Redes de Computadores 2018/2019 - Departamento de Tecnología Electrónica - DTE
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Redes de Computadores
2018/2019
Departamento de
Tecnología Electrónica
Contenidos (6 créditos ECTS)
q Tema 1: Redes de Computadores e Internet
q Tema 2: Capa de Aplicación
q Tema 3: Capa de Transporte
q Tema 4: Capa de Red
q Tema 5: Capa de Enlace y Redes de Área
Local
Recuerda:
• 6 ECTS = 60 horas presenciales + 90 horas no presenciales
• Primer cuatrimestre dura 15 semanas
à 10 horas/semana
Introducción 1-2
Departamento de
Tecnología Electrónica
La mayoría de estas
Tema 1
transparencias son
proporcionadas como
material con copyright por:
Redes de Computadores e Computer Networking:
A Top Down Approach ,
Internet 5th edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, April
2009.
Introducción 1-3
Tema 1: Redes de
Computadores e Internet
Nuestro objetivo: Descripción general:
v toma de contacto y v ¿qué es Internet?
terminología
v ¿qué es un protocolo?
v mayor profundidad,
detalles más tarde v la frontera de la red: equipos,
en el curso redes de acceso, medios físicos
v enfoque: v el núcleo de la red: conmutación
§ usar Internet de paquetes/circuitos,
como ejemplo arquitectura de Internet
v rendimiento: pérdidas, retardos,
tasa de transferencia
v capas de protocolos, modelos de
servicio
v historia Introducción 1-4
Tema 1: Índice
1.1 ¿Qué es Internet?
1.2 La frontera de la red
v sistemas terminales, redes de acceso, enlaces
1.3 El núcleo de la red
v conmutación de circuitos, conmutación de paquetes,
arquitectura de la red
1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las
redes de conmutación de paquetes
1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio
1.6 Historia
Introducción 1-5
¿Qué es Internet?: Componentes HW y SW
PC v millones de dispositivos de Red móvil
servidor
computación conectados:
hosts = sistemas terminales = ISP global
portátil sistemas finales
inalámbrico
teléfono § ejecutando aplicaciones
móvil Red doméstica
de red
ISP regional
v enlaces de comunicación
puntos de § fibra, cobre, radio,
acceso
satélite Red empresarial
enlaces por
cable § tasa de transmisión =
ancho de banda
v routers:
reenvían
router
paquetes (bloques de ISP =Internet Service Provider
datos) Introducción 1-6
Dispositivos curiosos que se
conectan a Internet
Tostador + predictor de tiempo
accesible via Web
Marcos de fotos IP
http://www.ceiva.com/
Slingbox: ver y controlar
vía Internet la televisión
Frigorífico conectado de casa. Teléfonos de Internet
a Internet
Introducción 1-7
¿Qué es Internet?: Componentes HW y SW
Red móvil
v Protocolos controlan el
envío y la recepción de la ISP global
información
§ ej., TCP, IP, HTTP, Skype,
Ethernet Red doméstica
v Internet: “red de redes” ISP regional
§ poco jerárquica
§ Internet pública frente a Red empresarial
intranet privada
v Estándares de Internet
§ RFC: Request for comments
§ IETF: Internet Engineering
Task Force
Introducción 1-8
¿Qué es Internet?: Servicios
v la infraestructura de Red móvil
comunicacion permite ISP global
aplicaciones distribuidas:
§ Web, VoIP, correo y
comercio electrónico, Red doméstica
juegos, compartir ficheros ISP regional
v servicios de comunicación
proporcionados a las Red empresarial
aplicaciones:
§ entrega de datos fiable de
origen a destino
§ “mejor esfuerzo” entrega
de datos (no fiable)
Introducción 1-9
¿Qué es un protocolo?
protocolos humanos: protocolos de red:
v “¿qué hora es?” v máquinas en lugar de
v Levantar la mano seres humanos
v Dejar salir antes de v toda la actividad de
entrar comunicación en Internet
se rige por protocolos
… se envían mensajes un protocolo define el formato y el
específicos orden de los mensajes enviados y
… se toman acciones recibidos entre entidades de red,
específicas cuando y las acciones tomadas en la
se reciben las transmisión y/o recepción de un
respuestas u otros mensaje u otro suceso
sucesos
Introducción 1-10¿Qué es un protocolo?
un protocolo humano y un protocolo de red de
computador:
Hola ¿estás a
Petición
hí sdeervconexión
id
TCP or?
Sí
Hola Respuesta de conexión
¿Qué hora es? TCP
Dame e
GET htl fichero
w.dtX
tp://ww
e
2:00 .us.es/i
ndex.ht
Ah
ml
tiempo
Hola
P: ¿Otros protocolos humanos?
Introducción 1-11Tema 1: Índice
1.1 ¿Qué es Internet?
