REDES DE COMUNICACIÓN · 13/10/2011 2 Vídeo en multimedia `Interconexión de sistemas de...

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REDES DE COMUNICACIÓN

VÍDEO EN MULTIMEDIACurso 2011/12

Vídeo en multimedia

Componentes básicos de un sistema de comunicacionesTransmisorCanal de transmisiónReceptor

Componentes adicionales de un sistema de comunicaciones

Fuente (generador de datos)SeñalDestino (receptor final de los datos)

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Interconexión de sistemas de comunicaciones que proporcionan la capacidad y los elementos necesarios para mantener a una cierta distancia un intercambio de información y/o una comunicación, pudiendo ser:◦ En forma de voz◦ Datos◦ Vídeo◦ Mezcla de los anteriores


Redes de comunicaciones destinadas al intercambio de datos mediante el empleo de protocolos de comunicacionesComponentes◦ Nodos◦ Enlaces◦ Protocolos de comunicacionesVentajas del uso de redes◦ Recursos compartidos◦ Acceso a información de forma remota◦ Procesado distribuido◦ Uso de alternativas de comunicación (mail, chat,

videoconferencia)

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PAN: red de área personal

LAN: red de área local

MAN: red de área metropolitana

WAN: red de área extensa


Redes de difusión o de broadcasting (canal compartido)◦ Unicast◦ Multicast◦ BroadcastRedes conmutadas◦ Conmutación de paquetes◦ Conmutación de circuitosRedes privadasRedes públicasRedes dedicadas (RedIris)

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Comunicación se puede describir mediante un número de niveles de abstracción:◦ Nivel cognoscitivo: ambas personas deben entender del

tema del que se trata el contenido del mensaje◦ Nivel de lenguaje: el mensaje ha de ser codificado en un

lenguaje en concreto◦ Nivel de transferencia: para poder transmitir el mensaje

se necesita un medio físico concreto (ondas sonoras, papel, señales de humo,...) y elegir un método de codificación adecuado con ese medio (es difícil transmitir un partido de baloncesto mediante señales de humo)


Los niveles son independientes: se puede cambiar el castellano por el ingles sin cambiar el contenido del mensajeEn cada nivel debe existir coherencia entre emisor receptor. Han de saber de biología, entender el mismo lenguaje y tener oídos si el mensaje se transmite por ondas sonorasCada nivel usa los servicios del nivel inmediatamente inferior. Existe una comunicación entre niveles adyacentesLos niveles son independientes pero no indiferentes. Un nivel puede obtener una mejor o peor calidad del servicio del nivel inferior

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Los dos interlocutores se encuentran distantes y cada nivel es ejecutado por una persona diferente

Protocolo N3

Protocolo N2

Protocolo N1

N3(cognoscitivo)

---------------

N2(lenguaje)

-------------

N1

(Transmisión)

N3(cognoscitivo)

---------------

N2(lenguaje)

-------------

N1

(Transmisión)

Medio Físico


EjemploUn filosofo entrega un mensaje en inglés a su traductor,que lo traduce al castellano y se lo da por escrito al ingeniero, que lo decodifica a líneas y puntos por escrito al ingeniero, que lo recibe, lo decodifica y se lo pasa de forma hablada al traductor, este lo traduce al alemán y se lo dicta al filósofo.

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En cuanto a comunicación horizontal:◦ Los dos filósofos, al igual que los traductores y los

ingenieros son entidades pares, pues realizan la misma función

◦ Las entidades pares se comunican horizontalmente mediante protocolos de pares

◦ Protocolo: Conjunto de reglas que determinan el comportamiento de comunicación entre entidades pares

En cuanto a comunicación vertical:◦ Servicio: capacidad de un nivel y que se ofrece al nivel

superior para que este la use◦ Interfaz: forma de comunicación entre niveles adyacentes. Es

un problema puramente local


Necesario para la comunicación entre dos entidades situadas en diferentes sistemas.Se requiere que “hablen el mismo idioma”Ejemplos de entidades son:◦ programas de aplicación de los usuarios.◦ sistemas de gestión de BBDD◦ gestores de correo electrónicoEjemplos de sistemas:◦ ordenadores◦ los terminales◦ sensores remotos

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Define los aspectos relacionados con los elementos físicos de interconexión y procedimientos de transmisión de la informaciónTrata características:◦ Mecánicas◦ Eléctricas◦ Funcionales

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Responsable del intercambio de datos entre el sistema final y la redLos protocolos que se usan depende del tipo de red a la que se conectaRealiza (dependiendo del protocolo) control de erroresDivide el mensaje en tramasControl de flujoEjemplo: ethernet, PPP, ...


