Redes de ordenadores
José MiguelBuenaposada
Biencinto
jmbuenaposada@escet.urjc.es
Ed
. Departamental II, Despacho 054
Redes de ordenadores 2
Comunicación
•
Es el
intercambio de información
entre
dos entidades.
Origen Destino Medio Información Información Redes de ordenadores 3Transmisión de datos (I)
•
Intercambio de información binaria
entre dos
dispositivos a través de un medio de transmisión.
Origen Destino Sistema de transmisión Transmisor Receptor Sistema origen Sistema destino Redes de ordenadores 4
Transmisión de datos (II)
•
Mensaje.
Los datos a comunicar (texto, gráficos, vídeo, etc).
•
Origen.
Genera los datos a transmitir.
•
Transmisor.
Envía los datos del mensaje de acuerdo al medio de
transmisión.
•
Receptor.
Recibe e interpreta los datos del mensaje del medio de
transmisión.
•
Destino.
Toma los datos del receptor
•
Sist. de transmisión.
Una señal de radio, un haz láser, etc.
•
Protocolo.
El conjunto de reglas que gobiernan la transmisión de
Redes de ordenadores
5
Datos/señales
•
Datos
: Son las entidades que contienen
información. –
Pueden ser : •
naturaleza continua
(voz, números reales)
•
naturaleza discreta
(texto, enteros)
•
Señales
: Son codificaciones electromagnéticas de
los datos.
Redes de ordenadores
6
Transmisión (I)
•
Comunicación de los datos mediante la propagación de señales a través del medio. En sus variaciones va contenida la información.
•
Se pueden considerar dos tipos de transmisión: –
Analógica
: Se propaga una señal continua.
–
Digital
: Se propaga una señal digital.
Redes de ordenadores 7
Transmisión (II)
• Analógica. Cualquiervalor comprendido entre el máximo y el mínimo es válido.
•
Transmisión Digital
:
la señal recibida debe aproximarse a uno de los valores permitidos.
V t V1 t V2 Redes de ordenadores 8
Digital
vs
Analógico
•
Ventajas de la transmisión digital
–Tecnología.
P
ermite reducir costes y
tamaños.
–
Fiabilidad.
N
o se acumulan todos los
efectos perturbadores.
–
Seguridad.
L
a criptografía es más fácil
sobre señales digitales.
–
Integración.
D
istintas señales de
Redes de ordenadores
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Datos a Señales
•
Es necesario transformar los datos en señales antes de enviarlos:
Métodos de representación
Digital/Digital
A/A
Analógico/Digital
Digital/Analógico
Códigos Banda Base:
NRZ, RZ, Manchester, ... PCM (MIC) ASK, FSK, PSK, QAM AM, FM, ... CODIFICACIÓN DIGITALIZACIÓN MODULACIÓN Redes de ordenadores 10
Medios de transmisión
•
Los dispositivos de telecomunicación usan
señales
para representar los datos.
•
Estas
señales
se transmiten en forma de
energía electromagnética.
•
Las
señales electromagnéticas
pueden
viajar a través del
vacío, el aire u otros
medios.
Redes de ordenadores 11Unidades de frecuencia
10 9 Hz Gigahercio (KHz ) 10 12 Hz Terahercio (KHz ) 10 3 Hz Kilohercio ( KHz ) 10 6 Hz Megahercio ( KHz ) Equivalente Unidad Redes de ordenadores 12Redes de ordenadores
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El espectro electromagnético (I)
Radio FM, TV, radio AM de aviones y ayuda a la navegación aérea
30 MHz – 300 MHz Very high frecuency VHF Radioaficionados, comunicaciones
militares, larga distancia
aviones y barcos. 3 MHz – 30 MHz High frecuency HF
Radio AM, radio
marítima, buscadores autodireccionables
(RDF) 300 KHz – 3 MHz Medium frecuency MF
Navegación marítima, control de tráfico aéreo
30 KHz -300 KHz Low frecuency LF Radio navegación de largo alcance y comunicación submarina 3 KHz -30 KHz Very low frecuency VLF Servicios Rango de frecuencias Significado Banda Redes de ordenadores 14
El espectro electromagnético (II)
RADAR, satélite, LMDS 30 GHz en adelante Extrenely high frecuency EHF
Servicios por satélite y microondas, MMDS
(Multichannel
Multipoint Distribution Service)
, LMDS ( Local Multipoint Distribution Service), RADAR 3GHz – 30 GHz Super high frecuency SHF TV UHF, telefonía móvil, WLL ( Wireless Local Loop ), comunicaciones
móviles, comunicación microondas (a partir de
1 GHz ). 300 MHz – 3 GHz Ultra high frecuency UHF Servicios Rango de frecuencias Significado Banda Redes de ordenadores 15
El espectro electromagnético (III)
WPANs
(Wireless
Personal Area Networks)
300 GHz -430 THz Infrarrojo Fibras ópticas 430 THz – 750 THz Luz visible Servicios Rango de frecuencias Significado Banda Redes de ordenadores 16
Parámetros de la transmisión
• La relaci ó n se ñ al/ruido. R elaci ó n, o proporci ó n, entre la intensidad de la se ñ al y la intensidad delruido que la acompa
ñ a. Se mide en decibelios, dB (escala logar ítmica), 10 log 10 (S/R). • Ancho de banda.