1.2 La frontera de la red
v sistemas terminales, redes de acceso, enlaces
1.3 El núcleo de la red
v conmutación de circuitos, conmutación de paquetes,
arquitectura de la red
1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las
redes de conmutación de paquetes
1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio
1.6 Historia
Introducción 1-12Visión detallada de la estructura de
red
v la frontera de la red:
aplicaciones y sistemas
terminales
v redes de acceso, medios
físicos: enlaces de
comunicación cableados,
inalámbricos
v el núcleo de la red:
§ routers
interconectados
§ red de redes
Introducción 1-13La frontera de la red
v sistemas terminales (hosts):
§ ejecuta programas de aplicación
§ ej. Web, correo electrónico
§ en la “frontera de la red” peer-peer
v modelo cliente/servidor
§ sistema terminal cliente
solicita y recibe un servicio de
un servidor “puro” cliente/servidor
§ ej. navegador/servidor Web
v modelo peer-peer:
§ mínimo (o ningún) uso de
servidores dedicados
§ ej. Skype, BitTorrent
Introducción 1-14Redes de acceso y medios físicos
P: ¿Cómo conectar sistemas
terminales a un router de
frontera?
v redes de acceso domésticas
v redes de acceso
institutionales (colegio,
empresa)
v redes de acceso móviles
Ten en cuenta:
v ancho de banda (bits por
segundo) de acceso a la red?
v compartida o dedicada?
Introducción 1-15Redes de acceso domésticas
Acceso telefónico (dial-up modem)
Central
telefónica
Red telefónica
Internet
Modem Modem del ISP
PC
de acceso (ej., AOL)
doméstico
telefónico
doméstico
v usa la infraestructura telefónica existente
§ hogar conectado directamente a la central
telefónica
v velocidad máxima de 56Kbps (a menudo menos)
v no se puede navegar y hacer llamadas telefónicas al
mismo tiempo: no “siempre disponible”
Introducción 1-16Redes de acceso domésticas
Digital Subscriber Line (DSL)
Línea telefónica existente:
telefonía 0-4KHz; 4-50KHz Internet
carga de datos; 50KHz-
1MHz descarga de datos
Teléfono
doméstico
DSLAM
Red
splitter telefónica
Modem
DSL Central
telefónica
PC
doméstico
v usa la infraestructura telefónica existente
v velocidad de carga máxima de 1 Mbps (hoy típicamente
< 256 kbps)
v Velocidad de descarga máxima de 8 Mbps (hoy
típicamente < 1 Mbps)
v línea física dedicada hasta la central telefónica Introducción 1-17Redes de acceso domésticas
Cable
v usa la infraestructura de la televisión por cable
en lugar de la infraestructura telefónica
v HFC: hybrid fiber coax (híbrido de fibra y
coaxial)
§ asimétrico: velocidad máxima de descarga de
30Mbps y 2 Mbps de carga
v red de cable, fibra conecta las casas al router
del ISP
§ las casas comparten el acceso al router
§ a diferencia del DSL, el cual tiene un acceso
dedicado
Introducción 1-18Redes de acceso domésticas
Cable
Típicamente 500 a 5,000 casas
Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html Introducción 1-19Redes de acceso domésticas
Fibra hasta el Hogar
v enlaces de fibra óptica desde la central telefónica a
las casas (fibra directa)
v proporciona velocidades de acceso a Internet mucho
mayores; y servicios de televisión y telefonía
v dos tecnologías de fibra que compiten:
§ Passive Optical Network (PON)
§ Active Optical Network (AON)
ONT
Internet Cables de
fibra óptica
ONT
Cable de
fibra óptica
OLT
ONT
Splitter
óptico
Central Introducción 1-20
telefónicaRedes de acceso institucionales
Ethernet
100 Mbps Router
institucional
al ISP de
Conmutador
Ethernet la institución
100 Mbps
1 Gbps
100 Mbps
servidor
v típicamente usado en empresas, universidades, etc.
v También se usan en redes domésticas.
v 10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps Ethernet
v actualmente, los sistemas terminales se
conectan generalmente a conmutadores
(switches) Ethernet
Introducción 1-21Redes de acceso móviles
Redes de acceso inalámbricos
v la red de acceso inalámbrico
compartida conecta los sistemas
terminales al router
§ a través de una estación base router
también conocida como “punto de
acceso” estación
v LANs inalámbricas: base
§ 802.11b/g (WiFi): 11 or 54 Mbps
v Acceso inalámbrico de área
extensa
§ Proporcionado por los operadores sistemas
de telecomunicaciones
terminales
~1Mbps usando la infraestructura
§
móviles
de telefonía móvil (EVDO, HSDPA)
§ emergente (?): WiMAX (10’s Mbps)
sobre área extensa
Introducción 1-22Redes domésticas
Componentes típicos de una red doméstica:
v modem DSL o modem cable
v router/firewall/NAT
v Ethernet
v Punto de acceso inalámbrico
Home Station Fibra Óptica Teldat i-1104W
(MoviStar)
http://www.movistar.es/particulares/ayuda/internet/adsl/equipami
ento-adsl/routers/Teldat-i-1104w
Portátiles
(inalámbricos)
a/desde router/
modem
el terminal Firewall
cable
de cabecera /NAT Punto de
de cable
acceso
Ethernet inamlábrico Introducción 1-23Medios físicos