Los sistemas pueden estar interconectados a diferentes redes, es por ello que se necesitan procedimientos que permitan que los datos atraviesen las diferentes redes interconectadasEl protocolo Internet se utiliza para ofrecer el servicio de encaminamiento a través de varias redesEl protocolo se implementa tanto en los sistemas finales como en los “routers” intermediosEjemplo: IP

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Los datos se deben transferir de forma seguraLos procedimientos que aseguran una transmisión segura están localizados en el nivel de transporteControl de flujo extremo a extremoControl exhaustivo de errores (dependiendo del protocolo empleado)

Ejemplo: ◦ TCP (orientado a conexión)◦ UDP (no orientado a conexión)


Proporciona servicios que son utilizados por las distintas aplicaciones de usuarioEjemplos◦ HTTP◦ FTP◦ SMTP◦ DNS

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Hace referencia a cómo están interconectados los nodos dentro de la redEn función de su colocación se tienen ventajas e inconvenientesTipos de topología:◦ Bus◦ Anillo◦ Estrella◦ Mallada


Todas las estaciones están conectadas a un único canal de comunicación (bus) y terminado en ambos extremos por su impedancia característicaCualquier estación puede transmitir información al bus, pero es necesario un algoritmo que evite que más de una estación transmita simultáneamente (“colisión” de la información)La información transmitida por una estación se difunde por el bus, en ambas direcciones, llegando a todas las estaciones de la redEn caso de fallo de una estación, ésta queda aislada del resto de la red, no afectando al funcionamiento del bus

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Ventajas:◦ Minimiza la longitud del cable a instalar ◦ Sencilla y económica ◦ Fallo de un equipo no interrumpe el funcionamiento de

la red ◦ Fácilmente expandible a nuevos dispositivos ◦ Añadir o quitar equipos no interrumpe el

funcionamiento de la red ◦ Excelente rendimiento con poco tráfico


Inconvenientes:◦ La rotura del bus no es fácil de detectar y deja sin

funcionamiento a toda la red: el bus puede estar duplicado para hacer una conmutación manual o automática cuando se detecta el fallo

◦ Colisiones por el acceso simultáneo a la red ◦ Bajo rendimiento con tráfico elevado◦ La señal se va degradando con la distancia: las tarjetas

receptoras deben ser tolerantes a los niveles de señal variante

Uso:◦ Dirigida a redes pequeñas y que cursen poco tráfico ◦ Ejemplo: conexión de las diferentes plantas de un edificio

(cableado vertical)

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Cada estación está conectada a un nodo central de conmutación por medio de una conexión punto a puntoDos variantes del nodo central:◦ Como conmutación de circuitos◦ Como difusión. La red seria un bus lógicoEl control de la red lo lleva a cabo el nodo centralEn caso de fallo de una estación o del medio de transmisión que la une al nodo central, la estación queda aislada del resto de la red pero no afecta a la redEl volumen de tráfico máximo que puede cursar la red está limitado por la congestión del nodo central


Ventajas:◦ Es la que admite mayor capacidad de tráfico ◦ El fallo de un equipo o de un trozo de cableado no afecta al

funcionamiento de la red. ◦ Como nodo de conmutación, la velocidad de las estaciones

conectadas y de los medios de transmisión pueden ser diferentes, y estas tienen una complejidad mínima

