25, Frame Relay y ATM).

•LANs conmutadas

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Redes broadcast

• El medio de transmisión es compartido. Suelen ser redes locales. Ej.: Ethernet 10 Mb/s

• Los paquetes se envían a toda la red, aunque vayan dirigidos a un único destinatario. Posibles problemas de seguridad (encriptado)

• Se pueden crear redes planas, es decir redes en las que la comunicación entre dos ordenadores cualesquiera se haga de forma directa, sin routers intermedios.

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Redes de enlaces punto a punto (I)

• La red esta formada por un conjunto de enlaces entre los nodos de dos en dos

• Es posible crear topologías complejas (anillo, malla,etc.)

• Generalmente la comunicación entre dos ordenadores cualesquiera se realiza a través de nodos intermedios que encaminan o conmutan los paquetes (conmutador o router).

• Un router o conmutador es un ordenador especializado en la conmutación de paquetes; generalmente utiliza un hardware y software diseñados a propósito

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Algunas topologías típicas de redes punto a punto

Estrella Anillo Árbol sin bucles (no mallado)

Malla completa Anillos interconectadosTopología irregular

(malla parcial)

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Enlaces punto a punto (II)• Los enlaces punto a punto pueden ser:

– Simplex: transmisión en un solo sentido

– Semi-dúplex o half-duplex: transmisión en ambos sentidos, pero no a la vez

– Dúplex o full-duplex: transmisión simultánea en ambos sentidos

• La velocidad se especifica en bps, Kbps, Mbps, Gbps, Tbps, ... etc.: – 1 Kbps = 1.000 bps (no 1.024)

– 1 Mbps = 1.000.000 bps (no 1.024*1.024)

• Los enlaces dúplex y semi-dúplex pueden ser simétricos (misma velocidad en ambos sentidos) o asimétricos. Normalmente son dúplex simétricos

• Ejemplo: la capacidad total máxima de un enlace de 64 Kbps son 128.000 bits por segundo (64.000 bits por segundo en cada sentido).

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Clasificación de 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

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WAN (red de enlaces punto a punto)

LAN (red broadcasto LAN conmutada)

Host Router

Escenario típico de una red completa (LAN-WAN)

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Problema de la comunicación de ordenadores

• La interconexión de ordenadores es un problema técnico de complejidad elevada.

• Requiere el funcionamiento correcto de ordenadores (hardware) y programas (software) desarrollados por diferentes equipos humanos

• Cuando las cosas no funcionan lo normal es echar la culpa al otro equipo

• La interoperabilidad no cumple la propiedad transitiva. El correcto funcionamiento de A con B y de B con C no garantiza el correcto funcionamiento de A con C

• Estos problemas se agravan cuando se interconectan equipos de distintos fabricantes.

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La solución

• La mejor forma de resolver un problema complejo es dividirlo en partes (divide y vencerás)

• En telemática 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 más conocido es el llamado modelo OSI de ISO (OSI = Open Systems Interconnection, ISO: Organización Internacional de Estandarización).

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Ejemplo de comunicación mediante el modelo de capas

Dos artistas, uno en Moscú y el otro en Valencia, mantienen por vía telegráfica una conversación sobre pintura. Para entenderse

disponen de traductores ruso-inglés y valenciano-inglés, respectivamente. Los

traductores pasan el texto escrito en inglés a los telegrafistas que lo transmiten por el

telégrafo utilizando código Morse.

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Telegrafista

Telégrafo

Traductor

Artista

Telegrafista

Telégrafo

Traductor

Artista

Ejemplo de comunicación mediante el modelo de capas

Capa

1

2

3

4

Moscú Valencia

Comunicaciónvirtual

Comunicaciónreal

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Principios del modelo de capas

• El 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 comunicación entre capas se realiza mediante una interfaz

– Cada capa se comunica con la capa equivalente en el otro sistema utilizando un protocolo característico 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.

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Telegrafista

Telégrafo

Traductor

Artista

Telegrafista

Telégrafo

Traductor

Artista

Protocolos e Interfaces

Capa

1

2

3

4

Moscú Valencia

Pintura

Inglés

Morse

Impulsos eléctricos

Ruso Valenciano

Texto escrito Texto escrito

Manipulador Manipulador

Protocolos Interfaces

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Capa N

Servicios utilizados de la capa N-1

Servicios ofrecidos a la capa N+1

Comunicación con la entidadhomóloga mediante el protocolo de la capa N

Comunicación virtual(salvo si N=1)

Comunicaciónreal

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Comunicación indirecta mediante el modelo de capas

Supongamos ahora que Moscú y Valencia no disponen de comunicación directa vía telégrafo, pero que la comunicación se realiza de forma indirecta por la ruta:

Moscú – Copenhague: telégrafo por cable

Copenhague – París: radiotelégrafo

París – Valencia: telégrafo por cable

20/04/2013 29Telégrafo por cable

Radiotelégrafo

Valencia

París

Copenhague

Moscú

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Telegrafista

Telégrafo

Traductor

Artista

Telegrafista

Telégrafo

Traductor

Artista

Comunicación indirecta entre dos artistas a través de una red de telégrafos

Moscú Valencia

Pintura

Inglés

Morse

Impulsoseléctricos

Telegrafista

Telégrafo

Telegrafista

Telégrafo

Ondas de radio

ParísCopenhague

MorseMorse

Impulsoseléctricos

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El Modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnect)

• 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

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Capa FísicaEspecificación de medios de transmisión

mecánicos, eléctricos, funcionales y procedurales

TransmiteLos Datos

N=1N=1Medio físico

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Capa de Enlace

Datos puros

Driver (controlador) del dispositivo de

comunicaciones

Provee el control de la capa física

Detecta y/o corrigeErrores de transmisión

N=2N=2

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Capa de Red

¿Por donde deboir a w.x.y.z?