v bit: se propaga entre parejas
de transmisores y receptores
v enlace físico: el medio que
hay entre el transmisor y el
receptor
medios guiados:
§ las señales se transportan por un
medio sólido: cobre, fibra,
coaxial
medios no guiados:
§ Las señales se propagan
libremente, ej., radio
Introducción 1-24Medios físicos guiados
Par trenzado (Twisted Pair, TP)
v dos cables de cobre aislados
§ Categoría 3: cables de teléfono tradicionales, 10 Mbps Ethernet
§ Categoría 5: 100Mbps Ethernet
Cable coaxial:
v dos conductores de cobre concéntricos
v bidireccional
v Banda base:
§ un único canal sobre un cable
§ heredado de Ethernet
v Banda ancha:
§ varios canales sobre un cable
§ HFC
Cable de fibra óptica:
v fibra de vidrio conduciendo pulsos de luz, cada pulso representa un bit
v alta velocidad de operación:
§ transmisión punto a punto de alta velocidad (ej., 10’s-100’s Gpbs)
v tasa de error baja: atenuación baja permite repetidores muy espaciados;
inmune a las interferencias electromagnéticas
Introducción 1-25Medios físicos no guiados: radio
v señales transportadas Tipos de canales de radio:
en el espectro v microondas terrestre
electromagnético § ej. canales de 45 Mbps (máximo)
v sin “cable” físico v WLAN (ej., WiFi)
v bidireccional § 11Mbps, 54 Mbps
v efectos del entorno de v área-extensa (ej., móvil)
propagación: § móviles 3G: ~ 1 Mbps
§ reflexión v satélite
§ obstrucción por objectos § velocidad del canal: Kbps to
§ interferencia 45Mbps (o varios canales más
pequeños)
§ Retraso de extremo a extremo
de 270 ms
§ geoestacionarios frente a los de
órbita baja terrestre Introducción 1-26Tema 1: Índice
1.1 ¿Qué es Internet?
1.2 La frontera de la red
v sistemas terminales, redes de acceso, enlaces
1.3 El núcleo de la red
v conmutación de circuitos, conmutación de paquetes,
arquitectura de la red
1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las
redes de conmutación de paquetes
1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio
1.6 Historia
Introducción 1-27El núcleo de la red
v malla de routers
interconectados
v la pregunta fundamental:
¿cómo se transfieren los
datos a través de la red?
§ conmutación de circuitos:
circuito dedicado por
llamada: red telefónica
§ conmutación de paquetes:
los datos se envían a
través de la red en
fragmentos más pequeños
(paquetes) Introducción 1-28El núcleo de la red: Conmutación de
circuitos
recursos de extremo a
extremo reservados
por “llamada”
v ancho de banda del enlace,
capacidad del router
v recursos dedicados: sin
compartir
v rendimiento garantizado
v establecimiento de
llamada requerido
Introducción 1-29El núcleo de la red: Conmutación de
circuitos
recursos de red (ej., v división del ancho de
ancho de banda) banda del enlace en
dividivido en “partes”
“partes” § División de frecuencia
v partes asignadas a § División de tiempo
llamadas
v parte del recurso
inutilizado si no es usado
por el que realiza la
llamada (no se comparte)
Introducción 1-30Banda base y Banda ancha
Banda base Banda ancha
DEMULTIPLEXOR
MULTIPLEXOR
1 enlace
3 canales
- No se modula
- Señal original
Introducción 1-31Conmutación de circuitos:
FDM y TDM
Ejemplo:
FDM
4 usuarios
frecuencia
tiempo
TDM
Marco
frecuencia
tiempo
Introducción 1-32El núcleo de la red: Conmutación de
paquetes
cada flujo de datos de extremo a contienda por los recursos:
extremo se divide en paquetes v demanda de recursos del
v paquetes de distintos usuarios conjunto puede exceder
comparten los recursos de la red la cantidad disponible
v cada paquete usa el ancho de v congestión: colas de
banda del enlace completo paquetes, espera para el
v Recursos usados según se uso del enlace
necesitan v store and forward: los
paquetes avanzan un paso
División del ancho de banda cada vez
en “partes” § el nodo recibe
Asignación dedicada completamente el paquete
Reserva de recursos antes del reenvío
Introducción 1-33Conmutación de paquetes: multiplexación
estadística
100 Mb/s
A Ethernet multiplexación estadística C
1.5 Mb/s
B
cola de paquetes
esperando el enlace
de salida
D E
v la secuencia de paquetes de A y B no tiene un patrón
temporal fijo
§ ancho de banda compartido bajo demanda: multiplexación
estadística
Introducción 1-34Conmutación de paquetes: store-and-
forward
L
R R R
v se tarda L/R segundos en Ejemplo:
transmitir (expulsar) § L = 7.5 Mbits
paquetes de L bits sobre un § R = 1.5 Mbps
enlace de R bps
§ Retardo de
v store and forward: el transmisión (extremo
paquete completo debe a extremo) = 15 s
llegar al router antes de
ser transmitido al siguiente
enlace
v retardo = 3L/R (asumiendo más sobre retardos en breve …
un retardo de propagación
cero)
Introducción 1-35Conmutación de paquetes frente a
conmutación de circuitos
La comnutación de paquetes permite a más usuarios
usar la red!
Ejemplo:
§ enlace de 1 Mb/s
N
…..