◦ Resulta fácil detectar y localizar averías

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Inconvenientes:◦ Es la topología que más cable usa ◦ Tiene gran dependencia del nodo de conmutación central: si

falla se inutiliza la red, si hay congestión baja el rendimiento ◦ La expansión está limitada por el cableado y por la potencia

del nodo central ◦ El nodo central es bastante complejo Uso:◦ Para hacer topologías lógicas en bus◦ Cuando por motivos de seguridad se desea tener la gestión

lo más centralizada posible ◦ Para integrar voz y datos mediante la utilización de sistemas

digitales de conmutación


Las estaciones se colocan formando un bucle cerradoCada estación actúa como repetidora, recibiendo los datos de la estación precedente y reenviándolos a la siguiente estaciónLa información circula en una única dirección (comunicación unidireccional)Es necesario un algoritmo que permita a las estaciones la inserción de información en la redUna de las estaciones de la red realiza el control de la red (monitor)Resulta vulnerable frente a cualquier fallo de los repetidores. Este problema puede solucionarse por medio de:◦ una topología física en estrella y lógica en anillo,◦ un doble anillo

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Ventajas:◦ Facilidad de detectar los fallos en el cableado◦ Permite la utilización de diferentes medios físicos dentro

de una misma red ◦ La regeneración de señales en cada equipo facilita la

expansión de la red ◦ Alto rendimiento con tráfico alto


Inconvenientes:◦ El fallo de un equipo o tramo de cableado inutiliza la red ◦ Añadir o quitar equipos interrumpe el funcionamiento de

la red ◦ Utiliza más cable que la topología en bus◦ El hardware es más caro y complicado que la topología

en bus. Igual sucede con la instalación y mantenimientoUso:◦ Usada para trabajar a velocidades muy altas

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Topología en árbol

Topología en malla completa


Atenuación

Interferencias electroomagnéticas

Diafonía o crosstalk

Dispersión

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Par trenzadoCable coaxialFibra óptica◦ Monomodo◦ MultimodoEspacio libre◦ Radio◦ Infrarrojos


APLICACIÓN

TCP / UDP

IP

ENLACE

FÍSICO

USUARIO 2

APLICACIÓN

TCP / UDP

IP

ENLACE

FÍSICO

USUARIO 1

IP

ENLACE

FÍSICO

MENSAJES

SEGMENTOS / MENSAJES

Datagrama Datagrama

Tramas Tramas

NODO RED

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APLICACIÓN

TRANSPORTE

TCP (Segmento)

UDP (Mensaje)

RED (Datagrama IP)

ENLACE DE DATOS (Trama)

CabeceraTCP

CabeceraTCP/UDP

DATOSCabeceraTCP/UDP

CabeceraIPFlag

FÍSICO 00100101010101010010101001010101001 …….

FlagSVTDir. Con.

CabeceraUDP DATOS

DATOSCabeceraIP

DATOS

DATOS


Versión Tamañocabecera Tamaño del datagramaTipo

Servicio

Identificación Desplazamiento del fragmento

Tiempo de vida Protocolo Suma de control de la cabecera

DIRECCIÓN IP ORIGEN

DIRECCIÓN IP DESTINO

OPCIONES

Ruta de origen estrictaRuta de origen desconectada

Registro de rutaMarcas de tiempo

SeguridadRellenos

DATOS

0

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

1 2 3

DF

MF

32 bits

Re.Preceden-cia

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Versión (4 bits)◦ Tiene un valor 4 para IPv4Tamaño cabecera (4 bits)◦ Tamaño de la cabecera de datagrama medido en palabras

de 32 bits◦ Tamaño mínimo de cabecera (sin campo opciones) 5

palabras, 20 octetosTamaño del datagrama (16 bits)◦ Tamaño del datagrama (cabacera + datos).◦ Tamaño máximo de datagrama (216-1 = 65.535 octetos) Precedencia (3 bits)◦ Nivel de prioridad (0 – 7)◦ Nivel 0 prioridad normal, Nivel 7 mayor prioridad


Tipo de servicio - TOS (3 bits):◦ Indica el nivel de calidad de servicio para manejar el

datagrama◦ Sirve para tomar decisiones de encaminamiento o de

prioridad en el descarte de tráfico en las colas de los routers

Identificación (16 bits):◦ Número que permite al Host destino reconocer los

fragmentos que pertenecen al mismo datagrama◦ Todos los fragmentos del mismo datagrama tienen el mismo

número de identificación

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Banderas (3 bits): ◦ Bit 0: Reservado, valor = 0◦ Bit 1: DF,

