Tema1 Redes

Redes de Computadores Tema 1 – Introducción

http://www.gavab.es/docencia

Diapositivas adaptadas de Kurose. Computer Networking: A Top-Down Approach Fifth Edition

http://www.gavab.es/docencia

Objetivos

Redes de Computadores - Tema 1 - Introducción 2

Introducción a los

conceptos básicos

de las redes de

ordenadores

Enfoque

descendente

(énfasis en

aplicaciones)

Índice

1.1 ¿Qué es Internet?

1.2 Frontera de la red

1.3 Núcleo de la red

1.4 Retardos, pérdida y tasa de transferencia en

redes de conmutación de paquetes

1.5 Capas de protocolos y modelos de servicio


¿Qué es Internet?


¿Qué es Internet?

Red de dispositivos


Red de servicios

Internet: Red de dispositivos


Internet: Red de servicios


Internet en cifras


Internet: Red de redes


Red doméstica

Red institucional

Red móvil

ISP global

ISP regional

¿Qué es un protocolo?


Redes de Computadores - Tema 1 - Introducción

Protocolos de red

Petición de conexión TCP

Respuesta a la conexión

Ir a http://www.urjc.es/redes

<file>

11

Estructura de la red

1. Frontera de la red

2. Redes de acceso y

medio físico

3. Núcleo de la red


Índice








Frontera de la red

Sistemas terminales


client/server

peer-peer

Red de acceso y medio físico


Red doméstica

Red institucional

Red móvil

Red telefónica Internet

Modem Modem ISP (Ej. Movistar)

PC

Oficina Central telefónica

Acceso telefónico (Modem)

Utiliza la infraestructura telefónica ya existente.

No se puede simultáneamente hablar por teléfono

y acceder a Internet

Hasta 128Kbps (64+64 en RDSI) o menor

(56Kbps) de acceso directo a un router


Conmutador de circuitos

RTB

Modem DSL

PC

Tel. casa Internet

DSLAM Multiplexor de acceso DSL

Red telefónica existente (codif.): Telefonía 0-4KHz; Carga de datos: 4-50KHz Descarga de datos: 50KHz-1MHz

splitter

Oficina central telefónica

Digital Subscriber Line (DSL)

También utiliza la infraestructura telefónica existente

Permite Tel+Datos simultáneos (microfiltros o splitters)

Vel: Bajada (<52 Mbps) y Subida (<16 Mbps) en VDSL

Vel depende de distancia a central, calidad cable…

Línea física dedicada a la estación central telefónica


xDSL

ADSL ADSL2 ADSL2+ HDSL HDSL2 IDSL MSDSL PDSL RADSL SDSL SHDSL UDSL VDSL VDSL2

Distancia a la central ADSL


http://www.adslnet.es/distancia-adsl.html

Acceso por Cable

• No utilizan la infraestructura telefónica (TV cable) • HFC: Hybrid Fiber Coax

▫ Asimétrica: Bajada (<30Mbps), Subida (<2Mbps) • Conexión compartida (no dedicada como DSL) del cable-

modem al router del ISP • Velocidad depende de número de nodos y tráfico


Casa

Terminal de cabecera

de cable Nodo de fibra/cable

Típicamente de 500 a 5000 casas

server(s)

ONT

OLT

Oficinal central telefónica

Splitter óptico

ONT

ONT

Fibra óptica

Fibras ópticas

Internet

Tecnología FTTH (Fiber to the Home)

• Fibra óptica desde la central a las casas: ▫ Passive Optical network (PON) son las que más se utilizan

▫ Active Optical Network (AON)

• Vel (hasta 100 Mbps simétricos)

• TV+Tel+Internet (Triple-Play)


100 Mbps

100 Mbps

100 Mbps 1 Gbps

server

Ethernet switch

Router Institucional

Al ISP de la institución

Acceso por Ethernet

• Típicamente utilizado en universidades,

empresas, etc.

▫ 10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps Ethernet

▫ Los host se conectan a un switch Ethernet Redes de Computadores - Tema 1 - Introducción 21

Acceso inalámbrico

• La red de acceso wireless conecta el host con un router ▫ Vía estación base (access

point)

• LANs wireless: ▫ IEEE 802.11b/g/n (WiFi): 11,

54, 300 Mbps

• Acceso WAN wireless (infraestructura de tel. móvil) ▫ Redes móviles 3.5G

▫ WiMAX (hasta 75 Mbps) con distancias de 80 km (IEEE 802.16)


Estación base

hosts

router

Redes domésticas


Punto de acceso wireless

Portátiles

router/ firewall

Modem por cable

hacia/desde Terminal de

cabecera de cable

Ethernet

Acceso a Internet en España


Acceso de banda ancha en España


Acceso de banda ancha a Internet


0

5

10

15

20

25

30

35

40

Source: OECD

Other Fibre/LAN Cable DSL

OECD Fixed (wired) broadband subscriptions per 100 inhabitants, by technology, June 2011