§ cada usuario:
usuarios
• 100 kb/s cuando “activo” Enlace 1 Mbps
• activo 10% del tiempo
v Conmutación de circuitos:
§ 10 usuarios
v Conmutación de paquetes:
P: ¿qué sucede si > 35 usuarios ?
§ con 35 usuarios, probabilidad
> 10 activos en el mismo
tiempo es menor que 0.0004 Introducción 1-36Conmutación de paquetes frente a
conmutación de circuitos
Es la conmutación de paquetes un “claro ganador”?
v ideal para ráfagas de datos
§ se comparten los recursos
§ es más simple, sin establecimiento de llamada
v congestión excesiva: retardo y pérdida de paquetes
§ se necesitan protocolos para transferir datos de forma
fiable, para control de la congestión
v P: ¿Cómo proporcionar el comportamiento de la
conmutación de circuito?
§ garantizar el ancho de banda necesario para aplicaciones
de audio y video
§ todavía es un problema sin resolver
P: analogías humanas de recursos reservados (conmutación de circuitos)
frente a asignación bajo demanda (conmutación de paquetes)? Introducción 1-37Estructura de Internet: red de redes
NAP
Internet Service Provider (ISP) Network Access Point (NAP)
(Suministrador de Servicio de Internet) (Punto de acceso a la red)
Regional Service Provider (RSP)
(Suministrador de Servicio Regional)
Network Service Provider (NSP)
(Suministrador de Servicio de Red)
NSP NSP
RSP RSP RSP
ISP ISP ISP ISP ISP
Abonados Abonados Abonados Abonados Abonados
Introducción 1-38Estructura de Internet: red de redes
v Los ISPs o TIER 3 ISP (ISP de Nivel 3) se conectan a los RSP.
v RSP o ISP de Nivel 2 se conectan a los NSP o ISP de Nivel 1.
v NSP se interconectan a los NAPs
v Un NAP es una red de acceso de alta velocidad, típicamente ethernet, a
través de la cual los ISPs intercambian rutas y tráfico. También
conocido como IXP, Internet Exchange Point o NP (Neutral Point, Punto
Neutro).
v Es posible que los RSP se conecten mediante enlaces privados a otros
RSP o NSP.
v un paquete pasa a través de muchas redes desde el equipo fuente al
equipo destino
Introducción 1-39Tema 1: Índice
1.1 ¿Qué es Internet?
1.2 La frontera de la red
v sistemas terminales, redes de acceso, enlaces
1.3 El núcleo de la red
v conmutación de circuitos, conmutación de paquetes,
arquitectura de la red
1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las
redes de conmutación de paquetes
1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio
1.6 Historia
Introducción 1-40¿Cómo ocurren las pérdidas y
los retardos?
los paquetes se encolan en el buffer del router
v tasa de llegada de paquetes al enlace excede la
capacidad de salida del mismo
v Paquetes se encolan, esperando su turno
paquete siendo transmitido (retardo)
Nota
A
Cómo se verá más
adelante en la asignatura
además de los routers hay
otros dispositivos que
introducen retardos.
B
Paquetes encolados (retardo)
buffer libre (disponible): paquetes que llegan se encolan
buffer completo: paquetes no se encolan (pérdida)
Introducción 1-41Cuatro fuentes de retardos
transmisión
A propagación
B
procesamiento
nodal de cola
dnodal = dproc + dcola + dtrans + dprop
dproc: procesamiento nodal dcola: retardo de cola
§ comprobar errores de nivel de bit § tiempo de espera antes de
§ Determinar el enlace de salida ser transmitido por el enlace
§ típicamente < ms
de salida
§ depende del nivel de
congestión del router
Introducción 1-42Cuatro fuentes de retardos
transmisión
A propagación
B
procesamiento
nodal de cola
dnodal = dproc + dcola + dtrans + dprop
dtrans: retardo de transmisión: dprop: retardo de propagación:
§ L: longitud del paquete (bits) § d: longitud del enlace físico
§ R: ancho de banda del enlace § s: velocidad de propagación del
(bps) medio (~2x108 m/sec)
§ dtrans = L/R dtrans y dprop § dprop = d/s
muy diferentes
Introducción 1-43Retardo de cola (revisado)
retardo de cola
v R: ancho de banda del
promedio
enlace (bps)
v L: longitud del paquete
(bits)
v a: tasa de llegada de intensidad de tráfico
paquetes promedio = La/R
(paquetes por segundo) La/R ~ 0
v La/R ~ 0: retardo de cola promedio pequeño
v La/R -> 1: retardo de cola promedio grande
v La/R > 1: llegan más paquetes de lo que se puede
servir, retardo de cola infinito!
La/R -> 1
Introducción 1-44Pérdida de paquetes
v La cola (buffer) asociada a un enlace tiene una
capacidad finita
v paquetes que llegan a una cola llena se
descartan (pierden)
v paquetes descartados pueden ser
retransmitidos por el sistema terminal origen,
por el nodo previo o por nadie
buffer
(área de espera) paquete siendo transmitido
A
B
paquete que llega al
buffer lleno se pierde
Introducción 1-45Tasa de transferencia
(extremo a extremo)
v tasa de transferencia (throughput): tasa
(bits/unidad de tiempo) a la cual los bits son
transferidos entre el cliente y el servidor
§ instantánea: tasa en un instante de tiempo determinado
§ promedio: tasa sobre un periodo largo de tiempo
tubería puede
envía que capacidad
servidor tiene
servidor, del tubería puede
capacidad del
bits (fluido)
enviar transportar
a la de
un fichero enlaceel fluido transportar
enlaceel fluido a
tubería
F bits al cliente aRsuna tasa
bits/s Rcuna tasa
bits/s
Rs (bits/s) Rc (bits/s) Introducción 1-46Tasa de Transfer. ext. a ext. (cont.)
v Rs < Rc ¿tasa de transferencia promedio de
terminal a terminal?