DF = 0, puede fragmentarseDF = 1, no fragmentar

◦ Bit 2: MF, MF = 0, último fragmentoMF = 1, más fragmentos


Desplazamiento del fragmento (13 bits):◦ Indica el tamaño del desplazamiento en bloques de

fragmento (trozo de datos de 8 octetos) en relación al comienzo del datagrama

◦ Puede estar entre 0 a 8192 bloques de fragmento (entre 0 y 65528 octetos del datagrama completo)

◦ El desplazamiento del fragmento es el desplazamiento real en octetos dividido por ocho

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Ejemplo:◦ Un router fragmenta un datagrama (con ID 348), que lleva

3000 bytes de datos en tres datagramas, cada uno de 1000 bytes. Cada fragmento tendrá su propia cabacera y 1000 bytes de datos, 125 bloques de fragmentos.

◦ El contenido de los campos Identificación, Banderas y Desplazamiento de Fragmento sería el siguiente:

Fragmento Identificación Banderas Desplazamiento fragmento

1 248DF = 0, puede fragmentar másMF = 1, más fragmentos

0 bloques desde el comienzo

2 248DF = 0, puede fragmentar másMF = 1, más fragmentos

125 bloques desde el comienzo (1000 octetos)

3 248DF = 1, no fragmentar másMF = 0, último fragmento

250 bloques desde el comienzo (2000 octetos)


Protocolo (8 bits):◦ Indica el protocolo utilizado en el datagrama, que

permitirá entregar el datagrama al servicio correspondiente

Número Título Protocolo

1 ICMP Protocolo de mensajes de control de Internet

2 IGMP Protocolo de mensajes de gestión de Internet

6 TCP Protocolo de Control de Transmisión

8 EGP Protocolo de Pasarela Exterior

17 UDP Protocolo de Datagramas de Usuario

88 IGRP Protocolo de Encaminamiento de pasarela interior de CISCO

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Tiempo de vida – TTL (Time to Live) (8 bits):◦ Valor que indica el número de saltos que un datagrama puede

dar en red, antes de ser descartado (TTL = 0)◦ El Host origen establece un valor de TTL que se decrementa

en uno a cada salto que se da en la redSuma de control de cabecera (16 bits):◦ Campo que contiene una suma de control que se calcula con

los campos de control de cabecera IP◦ La suma de control es el complemento a uno de 16 bits de la

suma con complemento a uno de todas las palabras de 16 bits de la cabecera

◦ La suma de control se actualiza en cada salto de router, ya en cada salto varía el TTL y pueden variar los campos de fragmentación y las opciones


Puerto de Origen Puerto de Destino

Número de confirmación

DATOS

0

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

1 2 3

Número de secuencia

Tamañocabecera Reservado

URG

Ventana

Suma de control Puntero urgente

Opción / es (0 o más palabras de 32 bits)

ACK

EOM

RST

SYN

FIN

32 bits

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Todos los ordenadores deben poseer una dirección IP únicaUna parte de la dirección IP identifica a la red (es la que usan los router para encaminar) y la otra parte al ordenador o hostFormato: 4 octetos separados por puntos. Notación punto decimalEj: 11000000 11100100 0001001 00111001

192.228.17.57


Reservadas las direcciones que empiezan en 0.x.x.x y 127.x.x.x (reservadas para funciones de test)Clases:◦ Permiten distinguir en una dirección que parte corresponde

al número de red y cual el número de hostClase A: Rango 1.h.h.h a 126.h.h.h (126 redes, cada una con 224

posibles host) [primer octeto 0xxxxxxx]Clase B: Rango 128.n.h.h a 191.n.h.h (214 redes, cada una con 216 posibles host) [primer octeto 10xxxxxx]Clase C: Rango 192.n.n.h a 223.n.n.h (221 redes, cada una con 28

posibles host) [primer octeto 110xxxxx]Clase D: Rango 224.n.n.h a 239.n.n.h (multidifusión)Clase D: Rango 240.n.n.h a 247.n.n.h (otros usos)