OECD average

Acceso inalámbrico a Internet


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

OECD wireless broadband subscriptions per 100 inhabitants, by technology, June 2011

Dedicated mobile data subscriptions

Standard mobile broadband subscriptions

Terrestrial fixed wireless

Satellite

Velocidad de acceso


http://www.testdevelocidad.es/

Medios físicos


Cable de par trenzado (TP)

• Dos cables de cobre aislados y en espiral

▫ UTP Cat 5: hasta 1Gbps con dist < 100m

▫ UTP Cat 6: hasta 10Gbps con dist < 100m


Cable coaxial Fibra óptica

• Dos conductores de

cobre concéntricos

• Baseband: ▫ Sólo un canal (digital), de

50Ohms

• Broadband: ▫ Varios canales

(analógicos), de 75 Ohms

• Fibra de vidrio que

transporta pulsos de luz

(bit)

• Alta velocidad (10-100

Gbps)

• Ratios de error bajos:

repetidores alejados;

inmune al ruido EM


Enlaces Radio


LAN (Ej. WiFi <54 Mbps)

WAN (Ej. 3G ~ 1 Mbps o WiMax)

Satélite

(canales

<45 Mbps,

270ms

retardo)

Microondas terrestres (<45 Mbps)

Índice








El núcleo de la red

¿Cómo se transmite la

información a través de la red? ▫ Conmutación de circuitos (CC)

▫ Conmutación de paquetes (CP)


Conmutación de circuitos


Redes de Computadores - Tema 1 - Introducción

Conmutación de circuitos: FDM y TDM

FDM

frequencia

tiempo

TDM

frequencia

tiempo

4 usuarios

Ejemplo:

37

Ejercicio

¿Cuánto se tarda en enviar un fichero de 640.000

bits de un host A a otro B en una red de

conmutación de circuitos?

▫ Velocidad de cada enlace 1,536 Mbps

▫ Cada enlace usa TDM con 24 slots

▫ Se necesitan 500 ms para establecer el

circuito terminal-terminal


Conmutación de paquetes



CP: transmisión / almacenamiento y reenvío

• Enviar un paquete de L bits en un enlace a R bps requiere L/R s

• Almacenar y reenviar el paquete entero debe llegar al router antes de transmitirlo al siguiente enlace

• Retardo = 3L/R (asumiendo retardo de propagación nulo)

Ejemplo:

• L = 7.5 Mb

• R = 1.5 Mbps

• Retardo de transmisión = ?

R R R

L

Existen más retardos …


Conmutación de paquetes: Mux. estadística

La secuencia de paquetes que no tienen un patrón fijo, => el

AB se comparte bajo demanda. Técnica también conocida

como multiplexación estadística

A

B

C 100 Mb/s Ethernet

1.5 Mb/s

D E

Multiplexado estadístico

Cola de paquetes esperado acceder al enlace de salida


CP versus CC

• Enlaces de 1 Mbps

• Cada usuario: ▫ 100 Kbps en “activo”

▫ activo 10% del tiempo

• Conmutación de Circuitos ▫ 10 usuarios

• Conmutación de paquetes ▫ con 35 usuarios la

probabilidad de más de 10 activos al mismo

tiempo es menor del

0.0004

CP permite más usuarios en la red

N usuarios

Enlace 1 Mbps

Preg1: ¿cómo se obtiene 0.0004?

Preg2: ¿qué pasa si un usuario (y

sólo él) genera 1000 paquetes de

1000 bits?

CP versus CC

¿Es la conmutación de paquetes el claro ganador?

• Adecuado para “ráfagas” de datos ▫ Compartición de recursos, simple, no necesita

pre-asignación del camino

• Congestión excesiva: retardos y pérdidas de paquetes ▫ Los protocolos necesitan transferencia de

datos fiable y control de la congestión

• Preg: ¿Como imitar el comportamiento de CC? ▫ Necesario para aps. en tiempo real

(audio/video) ▫ Todavía es un problema sin resolver


Ej. 1

Estructura de Internet: red de redes

• Existe una jerarquía de niveles

• Troncales: ISPs de “nivel 1”

▫ Cobertura nacional/internacional

▫ Velocidades de 2-10Gbps

▫ Se tratan como iguales


ISP Nivel 1

ISP Nivel 1

ISP Nivel 1

Nivel 1 conectados de forma privada entre sí

AS 701 - Verizon /UUNET

AS 1239 - Sprint

AS 7018 - AT&T

AS 3355 - Level 3

AS 209 - Qwest

AS 174 - PSINet/Cogent Co

AS 2914 - Verio / NTT

AS 3549 - Global Crossing

AS 6461 - AboveNet

AS 3561 - Cable & Wireless

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

AS 6453 – Tata Comm.