Rs bits/s Rc bits/s
v Rs > Rc ¿tasa de transferencia promedio de
terminal a terminal?
Rs bits/s Rc bits/s
enlace cuello de botella
Es el enlace en la ruta de extremo a extremo que limita la
tasa de transferencia extremo a extremo.
Introducción 1-47Tasa de transferencia: escenario de
Internet
v Tasa de
Rs
transferencia
Rs Rs
terminal a terminal
por conexión:
min(Rc,Rs,R/10) R
v en la práctica: Rc o Rc Rc
Rs es a menudo el Rc
cuello de botella
10 conexiones comparten el enlace
común (en partes iguales) con
velocidad R bits/s
Introducción 1-48Tema 1: Índice
1.1 ¿Qué es Internet?
1.2 La frontera de la red
v sistemas terminales, redes de acceso, enlaces
1.3 El núcleo de la red
v conmutación de circuitos, conmutación de paquetes,
arquitectura de la red
1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las
redes de conmutación de paquetes
1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio
1.6 Historia
Introducción 1-49Capas de protocolos
Redes son complejas,
con muchas “piezas”:
v sistemas terminales Pregunta:
v routers ¿tenemos alguna
v enlaces de varios esperanza de poder
medios organizar una
v aplicaciones arquitectura de red?
v protocolos
v hardware, software ¿o al menos nuestra
exposición sobre la
misma?
Introducción 1-50Organización de un viaje en avión
billete (compra) billete (reclamación)
equipaje (facturación) equipaje (recogida)
embarque (carga) embarque (descarga)
despegue aterrizaje
control de vuelo control de vuelo
control de vuelo
v un conjunto de pasos
Introducción 1-51Disposición en capas de la
funcionalidad de una compañía aérea
billete (compra) billete (reclamación) billete
equipaje (facturación) equipaje (recogida) equipaje
embarque (carga) embarque (descarga) embarque
despegue aterrizaje despegar/aterrizar
control de vuelo control de vuelo control de vuelo control de vuelo control de vuelo
Aeropuerto Centros intermedios de Aeropueto
de salida control de tráfico aéreo de llegada
Capas o niveles: cada capa implementa un servicio
v llevando a cabo determinadas acciones dentro
de dicha capa
v utilizando los servicios que proporciona la capa
que tiene directamente debajo de ella
Introducción 1-52¿Por qué una arquitectura en
capas?
Los sistemas son complejos:
v Una estructura específica permite identificar y
relacionar las partes complejas del sistema
§ Un modelo de referencia en capas para análisis y
discusión
v modularización simplifica el mantenimiento y la
actualización del sistema
§ Modificar la implementación del servicio de una
capa es transparente al resto del sistema
§ ej., cambio en el procedimiento de embarque no
afecta al resto del sistema
Introducción 1-53¿Cómo se organiza una arquitectura
en capas? (I)
v En cada extremo debe haber una instancia de un
determinado nivel, conocido como entidad.
v Cada nivel realiza un conjunto de tareas, conocidas
como funciones
v No todas las funciones se realizan en cada extremo
de la comunicación.
v ej., en la capa de equipaje esta la función de facturación y
la de recogida.
v Cada nivel ofrece un conjunto de prestaciones
(proveedor) al nivel superior (usuario), conocidas como
servicios
v ej., servicio de facturación.
v El acceso a los servicios de un determinado nivel se
realiza a través de una interfaz conocida como SAP
(Service Access Point).
Introducción 1-54¿Cómo se organiza una arquitectura
en capas? (II)
v En cada nivel se utiliza un determinado protocolo para
comunicarse con otra entidad del mismo nivel, ofrecer los
servicios a su nivel superior y realizar la funciones que
tiene encomendadas.
v Usa los servicios que le ofrece el nivel inferior.
v En el protocolo se describe:
v el formato de los mensajes a intercambiar
v Conocido como PDU (Protocol Data Unit)
v las reglas de intercambio de mensajes.
v Ejemplo Extremo A Extremo B
... ... Nota
Un nivel puede ofrecer
Nivel N + 1 Nivel N + 1 distintos servicios.