Suministra información sobre la

ruta a seguir

N=3N=3Routers

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Capa de Transporte

Conexión extremo a extremo (host a host)

Error de comprobación

de mensaje

Paquetesde datos

¿Son estosdatos buenos?

Este paquete no es bueno.

Reenviar

Verifica que los datos se transmitan

correctamente

N=4N=4

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Capa de Sesión

CerrarConexión

De nada!GraciasMe gustaría

enviarte algoBuenaidea!

EstablecerConexión

Sincroniza el intercambio de datos entre capas inferiores y superiores

N=5N=5

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Capa de Presentación

Datos de la aplicación(dependientes de la máquina)

Datos de capas bajas (independientes de la

máquina)

Convierte los datos de la red al formato requerido por la aplicación

N=6N=6

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Capa de Aplicación

¿Que debo enviar?

• Es la interfaz que ve el usuario final

• Muestra la información recibida

• En ella residen las aplicaciones

• Envía los datos de usuario a la aplicación de destino usando los servicios de las capas inferiores

N=7N=7

WWW (HTTP)

Tran

sf. F

iche

ros

(FTP

)

e-mail (

SMTP)

Vid

eoco

nfer

enci

a (H

.323

)

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Modelo TCP/IP y modelo híbrido

• Los protocolos TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocolo) nacieron por la necesidad de interoperar redes diversas (internetworking)

• El modelo TCP/IP se diseñó después de los protocolos (puede decirse que primero se hizo el traje y después los patrones)

• A menudo se sigue un modelo híbrido, el OSI en las capas bajas y el TCP/IP en las altas. Además en LANs el nivel de enlace se divide en dos subcapas. Esto da lugar a lo que denominamos el modelo híbrido.

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Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Aplicación

Transporte

Internet

Host-red

Comparación de modelo OSI, TCP/IP e híbrido

OSI TCP/IP

Aplicación

Transporte

Red

Enlace LLC

MAC

Física

HíbridoWAN LAN

Har

dw

are

Fir

mw

are S

oft

war

e

Sis

t. O

per

ativ

oP

rog

r. d

e u

suar

io

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Telnet FTP DNS SMTP

UDPTCP

IP

ARPANET SATNET LANPacket

Radio

Capa

Aplicación

Transporte

Red

Host-Red

Protocolos

Redes

Protocolos y redes del modelo TCP/IP inicial

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Acceso a un servidor Web desde un cliente en una LAN Ethernet

Capa

1

2

3

4

HTTP

TCP

IP

IEEE 802.3

Sockets

Winsock

Cliente Servidor

Aplicación

Transporte

Enlace

Red

Física

Sockets

Winsock

Aplicación

Transporte

Enlace

Red

Física

IEEE 802.3

5

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Protocolos e información de control

• Todo protocolo requiere el envío de mensajes o información de control adicional a los datos que ha de transmitir. Generalmente esto se hace añadiendo una cabecera (a veces también una cola) a los datos.

• La información de control reduce el caudal útil, supone un overhead.

• Cada capa añade su propia información de control. Cuantas mas capas tiene un modelo mas overhead se introduce.

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Cabecerade enlace

Datagrama IP

Cola de enlace

Cabec.IP

Segmento TCP

Cabec.TCP

Datos aplicación

Envío de datos típico en el modelo TCP/IP

SegmentoTCP

DatagramaIP

TramaEthernet

20bytes

20bytes

14bytes

4bytes

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Aplicación

Acceso a un servidor Web a través de una conexión remota

Capa

1

2

3

4

HTTP

TCP

IP

Cliente Servidor

Transporte

Enlace

RedIP IP

PPP

IEEE802.3

IEEE802.5V.35

Física

Aplicación

Transporte

Enlace

Red

Física

Enlace

Red

Física

Enlace

Red

Física

IEEE802.5

IEEE802.3

LANEthernet

LANToken Ring

5

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Servicio orientado y no orientado a conexión

• Servicio orientado a conexión (CONS, Connection Oriented Network Service): establece el canal de comunicación antes de enviar la información. Ejemplo: llamada telefónica.

• Servicio no orientado a conexión (CLNS, ConnectionLess Network Service): envía los datos directamente, sin preguntar antes. Si la comunicación no es posible los datos se perderán. Ejemplo: servicio postal o telegráfico

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¿Conexión o No Conexión? Ese es el dilema

• En el servicio orientado a Conexión (CONS):– Se respeta el orden de los paquetes

– Se mantiene la misma ruta o camino para todos los paquetes

– Los paquetes no necesitan llevar la dirección de destino

– Si el canal se corta la comunicación se interrumpe

• En el servicio No orientado a Conexión (CLNS):– No se respeta el orden

– Cada paquete ha de llevar la dirección de destino

– La ruta puede variar para cada paquete

– La red es más robusta, ya que si una ruta queda inservible se pueden usar otras