◦ Lo utilizan los host para saber cuando el destino está es su red o en otra red, y en este caso enviar el datagrama al router

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Se asigna a las redes de las empresas de mayor tamaño (más de 65536 direcciones), donde la red se identifica con el primer número de los cuatro que forman la dirección IPClase A ---> 0.x.y.z a 127.x.y.z (x.y.z dan 224 = 16 millones de direcciones) 1er octeto en binario -> 0xxxxxxx => 0 - 127 ◦ Máscara en Hexadecimal -> FF.00.00.00◦ Máscara en Decimal -> 255.00.00.00

Número de Red Dirección Local

0 – 127


Se asigna a las Redes de las empresas de menos de 65536 direcciones y más de 256, donde la red se identifica con los dos primeros números de los cuatro que forman la dirección IPClase B ---> 128.n.y.z a 191.n.y.z

(y.z dan 216 = 65536 de direcciones)

1er Octeto en Binario -> 10xxxxxx => 128 – 191◦ Máscara en hexadecimal -> FF.FF.00.00◦ Máscara en decimal -> 255.255.00.00


128 – 191

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Se asigna a Redes y subredes de empresas pequeñas (menos de 256 direcciones), donde la red se identifica con los tres primeros números de los cuatro que forman la dirección IPClase C ---> 192.n.n.z a 223.n.n.z

(z da 28 = 256 direcciones) 1er octeto en binario -> 110xxxxx => 192 - 223◦ Máscara en hexadecimal -> FF.FF.FF.00◦ Máscara en decimal -> 255.255.255.00


192 – 223


Las Clases tipo D (multicast) permiten identificar a un conjunto de máquinas y no una sola Este tipo de direcciones se usan para multi-envío de IPSirve permite distribuir un mismo mensaje a un grupo de ordenadores dispersos en la redLas direcciones de clase D empiezan por un número entre 224 y 239

Las Clases tipo E (experimental) se han reservado para uso experimentalLas direcciones de clase E empiezan por un número entre 240 y 255

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Cuando a una red le asignamos un rango de direcciones IP, por ejemplo una clase C, del total de direcciones contenidas en ese rango podremos utilizar todas salvo la primera dirección y la última, que tendrán usos distintos◦ La primera de las direcciones del rango asignado se usará

como dirección de la red: dirección que usarán el resto de redes en Internet para referirse a esta red en cuestión

◦ La última dirección del rango será usada como dirección de broadcast de la red: dirección a la que mandará información una determinada máquina cuando quiera distribuir esa información a todos los ordenadores conectados a dicha red

Ejemplo, para la red clase C 194.179.1.x, la dirección 194.179.1.0 será la dirección de la red y la dirección 194.179.1.255 será la dirección de broadcast de la red


Para permitir crear subredes dentro de una red y facilitar el encaminamiento se utiliza la máscara de subredLa máscara se configura en el propio host y le permite saber cuando el destino es de su red o es de otra redMáscara de subred:◦ Determina cuantos bits corresponden a la red y cuantos bits

corresponden al host dentro de una subred◦ Si Bit mascara a 1-> el correspondiente bit de la dir IP es de red◦ Si Bit mascara a 0-> el correspondiente bit de la dir IP es de host◦ Representación: 4 octetos separados por puntos

Ej: 255.255.255.0 -> los 3 primeros octetos son dir. de redEj: máscara clase A por defecto: 255.0.0.0

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Representación binaria Representación decimal

Dir. IP 11000000.11100100.00010001.00111001 192.228.17.57

Mascara 11111111. 11111111. 11111111.11100000 255.255.255.224

Operación AND 1100000.11100100.00010001.00100000 192.228.17.32

Nº de subred 1100000.11100100.00010001.001 1

Nº de host 00000000. 00000000. 00000000.00011001 25


Dada la dirección IP 191.162.223.69/23, calcular:◦ Máscara de red◦ Dirección de red◦ Dirección de broadcast◦ Número máximo de host en la red◦ Número de nodo