N_SAP
Protocolo nivel N Cada uno usará su
Nivel N Nivel N propio protocolo
Entidad de nivel N N_PDU
Nivel N - 1 Nivel N - 1
... ... Introducción 1-55Servicios ofrecidos por un nivel
v Los servicios se especifican formalmente mediante un
conjunto de estructuras de información, conocidas como
primitivas.
v tipos:
ü solicitud (request) à emitida por el usuario en origen
ü indicación (indication) à emitida por el suministrador del servicio (por
iniciativa propia o no)
ü respuesta (response) à emitida por el usuario en destino
ü confirmación (confirm) à emitida por el suministrador del servicio
Extremo A (iniciador) Extremo B
solicitud respuesta
Nivel N+1 Nivel N+1
1 4 2 3
Nivel N Servicio Nivel N Servicio
confirmación indicación
hacia los
hacia los niveles de hacia los niveles de niveles de
abajo en arriba en recepción abajo en la
transmisión transmisión
Introducción 1-56Tipos de Servicios
Nivel N+1 Nivel N Nivel N+1
confirmados:
v requieren una respuesta Usuario de Proveedor Usuario de
N-Servicio N-Servicio N-Servicio
v implementan las cuatro
primitivas Servicio.Request
Servicio.Indication
no confirmados: Confirmado Servicio.Response
Servicio.Confirmation
v no requieren respuesta
v implementan solicitud e Servicio.Request
No Servicio.Indication
indicación Confirmado
Servicio.Request
parcialmente confirmados: Servicio.Indication
Parcialmente
v responde el proveedor Servicio.Confirmation
confirmado
v implementan solicitud, Servicio.Indication
Servicio.Indication Iniciado por
indicación y confirmación
el proveedor
iniciados por el proveedor:
v al detectar una condición
v implementan indicación en tiempo tiempo
ambos sentidos
Transmisión Transmisión
Introducción 1-57Arquitectura en capas
Extremo A Extremo B
¿Cuál es el flujo de
primitiva del N-servicio primitiva del N-servicio información?
Real:
Protocolo capa N
v Entre niveles adyacentes.
N-PDU
v A través del SAP.
primitiva del primitiva del v Comunicación vertical.
N-1-servicio Entidades par de nivel N N-1-servicio
v Las PDUs se tienen que
Protocolo capa N-1
encapsular y
N-1 -PDU desencapsular.
primitiva del primitiva del v En el mismo equipo.
N-2-servicio Entidades par de nivel N-1 N-2-servicio
Lógica:
Protocolo capa N-2 v Entre entidades pares.
N-2 -PDU v Comunicación horizontal
v Entre diferentes equipos.
Entidades par de nivel N-2 v Se intercambian PDU.
Nota
A las entidades de un mismo nivel se
conocen como entidad par Introducción 1-58Encapsulación
IDU: Interface Data Unit
ICI: Interface Control Information
Emisor PCI: Protocol Control Information
(N+1)-PDU SDU: Service Data Unit
UD: User Data
SAP: Service Access Point
Nivel N+1 (N)-ICI (N)-IDU (N)-SAP
Encapsulación
Nivel N
(N)-ICI
(N)-SDU
(N)-PCI
(N)-UD (N)-PDU
Introducción 1-59Desencapsulación
Receptor IDU: Interface Data Unit
(N+1)-PDU ICI: Interface Control Information
PCI: Protocol Control Information
UD: User Data
Nivel N+1 (N)-ICI (N)-IDU (N)-SAP
Desencapsulación
Nivel N
(N)-ICI
(N)-SDU
(N)-PCI
(N)-UD (N)-PDU
Introducción 1-60Fragmentación
Emisor IDU: Interface Data Unit
ICI: Interface Control Information
(N+1)-PDU
PCI: Protocol Control Information
UD: User Data
Nivel N+1 (N)-ICI (N)-IDU (N)-SAP
Encapsulación
Nivel N
(N)-ICI
(N)-SDU
(N)-PCI
(N)-PDU (N)-PDU
Introducción 1-61Reensamblaje
Receptor IDU: Interface Data Unit
ICI: Interface Control Information
(N+1)-PDU
PCI: Protocol Control Information
UD: User Data
Nivel N+1 (N)-ICI (N)-IDU (N)-SAP
Desencapsulación
Nivel N
(N)-ICI
(N)-SDU
(N)-PCI
(N)-PDU (N)-PDU
Introducción 1-62¿Cuántas capas son necesarias?
v Depende del conjunto de funciones que se desee que
tenga la arquitectura de red.
v Dos arquitecturas de red:
v TCP/IP la utilizada en Internet.
v Se compone de cinco capas.
v Describe funciones, servicios y protocolos
v Modelo de referencia OSI (Open System
Interconnection).
v Se compone de siete capas.
v Estándar de ISO (International Organization
for Standardization).
v Describe funciones y servicios.
Introducción 1-63Pila de protocolos de Internet
v aplicación: soporta las aplicaciones
de red. Sirve de interfaz con el
usuario final A_PDU
aplicación mensaje
§ FTP, SMTP, HTTP, DNS
v transporte: transferencia de datos transporte
T_PDU
segmento
extremo a extremo entre procesos
§ TCP, UDP red R_PDU
datagrama
v red: direccionamiento y enrutado de
datagramas de origen a destino enlace E_PDU
trama
§ IP, protocolos de rutado
v enlace: transferencia de datos entre física
elementos de red “cercanos”
§ Ethernet, 802.11 (WiFi), PPP
v física: bits “en el cable”
Introducción 1-64Modelo de referencia ISO/OSI
v presentación: permite que las
aplicaciones interpreten el significado aplicación
de los datos, ej., encriptación,
presentación
compresión, codifica datos en modo
estándar sesión
v sesión: sincronización, puntos de transporte
comprobación, recuperación del red
intercambio de datos
v pila de Internet “omite” estas capas! enlace
§ estos servicios, si son necesarios, física
deben ser implementados en
aplicación
§ ¿necesarios?