AS 1299 – TeliaSonera

…

ISP de nivel 1: Sprint


…

to/from customers

peering

to/from backbone

….

…

…

…

POP: point-of-presence

POP: router(s) por los que se conecta a otros ISPs


• ISPs “Nivel 2”: ISPs más pequeños (a menudo,

nacional/regional)

▫ Conectados a uno o más ISPs de nivel 1 y a

otros ISPs de nivel 2


ISP nivel 1

ISP nivel 1

ISP nivel 1

ISP nivel 2 ISP nivel 2


ISP nivel 2

ISP de nivel 2 paga al ISP de nivel 1 para conectarse al resto de Internet

ISPs de nivel 2 conexión privada entre sí


• ISPs de “Nivel 3” e ISPs Locales ▫ Red de acceso (la más cercana a los sistemas terminales)


ISP nivel 1

ISP nivel 1

ISP nivel 1



ISP nivel 2

ISP local ISP

local ISP local

ISP local

ISP local ISP

nivel 3

ISP local

ISP local

ISP local

ISP locales o de nivel 3 son clientes de ISP de niveles superiores, que los conectan al resto de Internet


• ¡Un Paquete pasa a través de muchas redes!


ISP nivel 1

ISP nivel 1

ISP nivel 1



ISP nivel 2

ISP local ISP

local ISP local

ISP local

ISP local ISP

Nivel 3

ISP local

ISP local

ISP local

Índice








Cuatro fuentes de retardo de paquetes

1. Procesado en el nodo

▫ Chequeo de bits de

error

▫ Determinar enlace de

salida

▫ ~μseg

2. Retardo de cola

▫ Tiempo de espera

para transmitirlo por

el enlace

▫ Depende del nivel

de congestión del

router

▫ ~mseg-μseg


A

B

propagación

transmisión

procesado en el nodo Cola

Retardo en redes de CP

3. Retardo de transmisión ▫ R =AB del enlace (bps)

▫ L = long. del paquete (bits)

▫ Tiempo requerido para enviar los bits por el enlace

= L/R

▫ ~mseg-μseg

4. Retardo de propagación ▫ d = long. enlace físico

▫ s = vel. propagación en

el medio (~2x108 m/s)

▫ retardo = d/s

▫ ~mseg-μseg


A

B

propagación

transmisión

procesado en el nodo Cola

Analogía real I

• Los coches se “mueven”

a 100 km/h

• Peaje tarda 12 s en

atender al coche (tiempo

de procesamiento +

transmisión)

• Coche ~ bit; caravana ~

paquete

• Retardo de procesamiento

+ transmisión: Tiempo

para “pasar” toda la

caravana el peaje

• Retardo de propagación:

Tiempo para que el último

coche se “propague”

desde el 1º al 2º peaje


peaje peaje Caravana de 10 coches

100 km 100 km

P: Tiempo requerido hasta que todos los coches llegan al segundo peaje

Analogía real II

• Los coches se “mueven”

a 1000 km/h

• Los peajes tardan 1 min

en atender a los coches

P: ¿Llegarán coches al 2º

peaje mientras quedan

coches en el 1º?


peaje peaje Caravana de 10 coches

100 km 100 km

Ej. 2 Applet

http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/transmission/delay.html


Retardo nodal

• dproc = Retardo de procesamiento ▫ Microsegundos o menor

• dqueue = Retardo de cola ▫ Depende de la congestión

• dtrans = Retardo de transmisión ▫ = L/R, significativo para enlaces de baja velocidad

• dprop = Retardo de propagación ▫ De pocos microsegundos a cientos de milisegundos

proptransqueueprocnodal ddddd

Retardo de cola

• R = AB del enlace (bps)

• L = long. paquete (bits/paq)

• a = tasa promedio de llegada

de paquetes (paq/s)


La/R ~ 0: pequeño retardo promedio de cola

La/R 1: retardos grandes

La/R > 1: llega más “trabajo” que el que se puede

procesar, ¡retardo promedio infinito! (se pierden paquetes)

Intensidad del tráfico=La/R

Retardos y rutas “reales” en Internet


1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms 8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms

traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr

Tres medidas de retardo desde gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu

* Significa “no responde” (implica pérdida de paquetes)

Enlace trans- oceanico

Pérdida de paquetes

• La cola (buffer) que precede al enlace tiene una

capacidad finita

• El paquete que llega a una cola llena se pierde

• Un paquete perdido podría ser retransmitido de

terminal a terminal para garantizar que todos

lleguen del origen al destino


A

B

Paquete que va a ser transmitido

paquetes que llegan a un buffer lleno se pierden

buffer (área de espera)

Applet

http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/queuing/queuing.html

Tasa de transferencia (throughput)

• Tasa de transferencia: ratio (bits/unidad tiempo)

a la que se transfieren bits entre emisor/receptor

▫ instantánea: ratio a un determinado punto y

tiempo

▫ media: ratio sobre un periodo más largo de

tiempo


tubería que puede llevar el fluído a un ratio Rs bits/sec

tubería que puede llevar el fluído a un ratio Rc bits/sec

servidor envía bits (fluido) por la

tubería


Tasa de transferencia II • Rs < Rc ¿Cuál es la tasa de transf. media entre terminales?