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1.11.3 1.2

2.12.3 2.2

1.1

1.31.2

2.1

2.32.2

B.1B.3 B.2

C.1C.3 C.2

B.1

B.3B.2

C.3

C.2C.1

Red CONS

Red CLNS

VC 1

VC 2

A

A

B

B

C

C

Cada paquete lleva elnúmero del circuito virtual

al que pertenece

Cada datagrama lleva ladirección de destino

El orden se respeta

El orden no siemprese respeta

Todos los paquete quevan por un mismo VC

usan la misma ruta

La ruta se elige deforma independientepara cada datagrama

CONS vs CLNS

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Servicios de red orientados y no orientados a conexión

• Ejemplos de redes con servicios CONS:– Red Telefónica conmutada (RTB, RDSI, GSM)– ATM, X.25, Frame Relay

• Ejemplos de redes con servicios CLNS– IP (Internet)– Ethernet

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Estándares

• Al principio cada fabricante especificaba sus propios protocolos propietarios:– IBM: SNA

– Digital: DECNET

– Apple: Appletalk

– Novell: IPX

• Gradualmente se tiende a utilizar protocolos estandarizados, independientes de fabricantes. Por ejemplo TCP/IP

20/04/2013 51

Estándares• Imprescindibles para asegurar la interoperabilidad• Pueden ser:

– De facto (de hecho), también llamados a veces estándares de la industria. Ej.: PC IBM o compatible, Microsoft Office

– De jure (por ley), aprobados por organizaciones de estandarización. Ej.: protocolos OSI, Internet, Ethernet, V.90 (modems), papel tamaño A4

• Principales organizaciones de estándares:– ISO (International Organization for Standardization)– ITU-T (International Telecommunication Union-

Telecommunications Sector)– El IETF (Internet Engineering Task Force). Estándares

Internet– Otras organizaciones: el IEEE, el ANSI, etc.

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ISO: International Organization for Standardization

• Las siglas provienen del griego isos: igual

• Formada en 1946 como organización voluntaria agrupando las asociaciones de normalización de 89 países

• Entre sus miembros se encuentran AENOR (España), ANSI (Estados Unidos), DIN (Alemania), etc.

• Estandariza protocolos de comunicacones, lenguajes de programación, pasos de rosca, números ISBN, tamaños de papel, etc.

• El Technical Committee 97 de ISO se ocupa de informática; ha estandarizado muchos protocolos de comunicaciones, entre ellos el modelo OSI

20/04/2013 53

ITU-T: International Telecommunications Union – Sector Telecomunicaciones

• Creada en 1934.• ITU tiene tres sectores; el que nos interesa es el ITU-T,

conocido hasta 1993 como CCITT (Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique)

• Sus miembros son las operadoras (compañías telefónicas).• Organiza Telecom, una conferencia mundial que se celebra

cada cuatro años en Ginebra. La última tuvo lugar en octubre de 1999.

• Sus estándares afectan sobre todo a tecnologías y servicios de redes de área extensa (intereses de operadoras). Ej.: V.90 (modems), H.323 (videoconferencia), etc.

• Más información en www.itu.int.

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La ISOC (Internet Society)

• Es una asociación internacional creada en 1991 para la promoción de la tecnología y servicios Internet. Cualquier persona física que lo desee puede asociarse a la ISOC.

• El desarrollo técnico de Internet está gobernado por el IAB (Internet Architecture Board) cuyos miembros son nombrados por el Consejo de Administración de la ISOC.

• El IAB supervisa el trabajo de dos comités:– IRTF (Internet Research Task Force): se concentra en

estrategia y porblemas a largo plazo– IETF (Internet Engineering Task Force): se ocupa de los

problemas mas inmediatos. • La mayor parte de los estándares de Internet los especifica el

IETF.• Más información en www.isoc.org y www.ietf.org

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Otras organizaciones

• El IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers)– Asociación profesional de ámbito internacional

– Elabora los estándares 802.x que especifican la mayoría de las tecnologías LAN existentes

– Los estándares 802.x han sido adoptados por ISO como 8802.x

• El ANSI (American National Standards Institute)– Es el miembro de EEUU en la ISO

– Muchos de los estándares ISO tienen su origen en un estándar ANSI

– Algunos estándares ANSI no son estándares ISO, lo cual los convierte en estándares internacionales de facto

20/04/2013 56

¿Preguntas?

20/04/2013 57

Internet

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20/04/2013 59

Antecedentes de Internet: ARPANET

• Creada en 1969 por la Advanced Research Projects Agency del DoD (Department of Defense) de EEUU.

• Objetivo: resistir un ataque militar• Red de conmutación de paquetes no orientada a conexión

(datagramas)• Primera experiencia en septiembre de 1969 (cuatro nodos)• Los routers, llamados IMP (Interface Message Processors) se

conectaban con líneas telefónicas de 56 Kbps; a cada IMP se conectaba localmente un host.

• La red era mantenida por la empresa BBN (Bolt, Beranek & Newman).

• Intentos de extender los protocolos iniciales a redes de otro tipo (satélite, radio, etc.) demostraron que no eran adecuados. En 1974 Cerf y Kahn inventaron el modelo y protocolos TCP/IP.