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Primero, pasamos IP a binario en grupos de 8 bits:191 . 162 . 223 . 69

10111111.10100010.11011111.01000101Pasamos la máscara a binario. En este caso son 23 unos, y el resto hasta 32 bits son ceros:11111111.11111111.11111110.00000000

255 . 255 . 254 . 0Realizamos la operación AND entre la máscara y la IP correspondiente:

10111111.10100010.11011111.0100010111111111.11111111.11111110.0000000010111111.10100010.11011110.00000000 (RED)


10111111.10100010.11011110.00000000191 . 162 . 222 . 0 (RED)

Dirección de broadcast se obtiene poniendo a uno todos los bits correspondientes a host:

10111111.10100010.11011111.11111111191 . 162 . 223 . 255 (BROADCAST)

Número máximo de host viene determinado por la máscara de red: número de combinaciones con bits de host menos 2 (red y broadcast)◦ En este caso para host tenemos 9 bits: 29-2=510 hosts

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Número de nodo se obtiene directamente de la dirección IP en binario

10111111.10100010.11011111.01000101

101000101(2 = 325(10

La dirección IP en cuestión pertenece al host número 325


Dirección IP Máscara de red Dirección de red Dirección de broadcast

Host máximos

Número nodo

255.255.255.192 205.220.230.128 10

199.78.237.191 30 15

255.255.0.0 133.89.0.0 2998

223.34.172.0 1022 1000

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Dada la red 172.16.0.0 quieren hacerse 1008 subredes. Se pide:a) ¿Cuántos bits tenemos que dedicar para hacer subredes? b) ¿Cuántas subredes podrían crearse como máximo con ese

número de bits? c) ¿Cuántos hosts pueden colocarse como máximo en cada

subred? d) ¿Cuál es la IP del 13er host de la 612a subred válida?


Comprobar razonadamente si la dirección IP 191.162.222.23/23 está en la misma red que la dirección IP 191.162.223.69/23

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Dirección IP Máscara de red Dirección de red Dirección de broadcast

Host máximos

Número nodo

205.220.230.138 255.255.255.192 205.220.230.128 205.220.230.191 62 10

199.78.237.175 255.255.255.224 199.78.237.160 199.78.237.191 30 15

133.89.11.182 255.255.0.0 133.89.0.0 133.89.255.255 65534 2998

223.34.175.232 255.255.252.0 223.34.172.0 223.34.175.255 1022 1000


a) Son necesarios 10 bits puesto que 210 = 1024>1008b) En principio pueden crearse 1024 subredes aunque se

recomienda que la subred todo 0’s y la subred todo 1’s no se utilicen. Teniendo en cuenta estas consideraciones se podrían crear 1022 subredes

c) Puesto que no nos facilitan la máscara inicial de la red madre, podemos asumir que esta puede ser 255.255.0.0 o bien 255.240.0.0.

En el primer caso tendremos 10 bits para subred y nos quedarán 6 bits para host, con lo que podremos conectar como máximo 26-2=62 equiposEn el segundo caso tendremos 10 bits para subred y otros 10 bits para host, con lo que podremos conectar como máximo 210-2=1022 equipos.

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En el primero de los casos anteriormente expuestos la dirección IP será:◦ 10101100.00010000.10011001.00001101, en la que la

parte subrayada indica el número de subred y la parte en cursiva el número de host

◦ En formato decimal, la dirección IP será:172.16.153.13

En el segundo de los casos, procediendo de forma análoga tendremos:◦ 10101100.00011001.10010000.00001101, en la que la

parte subrayada indica el número de subred y la parte en cursiva el número de host (en este caso tenemos 10 bits para host).

◦ En formato decimal, la dirección IP será:172.25.144.13


Para resolver este ejercicio es necesario obtener la dirección de red de ambas direcciones. Si coinciden, entonces estarán dentro de la misma red.◦ IP 191.162.222.23/23 -> red 191.162.222.0◦ IP 191.162.223.69/23 -> red 191.162.222.0

Coinciden, luego están en la misma red

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