Rs bits/sec Rc bits/sec

Rs > Rc ¿Cuál es la tasa de trasnf. media entre terminales?

Rs bits/sec Rc bits/sec

Velocidad de transmisión del enlace: min{Rs, Rc}

Cuello de botella


Tasa de transferencia en Internet

Enlace cuello de botella con capacidad R bits/sec

Rs Rs

Rs

Rc

Rc

Rc

R

• Por conexión

origen-destino:

min(Rc,Rs,R/10)

• La tasa de

transferencia

también depende

del tráfico existente.

• En la práctica, Rc o

Rs son a menudo el

cuello de botella

Índice








Capas de protocolo

¡Las redes son complejas!

• Diversos tipos de

“piezas”: ▫ Hosts

▫ Routers

▫ Distinto tipo de enlace

▫ Aplicaciones

▫ Protocolos

▫ Hardware

▫ Software

▫ Etc.

Pregunta:

• ¿Hay alguna forma de

organizar la estructura de

la red?


Organización de una compañía aerea

• Secuencia predefinida de pasos


Billete (compra) Equipaje (facturar) Embarque (carga) Despegue Control de vuelo

Billete (reclamación) Equipaje (recogida) Embarque (descarga) Aterrizaje Control de vuelo

Control de vuelo

Billete (reclamación)

Equipaje (recogida)

Embarque (descarga)

Aterrizaje

Control de vuelo

Disposición en capas de la funcionalidad

Capas: cada una de ellas (junto con las que tiene por

debajo) implementa un servicio

▫ A través de su propias acciones internas

▫ Utilizando los servicios proporcionados por la

capa inferior Redes de Computadores - Tema 1 - Introducción 65

Billete (compra)

Equipaje (facturar)

Embarque (carga)

Despegue

Control de vuelo

Aeropuerto

de salida Aeropuerto

de llegada

Centros intermedios de

control del tráfico aéreo

Control de vuelo Control de vuelo

Billete

Equipaje

Embarque

Despegar/aterrizar

Control de vuelo

¿Por qué organizar en capas?

• Sistema extremadamente grande y complejo

• Estructuras explícitas permiten identificar relaciones entre piezas del sistema complejas ▫ Organización con un modelo de referencia

• La modularización facilita el mantenimiento y actualización de los sistemas ▫ Cambios de implementación en el servicio

de una capa es transparente para el resto del sistema

▫ Ej., cambios en el sistema de embarque (edad, altura, etc.) no afecta al resto del sistema


¿Por qué organizar en capas?

Inconvenientes de la organización en capas

• Puede haber funcionalidad duplicada en varias

capas

▫ Detección de errores de bit tanto en un enlace (capa de enlace) como extremo a

extremo (capa de red)

• La funcionalidad de una capa puede necesitar

información que sólo existe en otra capa

▫ Viola el principio de organización en capas

▫ Ej. Valor de una marca temporal


Pila de protocolos de Internet

• Aplicación: soporta las aplicaciones

de red intercambiando mensajes ▫ FTP, SMTP, HTTP

• Transporte: transferencia de

segmentos de proceso a proceso ▫ TCP, UDP

• Red: encamina datagramas desde el

host origen al host destino ▫ IP, protocolos de enrutado

• Enlace: transferencia de tramas entre

elementos de red vecinos ▫ PPP, Ethernet, WiFi

• Física: bits “en el cable”


Aplicación

Transporte

Red

Enlace

Física

Modelo de referencia ISO/OSI

• Presentación: permite a las aplicaciones

de Internet interpretar significado de

datos: encriptación, compresión,

convenios específicos de la máquina,

etc.

• Sesión: delimita y sincroniza el

intercambio de datos: punto de

restauración y esquema de recuperación

• ¡La pila en la que se basa Internet no

tiene estas dos capas! ▫ Estos servicios, si se necesitan, se

implementan en la capa de aplicación

▫ ¿Son necesarios?


Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Encapsulación


origen

Aplicación Transporte

Red Enlace Física

Ht Hn M

segmento Ht

datagrama

destination

Aplicación Transporte

Red Enlace Física

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht M

M

Red Enlace Física

Enlace Física

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht Hn M

Ht Hn Hl M

router

switch

mensaje M

Ht M

Hn

trama

Índice








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