20/04/2013 60

Diseño de la ARPANET original

Protocolo host a host

Protocolo IMP origen a IMP destino

Protocolo IMP a IMP

IMP

Red

Host (mainframe)

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Dic. 1969 Jul. 1970 Mar. 1971

Abr. 1972Sept. 1972

Evolución de ARPANET

UCSB

UCLA

SRI UTAH

UCSB

UCLA

SRI UTAH

RAND BBN

SDC

MIT

UCSB

UCLA

SRI UTAH

RAND BBN

SDC

MITILL.

HARVARD

LINCOLN

CASE

CARN

BURROUGHS

STAN.

UCLA

UCSB

SRI

AMES

STAN. SDC

USC

RAND TINKER

UTAH

MCCELLAN

NCAR

ILL.

MIT

BBN

GWC

RADC

CASELINCOLN

HARVARD NBS

ETAC

MITRE

CARNLINC

UCSD

MITRE

ARPA

STANFORD

TINKER

SAACBELVOIR

CMU

RAND

X-PARC

FNWC

UCSB

LINC

ETACRADC

CCABBN

HARVARDABERDEEN

NBS

AMES TIP

AMES IMP

SRI LBL MCCLELLAN UTAH ILL. MIT

CASEGWCNOAAUSCSDCUCLA

UCLA

SRI

Sep. 1969

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ARPANET, NSFNET e Internet

• La versatilidad de TCP/IP para interconectar LANs y WANs, y su distribución gratuita provocaron un enorme crecimiento de ARPANET

• Pero ARPANET estaba restringida a centros con proyectos militares. En 1984 la NSF (National Science Foundation) creó la NSFNET abierta a todas las universidades, que se interconectó con ARPANET.

• Gradualmente se fueron conectando a NSFNET redes regionales y de otros países, creando la Internet

• En 1990 ARPANET (la red financiada por ARPA) desapareció y NSFNET pasó a la empresa ANS (Advanced Networks and Services). ANSNET fue vendida en 1995 a America Online (que en 2000 se fusionó con Time Warner)

• En 1996 un conjunto de universidades americanas puso en marcha una nueva Internet llamada Internet 2; esta se apoya en dos redes: vBNS y Abilene

20/04/2013 63

El ‘backbone’ de la Internet en 1988

Enlaces de 1,5 Mb/s

20/04/2013 64

El ‘backbone’ de la Internet en 2001

Enlaces de 2,5 Gb/s

20/04/2013 65www.ebone.com

Red europea de un proveedor IP (ISP) comercial

20/04/2013 66

Red I+D europea

20/04/2013 67

Ejemplos de redes: RedIRIS

• Red nacional de I+D iniciada en 1988 bajo el patrocinio del PNID (Plan Nacional de Investigación y Desarrollo)

• Topología de red en estrella centrada en Madrid

• Un enlace por cada comunidad autónoma

• Enlaces con capacidades de hasta 155 Mb/s

• En 1er trimestre de 2002 algunos pasarán a 622 ó 2,5 Gb/s

• Tres conexiones al exterior:– Europa (GEANT)

– Espanix Internet comercial en España)

– EEUU y resto del mundo

20/04/2013 68

Enlaces troncales de RedIRIS

20/04/2013 69

RedIRIS en la Comunidad Valenciana

20/04/2013 70

Identificación de los nodos en Internet: direcciones

• Cada nodo (ordenador o router) tiene una dirección de 4 bytes (32 bits). La dirección se expresa en formato decimal con cuatro bytes separados por puntos

• Una parte de la dirección indica la red y otra el host (ordenador). Ej.:

147 . 156 . 135 . 22

Red Host

10010011 . 10011100 . 10000111 . 00010110

La división Red-Host no siempre está en el centro, puede variar

20/04/2013 71

Identificación de los nodos en Internet: nombres

• Las personas recuerdan mejor nombres que números.

• Las direcciones pueden cambiar cuando un ordenador cambia de ubicación

• Para evitar esto hay un sistema de traducción de nombres a direcciones, el DNS (Domain Name Service). Ej.:

Nombre Dirección

miro.uv.es 147.156.135.22

www.uv.es 147.156.1.46

ww.rtve.es 193.127.1.21

www.microsoft.com 207.46.230.218, 207.46.197.100, ...

20/04/2013 72

Madrid-Valencia

Madrid-Cataluña

Madrid-Extremadura

Estadísticas de tráfico enlaces troncales RedIRIS

Entrada(MV) Salida

(VM)

20/04/2013 73

Tráfico Enlace Madrid-Valencia

Diario

Semanal

Mensual

20/04/2013 74

Enlaces exteriores RedIRIS

Europa

(TEN-155)

Espanix

(punto neutro)

Estados Unidos y

Resto del mundo

Enlacesaturado

RedIRIS-Europa

Europa-RedIRIS

20/04/2013 75

La Capa Física

20/04/2013 76

Nivel Físico: Sumario

• Función

• Concepto de velocidad, capacidad, ancho de banda y caudal

• Medios físicos principales: fibra, cobre e inalámbrico.

• Tecnologías y servicios de transmisión de datos en redes WAN

20/04/2013 77

El nivel físico

• Se ocupa de transmitir los bits• Especifica conectores, cables, voltajes y

velocidades• La velocidad o capacidad se mide en Kb/s, Mb/s,

etc.(1 Kb/s = 1000 bits/s, 1 Mb/s = 1000000 bits/s). El término ‘ancho de banda’ se usa a menudo como sinónimo de velocidad

• Caudal es la cantidad de tráfico real que pasa por una línea.