Introducción 1-65¿Cómo se implementan las capas?
Nota
No todos los niveles están en todos
aplicación Programas los dispositivos que se usan en
Internet.
transporte Software
Sistema
Operativo
red
enlace Nota
Al hardware que implementa el nivel de
hardware
enlace y físico se conoce como interfaz de
física red, tarjeta de red o NIC (Network
Interface Card).
Introducción 1-66Arquitectura en capas: Internet
Ejemplo: Dos sistemas finales interconectados por un router.
origen destino
aplicación mensaje M M aplicación
transporte segmento
Ht M Ht M transporte
red datagrama Hrn Ht M Hr Ht M red
enlace trama He Hr Ht M He Hr Ht M enlace
física física
Hr Ht M red
enlaceHe Hr Ht M
física
Nota router
Hx = X_PCI
M = A_PCI(Ha) + Datos Usuario (UD) Medio físico
Ejemplo UD:
Asunto/cuerpo de un e_mail
Texto de un mensaje WhatsApp
Introducción 1-67Arquitectura en capas: Internet
Ejemplo: Dos sistemas finales interconectados por un router.
origen
destino
Protocolo aplicación
aplicación aplicación
transporte
Protocolo transporte
transporte
red Protocolo red
red
Protocolo red
red
enlace Protocolo enlace
enlace
Protocolo enlace
enlace
física Protocolo físico
física Protocolo físico
física
router
Introducción 1-68Tema 1: Índice
1.1 ¿Qué es Internet?
1.2 La frontera de la red
v sistemas terminales, redes de acceso, enlaces
1.3 El núcleo de la red
v conmutación de circuitos, conmutación de paquetes,
arquitectura de la red
1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las
redes de conmutación de paquetes
1.5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio
1.6 Historia
Introducción 1-69Historia de Internet
1961-1972: principios de la conmutación de paquetes
v 1961: Kleinrock – teoría de v 1972:
colas muestra la eficacia § demostración pública ARPAnet
de la conmutación de
§ NCP (Network Control Protocol)
paquetes
primer protocolo de equipo a equipo
v 1964: Baran – conmutación
§ primer programa de correo
de paquetes en redes
electrónico
militares
§ ARPAnet tiene 15 nodos
v 1967: ARPAnet concebido
por la Advanced Research
Projects Agency
v 1969: primer nodo
ARPAnet operacional
Introducción 1-70Historia de Internet
1972-1980: interconexión de redes, redes nuevas y
propietarias
v 1970: red de satélite
ALOHAnet en Hawaii Cerf and Kahn’s principios de
v 1974: Cerf and Kahn - la interconexión de redes:
arquitectura para § minimalismo, autonomía
interconectar redes – no se requieren
v 1976: Ethernet de Xerox cambios internos para
PARC interconectar redes
v finales 70’s: arquitecturas § modelo de mejor
propietarias: DECnet, SNA, esfuerzo
XNA § stateless routers
v finales 70’s: conmutación de § control descentralizado
paquetes de longitud fija define la arquitectura de
(precursor ATM) Internet actual
v 1979: ARPAnet tiene 200
nodos
Introducción 1-71Historia de Internet
1980-1990: nuevos protocolos, proliferación de redes
v 1983: despliegue de v nuevas redes
TCP/IP nacionales: Csnet,
v 1982: se define el BITnet, NSFnet,
protocolo smtp (correo Minitel
electrónico) v 100,000 equipos
v 1983: se define DNS conectados a la
para la traducción de confederación de
nombre a dirección IP redes
v 1985: se define el
protocolo ftp
v 1988: Control de la
congestión TCP
Introducción 1-72Historia de Internet
1990, 2000’s: comercialización, the Web, nuevas
aplicaciones
v principios 1990’s: ARPAnet fuera finales 1990’s – 2000’s:
de servicio
v más aplicaciones: mensajería
v 1991: NSF levanta las instantánea, compartición de
restricciones sobre el uso ficheros P2P
comercial de NSFnet (fuera de
v seguridad de la red en
servicio, 1995)
primer plano
v principios 1990s: Web
v est. 50 millones equipos, más
§ hipertexto [Bush 1945, Nelson de 100 millones usuarios
1960’s]
v enlaces backbone
§ HTML, HTTP: Berners-Lee funcionando a Gbps
§ 1994: Mosaic, más tarde
Netscape
§ finales 1990’s:
comercialización de la Web
Introducción 1-73Historia de Internet
2010:
v ~750 millones de equipos
v voz, video sobre IP
v aplicaciones P2P: BitTorrent
(compartir ficheros) Skype
(VoIP), PPLive (video)
v más aplicaciones: YouTube,
gaming, Twitter
v conexión inalámbrica,
movilidad
Introducción 1-74Resumen
cubierta gran cantidad de ahora conoces:
material! v contexto, visión
v descripción general de Internet general, la “esencial”
v ¿qué es un protocolo? de la red
v frontera y núcleo de la red, v mayor profundidad y
redes de acceso detalles a
§ conmutación de paquetes
continuación!
frente a conmutación de
circuitos
§ arquitectura de Internet
v rendimiento: pérdidas, retrasos,
tasa de transferencia
v capas, modelos de servicio
v historia Introducción 1-75Departamento de
Tecnología Electrónica
Redes de Computadores
Tema 1: Redes de Computadores e Internet
EJERCICIOS
Introducción 1-76TDM
1. ¿Cuánto se tarda en enviar un fichero de 640000 bits
(640 Kb) desde un sistema final A al B sobre una red de
conmutación de circuitos?