20/04/2013 78

Medios de transmisión ‘guiados’ (por cable)

• Fibra óptica– Gran capacidad (hasta 1 Tb/s)– Gran fiabilidad (menos de 1 error en 1012)– Atenuación muy baja (7% de pérdida en 1 Km)– Gran alcance (hasta 160 Km sin regenerar)

• Cable de cobre– Menor costo (cables e interfaces)– Sensible a interferencia electromagnética– Más errores (menos de 1 error en 108 - 1010)– Atenuación alta (hasta 98% de pérdida en 100 m)– Corto alcance

20/04/2013 79

Medios de transmisión ‘no guiados’ (por el aire)

• Enlaces fijos (microondas, satélite, infrarrojos)– Gran capacidad y fiabilidad– Costo menor que las redes de cable

• Conexiones móviles de largo alcance (GSM, GPRS)– Baja/muy baja capacidad y baja fiabilidad – Costo elevado

• Conexiones móviles de corto alcance (LANs inalámbricas)– Alta capacidad a bajo costo, pero alcance limitado

20/04/2013 80

Transmisión de datos por medios ‘clásicos’

• Líneas telefónicas dedicadas (conexión permanente)– Capacidad: de 64 Kb/s a 34 Mb/s– Para conexiones de alta utilización y/o capacidad

• Conexiones RTC por módem (analógicas)– Velocidades hasta 56/33,6 Kb/s (asimétrica)– Para conexiones esporádicas

• RDSI (Red Digital de Servicios Integrados)– 64 Kb/s por canal. – Posibilidad de agregar canales (n x 64).– Dos tipos de conexión: básica (2 canales, 128 Kb/s) y

primaria (30 canales, 1920 Kb/s).

20/04/2013 81

Redtelefónica

Internet Teléfonosanalógicos o

digitales

Módem oAdaptador RDSI

Ordenador

Acceso a Internet con línea telefónica

POP del ISP

Domicilio del abonado

33,6/56 Kb/s (analógico)

64 Kb/s (RDSI)

POP: Point Of Presence

ISP: Internet Service Provider

20/04/2013 82

Nuevas técnicas de transmisión de datos

• Acceso residencial de banda ancha– Redes CATV (Televisión por cable)– ADSL (xDSL)– LMDS– Satélite

20/04/2013 83

Fuente: http://www.pioneerconsulting.com/globalbroadband/index.html

20/04/2013 84

Redes CATV (TV por cable)

• Las redes CATV (Community Antenna TeleVision) nacieron para resolver problemas de recepción en zonas de mala cobertura.

• Antena (centro emisor) en sitio elevado con buena recepción. Señal a los usuarios hacia abajo ‘downstream’.

• Cable coaxial

• Amplificadores cada 0,5-1,0 Km. Hasta 50 en cascada.

• Señal solo descendente. Amplificadores impedían transmisión ascendente.

20/04/2013 85

Receptores yDecodificadores

Moduladores yConversores

Contenidos locales

CABECERA

Arquitectura típica de una red CATV coaxial tradicional

UnidireccionalHasta 50 amplificadores en cascada

EmpalmeAmplificadorunidireccional

Cable Coaxial (75 )Muchos milesde viviendas

20/04/2013 86

Redes CATV bidireccionales

• Muchos amplificadores en cascada degrada la señal, complica y encarece el mantenimiento.

• Solución: redes HFC (Hybrid Fiber Coax):– Dividir la red en zonas independientes de 500-2000 viviendas

– Enviar la señal a cada zona por f.o., distribución en coaxial.

– Máximo 5 amplificadores en cascada (solo en el coaxial)

• Además se instalan amplificadores para tráfico ascendente

• Red bidireccional: monitorización, pago por visión, interactividad y datos (Internet)

• En España casi todas las redes CATV son HFC bidirecc.

20/04/2013 87

Arquitectura HFC (Híbrida Fibra-Coax.)

CabeceraRegional

Cab. local

Nodofibra

Nodofibra

Nodofibra

Nodofibra

COAX Empalme

Nodofibra

Nodofibra

Conexión

Set-top box-TVCable módem - ordenador

8 MHzTV1C9TV3

Nodofibra

Nodofibra

Nodofibra

Cab. local

Cab. local

20/04/2013 88

Cabeceraregional

Arquitectura típica de una red CATV HFC

Anillo de fibra(TV y datos viajan

por separado)

Cabecera local

Receptor y Modulador

Internet

Nodode fibra(500-2000viviendas)

Empalme

Fibra (monomodo)Cable Coaxial (75 )

Amplificadorbidireccional

125-500 viviendas

Bidireccional3-5 amplificadores máx.

Conversorfibra-coaxial

Cable módem

Ethernet (10BASE-T)

20/04/2013 89

Transmisión de datos en CATV

• Sentido descendente (ida): datos modulados en portadora analógica de un canal de televisión

• Sentido ascendente: se configuran canales en la zona de bajas frecuencias, no utilizada por la TV

• En datos cada zona es independiente. Los canales (desc. y asc.) son compartidos por los usuarios de cada zona, como si fuera una LAN.

20/04/2013 90

Organización de los canales en redes CATV

Canales para televisión digital

Canales para datos (descendente)

Canales para televisión analógica

Fre

cuen

cia

Canales para datos (ascendente)

Servicios de TV

Servicios de datos(acceso Internet)

20/04/2013 91

Redes de televisión por cable

• Aprovechan un canal de TV (6 MHz en América, 8 MHz en Europa) para enviar los datos en sentido descendente (centro emisor usuario).

• La red se organiza en zonas que se atienden de forma independiente.

• Capacidad descendente: 30-40 Mb/s por canal y zona

• Capacidad ascendente: 2-3 Mb/s por canal y zona. Frecuencias bajas (20-42 MHz)

20/04/2013 92

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop)

• Compite con las redes de televisión por cable• Transmisión analógica (modems) a pesar del

nombre• Aprovecha el par de cobre telefónico tradicional• Compatible con el teléfono analógico y con RDSI• Capacidad 1,5-6 Mb/s en descendente y 64-640

Kb/s ascendente. Depende de la distancia• Requiere infraestructura próxima al abonado

(distancia abonado-central menor de 5,5 Km)

20/04/2013 93

Espectro de ADSL

Frec. 0 4 kHz 1.104 kHz

CanalCanalDescendenteDescendente

CanalCanalAscendenteAscendente

TeléfonoTeléfonoanalógicoanalógico

30 kHz 138-160 kHz

Bin 0 32 37 2557

Am

pli

tud

20/04/2013 94

Switchtelefónico

Redtelefónica

Internet

DSLAM(ATU-C)

Splitter

Teléfonosanalógicos

ModemADSL

(ATU-R)

Bucle deAbonado

(5,5 Km máx.)

OrdenadorAltas

Frecuencias

BajasFrecuencias

Configuración de una conexión ADSL

Central Telefónica Domicilio del abonado

Splitter

20/04/2013 95

Red típica de una Compañía Telefónica

Cabecera Cable TV

Comp B

Comp A

InalámbricoPOTSRDSICableFrameATMFUNI

D/C D/C

ISP1

ISP2

IDSL/SDSL

ADSLVDSL/ATM

D/CD/C

DSM

BackboneSONET/ATM

Switch

20/04/2013 96

¿Preguntas?

20/04/2013 97

La Capa de Red

¿Por donde deboir a w.x.y.z?

Routers

20/04/2013 98

El Nivel de Red

• Funciones principales

• Routing

• Congestión.

• Calidad de Servicio.

• Protocolo IPv6

• Multicast

20/04/2013 99

Funciones del nivel de red

• Encaminar los paquetes hacia su destino por la ruta óptima

• Evitar las situaciones de congestión, y en su caso adoptar medidas para resolverlas.

20/04/2013 100

Routing: Principio de optimalidad

Si Valencia está en la ruta óptima de Murcia a Barcelona, entonces el camino óptimo de Valencia a Barcelona está incluido en la ruta óptima de Murcia a Barcelona

Corolario: Todas las rutas óptimas para llegar a Barcelona desde cualquier sitio forman un árbol sin bucles con raíz en Barcelona.

20/04/2013 101

Murcia

Valladolid

Bilbao

Madrid

Valencia

Zaragoza

Sevilla

Barcelona

Badajoz

La Coruña

La red de autopistas españolas

Rutas óptimas hacia Barcelona

Principio de optimalidad

Barcelona

Bilbao Murcia

Valladolid

Madrid

ValenciaZaragoza

BadajozLa Coruña Sevilla

20/04/2013 102

Concepto de ruta óptima en viajes por carretera

• Para elegir la ruta óptima se pueden aplicar diversos criterios, por ejemplo:– La que minimice la distancia– La que minimice el tiempo– La que minimice el consumo de gasolina– La que minimice el costo (p. Ej. evitar peajes)– La que minimice el cansancio (preferible autopistas,

pocas curvas, cambios de carretera, etc.)– Una determinada combinación de todos los anteriores

con diversos pesos según los gustos del usuario • La ruta óptima puede variar en función del criterio elegido.

Ver por ejemplo www.michelin.com

20/04/2013 103

Concepto de ruta óptima en telemática

• Los criterios que se aplican suelen ser:

– Minimizar el número de routers (saltos) por lo que se pasa

– Maximizar el caudal (ancho de banda) de los enlaces por los que se pasa

– Minimizar el nivel de ocupación o saturación de los enlaces que se atraviesan

– Minimizar el retardo de los enlaces

– Maximizar la fiabilidad de los enlaces (minimizar la tasa de errores)

– Una determinada combinación de todos los anteriores con diversos pesos según los gustos del usuario

20/04/2013 104

Algoritmos de routing• Pueden ser:

– Estáticos: • Toman decisiones en base a información recopilada con

anterioridad• Una vez elegida una ruta no se cambia

– Dinámicos: • Deciden en base a información recabada en tiempo real• Pueden reaccionar con rapidez a situaciones nuevas (caída de

enlaces, saturación, etc.) • La ruta puede cambiar constantemente• Requieren un protocolo de routing para recoger la información

• Salvo en redes muy simples o en zonas periféricas se suele utilizar routing dinámico.

20/04/2013 105

Encaminamiento dinámico• Los routers no disponen cuando arrancan de un ‘mapa de

carreteras’; se lo han de construir sobre la marcha y mantener actualizado

• Esto requiere recabar información en tiempo real sobre los enlaces que tienen y sus distancias a otros routers. Para ello se utilizan los protocolos de routing

• Se pueden utilizar dos algoritmos:

– Vector distancia (o Bellman-Ford)

– Estado del enlace (o Dijkstra)

• En ambos casos el cálculo de las rutas óptimas se realiza de forma distribuida en toda la red.