§ velocidades de todos los enlaces: 1,536 Mbps
§ cada enlace usa TDM con 24 particiones/marco
§ 500 ms para establecer el circuito de terminal a terminal
A trabajar!
Introducción 1-77Retardo de extremo a extremo
Considerar un paquete de longitud L transmitido por un sistema
terminal A que pasa a través de tres enlaces hasta alcanzar el
sistema terminal destino. Los tres enlaces se conectan a través de
dos router en una red de conmutación de paquetes. Considerando
que di, si y Ri denotan la longitud, la velocidad de propagación y la
velocidad de transmisión del enlace i, para i=1,2,3, que los routers
retrasan cada paquete dproc, y asumiendo que no hay retardos de
colas, en términos de di, si y Ri (i=1,2,3) y L, ¿cuál el retardo total
de extremo a extremo para el paquete?
Suponer ahora que la longitud del paquete es 1500 bytes, la
velocidad de propagación en los enlaces es 2.5x108 m/s, la
velocidad de transmisión es 2 Mbps, el retardo de procesamiento
del router es 3 ms, la longitud del primer enlace es 5000 km, la del
segundo 4000 km y la del tercero 1000 km. Para estos valores,
¿cuál es el retardo de extremo a extremo?
Introducción 1-78Retardo de cola Un router en una red conmutación de paquetes recibe un paquete y determina el enlace de salida al cual el paquete debe reenviarse. Cuando el paquete llega, otro paquete se está transmitiendo por ese enlace de salida (la mitad se ha transmitido) y tres más están esperando para ser transmitidos. Los paquetes se transmiten por orden de llegada. Suponiendo que todos los paquetes tiene una longitud de 1500 bytes y que la velocidad del enlace es de 2Mbps. ¿Cuál es el retardo de cola del paquete? De forma general, ¿cuál es el retardo de cola cuando todos los paquetes tienen longitud L, la velocidad de transmisión es R, x bits del paquete que se está transmitiendo se han transmitido, y n paquetes están ya en la cola? Introducción 1-79
Encapsulamiento y fragmentación
Suponga que, en el modelo OSI, un protocolo de nivel de
enlace de datos tiene limitado el tamaño máximo de la
E_SDU a 1000 bytes, y que el protocolo de nivel de red
no limita el tamaño máximo de las R_SDUs a su nivel
superior. Si las T_PDUs tienen siempre un tamaño de
2000 bytes y la R_PCI ocupa 100 bytes, ¿Cuántas
R_PDUs enviará el nivel de red? ¿Qué contendrá cada
R_PDU ? (Nota: Las R_PDUs que se envíen deben ser
del tamaño máximo posible)
Introducción 1-80Segmentación
En las redes de conmutación de paquetes modernas, el host de origen segmenta los
mensajes largos de la capa de aplicación (por ejemplo, una imagen o un archivo de
música) en paquetes más pequeños y los envía a la red. Después, el receptor
ensambla los paquetes para formar el mensaje original. Este proceso se conoce como
segmentación de mensajes. La figura ilustra el transporte terminal a terminal de un
mensaje con y sin segmentación del mensajes.
Paquete sin
segmentación
Equipo origen Conmutador Conmutador Equipo destino
de paquetes de paquetes
Paquete con segmentación
Equipo origen Conmutador Conmutador Equipo destino
de paquetes de paquetes
Introducción 1-81Segmentación
Considerar que se envía un mensaje cuya longitud es 8x106 bits desde el origen hasta el
destino mostrados en esa figura. Suponga que cada enlace mostrado es de 2 Mbps.
Ignore los retardos de propagación, de cola y de procesamiento.
Suponga que el mensaje se transmite desde el origen al destino sin segmentarlo.
¿Cuánto tarda el mensaje en desplazarse desde origen hasta el primer router?
Teniendo en cuenta que cada router usa el método de store and forward, ¿cuál es
el tiempo total que invierte el mensaje para ir desde el equipo origen al destino?
Suponer que el mensaje se segmenta en 4000 paquetes y que la longitud de cada uno es
2000 bits. ¿Cuánto tarda el primer paquete en desplazarse desde el origen hasta
el primer router? Cuando se está enviando el primer paquete del primer router al
segundo, el host de origen envía un segundo paquete al router. ¿en qué instante de
tiempo habrá recibido el primer router el segundo paquete completo?
¿Cuánto se tarda en transmitirse el archivo desde el host origen al destino cuando se
emplea la segmentación de mensajes? Compare este resultado con la respuesta del
primer apartado y coméntelo.
Comentar los inconvenientes de la segmentación de mensajes.
Introducción 1-82También puede leer