20/04/2013 106

Algoritmo del vector distancia (o de Bellman-Ford)

• Cada router cuando se enciende conoce:– Su ‘nombre’ o identificador– Sus interfaces– La ‘distancia’ hasta el siguiente router en cada interfaz

• El router transmite esta información a sus vecinos, que a su vez hacen lo propio.

• Con la información recibida el router calcula su distancia a los vecinos de sus vecinos. De eta forma al cabo de varias iteraciones conoce a todos los routers de la red.

• El router intercambia regularmente con sus vecinos información sobre su distancia a todos los routers de la red

20/04/2013 107

Métrica 3

Métrica 2 Métrica 7

Métrica 2

0 5 3 2 19 9 5 22 2 4 7

6 2 0 7 8 5 8 12 11 3 2

0

5 8 3 2 10 7 4 20 5 0 15

A B C D E F G H I J K

Vector recibido por (+3):

Vector recibido por (+2):

Vector recibido por (+2):

Vector recibido por (+7):

Métricas calculadas: 2 6 5 0 12 8 6 19 3 2 9

Interfaz de salida:

12 3 15 3 12 5 6 18 0 7 15

Router Destino:

I

J

A

C

D

20/04/2013 108

Congestión

• Se produce cuando a un nodo de la red llega más tráfico que el que sale (normalmente porque algún enlace saliente está saturado).

• Similar al problema del tráfico en horas punta o la caja del supermercado el sábado por la tarde

• La solución es aumentar la capacidad del enlace saturado, o reducir el tráfico en los de entrada.

• Es el principal problema de Internet actualmente.

20/04/2013 109

Redtelefónica

Internet

Ejemplo típico de congestión

POP del ISP

300 usuarios

300 * 33,6 = 10 Mb/s

POP: Point Of Presence

ISP: Internet Service Provider

2 Mb/s

20/04/2013 110

Carga

Ren

dim

ien

to

SinCongestión

CongestiónFuerte

CongestiónModerada

Efectos de la congestión en el tiempo de servicio y el rendimiento

SinCongestión

CongestiónFuerte

CongestiónModerada

Tie

mp

o d

e S

ervi

cio

Carga

20/04/2013 111

Congestión (II)• La congestión aumenta el tiempo de servicio o de

entrega de los paquetes (retardo o latencia).• En aplicaciones en tiempo real (isócronas) por

ejemplo videoconferencia o vídeo bajo demanda es crítico tener un retardo bajo y constante (especialmente para el audio)

• Cuando hay congestión las redes intentan reducir el tráfico.

• El control de congestión es un problema aún no resuelto.

20/04/2013 112

Calidad de Servicio (QoS)

• La Calidad de Servicio (QoS, Quality of Service) consiste en fijar unos valores límite para un conjunto de parámetros, asegurando así que la red no se va a congestionar. Por ejemplo:– Rendimiento o ancho de banda: 256 Kb/s– Retardo o latencia: 200 ms– Fluctuación del retardo, o jitter: 100 ms– Disponibilidad: 99,95 % (21 min/mes fuera de

servicio)

• La QoS es una garantía que da el proveedor al usuario en el contrato de prestación del servicio.

20/04/2013 113

Calidad de Servicio (II)

• Decimos que una red da ‘Calidad de Servicio’ (Quality of Service, QoS) cuando nos garantiza unas condiciones, por ejemplo un retardo máximo en la entrega de los paquetes.

• Cuando una red no garantiza nada, por ejemplo un plazo de entrega máximo, decimos que ofrece un servicio de ‘buena voluntad’ llamado normalmente servicio Best Effort.

20/04/2013 114

Calidad de Servicio (QoS)VídeoconferenciaEnseñanza a distancia

Aplicaciones

críticas

Voz

Transfer.de fichero,E-Mail

Tráfico

best-effort

Tráfico

con

Calidad

de

Servicio

20/04/2013 115

Calidad de Servicio (III)

• Si todo el tráfico en una red es QoS hay que asegurar que nunca se produce congestión. Para ello hay que diseñar la red para el caso más desfavorable.

• Si hay tráfico QoS y best effort en la misma red podemos permitir congestión si damos preferencia al tráfico QoS. Para ello hay dos estrategias:– Reservar capacidad (carril BUS)

– Fijar prioridades (‘ambulancia’)

20/04/2013 116

Calidad de Servicio (III)• La reserva:

– Da una garantía casi total

– Supone un derroche de recursos en algunos casos

– Requiere que cada nodo intermedio tenga conocimiento de las conexiones activas

• La priorización:– Basa su garantía en factores estadísticos

– Permite aprovechar mejor la infraestructura

– Los nodos intermedios no necesitan conocer las conexiones activas.

20/04/2013 118

Calidad de Servicio y Aplicaciones isócronas

– En redes congestionadas las aplicaciones en tiempo real o isócronas (Ej. Videoconferencia, vídeo streaming) requieren QoS para funcionar correctamente.

– Las aplicaciones asíncronas (p. ej. transferencia de un fichero MPEG) no tienen ningún requerimiento especial de QoS.

20/04/2013 119

¿Como medimos o comparamos la Calidad de Servicio?

• Los parámetros QoS más importantes para aplicaciones audiovisuales son:– Caudal– Retardo: tiempo medio que tardan los paquetes

en llegar a su destino.– ‘Jitter’: fluctuación del retardo. En ocasiones

tan importante como un bajo retardo es que este sea predecible, es decir que no fluctúe mucho en cada paquete respecto a su valor medio.

20/04/2013 120

Fluctuación del retardo—“Jitter”

t

t

Emisor Transmite

Receptor Recibe

AA BB CC

AA BB CC

50 ms

Emisor Receptor

Red

50 ms 90 ms

Congestión

Retardo: 70 ms 20 ms (retardo: 70 ms, jitter: 20 ms)

Red vacía

20/04/2013 121

Calidad de Servicio: Jitter

• La principal causa de jitter es la congestión• Se puede reducir el jitter añadiendo un retardo

artificial en el lado del receptor. Por ejemplo con un retardo de 70 20 ms (jitter de 20 ms) se puede suprimir el jitter si se añade un retardo adicional de 20 ms

• Para añadir el retardo adicional el receptor ha de tener un buffer suficiente.

• En algunas aplicaciones no es posible añadir mucho retardo pues esto reduce la interactividad. Ej.: videoconferencia, telefonía por Internet

20/04/2013 122

Calidad de Servicio y Aplicaciones isócronas

Retardo Jitter Aplicación

Pequeño Pequeño Videoconferencia bidireccional

Grande Pequeño Teleclase,

Vídeo on Demand

Grande Grande Vídeo streaming o multicast (grandes buffers)

20/04/2013 123

Protocolo IPv6• Desarrollado fundamentalmente para resolver el problema de

escasez de direcciones de IPv4• De paso se incorporaron mejoras en otros aspectos (seguridad,

eficiencia, calidad de servicio, tráfico multicast, etc.)• Existe una red experimental a nivel mundial desde 1997,

llamada 6Bone (IPv6 Backbone)• El problema de escasez de direcciones de IPv4 se ha paliado

provisionalmente mediante otros mecanismos (Firewalls, servidores proxy, traductores de direcciones, etc.)

• La mayoría de las demás mejoras se han incorporado a IPv4.• Actualmente no está claro para cuando será mayoritario el uso

de IPv6

20/04/2013 124

Version Lon.Cab. DS Longitud total Identificación X D

F M F

Desplazamiento fragmento

Tiempo de vida Protocolo Checksum Dirección de origen Dirección de destino

Opciones

Versión DS Etiqueta de flujo Longitud de carga útil Sig. Cabecera Límite saltos

Dirección de origen

(16 bytes)

Dirección de destino (16 bytes)

Cabecera IPv6

Cabecera IPv4

40 bytes

20 bytes

20/04/2013 125

Multicast: Concepto

• La información puede enviarse:– A un destinatario: unicast– A todos los destinatarios: broadcast– A un grupo de destinatarios: multicast

En multicast el uso de la red se optimiza. Los paquetes solo se envían allí donde se necesitan y se replican lo más cerca posible del destino.

En cierto modo podemos decir que multicast es a unicast lo que el transporte público es al vehículo particular.

20/04/2013 126

Multicast: Escalabilidad

• La transmisión multicast es especialmente apropiada para información AV isócrona en redes telemáticas.Permite que un grupo elevado de usuarios comparta un mismo flujo de vídeo o audio.– Ej: 1000 usuarios en España siguiendo un evento en

EEUU por real video a 56 Kb/s suponen 56 Mb/s en el enlace trasatlántico. Con Multicast consumirían todos 56 Kb/s en dicho enlace.

20/04/2013 127

Multicast en una red sin soporte Multicast

Replicación de paquetes

Rosa

Juan

Luis

20/04/2013 128

Multicast en una red con soporte Multicast

Replicación de paquetes(El router conoce que usuarios están en el grupo multicast)

Rosa

Juan

Luis

20/04/2013 129

Emisión multicast

Rosa

Pedro

Luis

Juan

Los paquetes se replican justo allí donde se produce la bifurcación

20/04/2013 130

Emisión de dos grupos multicast

Rosa

Pedro

Luis

Juan

Pedro recibe los dos grupos

Paquetes de vídeo

Paquetes de audio

Línea de baja velocidad

20/04/2013 131

MBone: Multicast en Internet

• En Internet se han hecho pruebas de tráfico Multicast desde 1992, sobre todo para videoconferencias

• La red multicast se denomina MBone (Multicast Backbone)

• A partir de 1997 algunos ISP comerciales se han conectado a MBone. En España están en pruebas (excepto RedIRIS)

20/04/2013 132

Aplicaciones y Servicios MBone

• Videoconferencia multipunto (utilizado regularmente desde 1992 para sesiones del IETF)– Vídeo (128 Kb/s – 3 Mb/s)– Audio (9-64 Kb/s)– Pizarra electrónica

• Servicios de vídeo ‘casi’ bajo demanda– Flujos MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, etc. – Aplicaciones de teleenseñanza (LANs empresas)– Soportado por Windows Media, Real Video, Apple

Quicktime, etc.

20/04/2013 133

Demostraciones

• MBone

• Vídeo streaming

• Videoconferencia H.323

• Audioconferencia H.323 – H.320

20/04/2013 134

Ejemplo de servicio de video bajo demanda

• www.catv.org/frame/cmur_streaming.html

20/04/2013 135

¿Preguntas?

20/04/2013 136

¡Gracias!