Cada medio de transmisión
tiene un límite inferior y superior para las frecuencias de señales que puede transmitir. Ese rango limitado es el
ancho de banda.
•
Régimen binario o capacidad.
Número de bits
Redes de ordenadores
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Medios de transmisión (I)
Tipos de medios Guiados No guiados Par trenzado Coaxial Fibra óptica Infrarrojos Radiofrecuencia Monomodo Multimodo STP UTP Redes de ordenadores 18
Medios de transmisión (II)
•
Medios de transmisión guiados
. Soporte
sólido (cables eléctricos, fibras ópticas). Las
señales se propagan confinadas en el medio.
•
Medios de transmisión inalámbricos.
Transporte sin conductor físico (aire).
Propagación/radiación libre de las señales
emitidas.
Redes de ordenadores
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Pares trenzados
•
Dos conductores enrollados con
-un cierto paso
(entre 2 y 12 torsiones por pie).
•
Medio de transmisión muy utilizado en
LAN
.
–
UTP. Pares trenzados sin blindaje (Hasta 100
Mbps
)
–
STP. Pares trenzados con blindaje.
Redes de ordenadores
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Cable Coaxial
•
Formado por dos conductores concéntricos.
• De 100 KHz a 500 MHz . • Conector típico, BNC ( Bayonet Network Connector ). • Se usa en LAN y en TV.
Redes de ordenadores
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Fibra óptica (I)
•
Propagación de una señal luminosa por una
fibra de vidrio o plástico.
•
Diodo Emisor de Luz
(LED) en distancias
cortas
o un
Láser en distancias largas
.
•
Ancho de banda enorme.
Redes de ordenadores
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Fibra óptica (II)
•
Monomodo
.
Múltiples rayos de luz (con ángulos de
reflexión muy cercanos).
•
Multimodo
.
Múltiples rayos de luz (con ángulos de
reflexión muy diferentes).
Redes de ordenadores
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Medios inalámbricos
•
Sus características dependen de las frecuencias de las señales propagadas: –
Ondas de radio.
300
KHz
–
1 GHz.
Omnidireccionales, telefonía y redes de datos (GSM, GPRS, UMTS). LAN Inalámbricas.
–
Microondas.
2GHz
–
40 GHz. Terrestres y por satélite
(en este último caso retardos de propagación).
– Infrarrojos. 300 GHz – 200 THz. Muy direccionables,
no atraviesan obstáculos. Conexiones locales
-> Redes inalámbricas. Redes de ordenadores 24
Velocidades de transmisión
1,5 a 45 Mbps 9,6 a 19,2 Kbps 1 Mbps a 10 Gbps 1 Mbps a 10 GbpsRadio digital (banda 2GHz)
Telefonía celular Microondas Satélites 1 Mbps a 10 Gbps Radio 100 Mbps OC -1: 52 Mbps a O -192: 10 Gbps 1.600 Gbps o más Fast Ethernet
Redes troncales (1 señal) Redes troncales WDM
10 Mbps a 3,2 Tbps Fibra óptica 10 Mbps Ehternet 1 Mbps a 1 Gbps Cable coaxial 33,6 Kbps 2 x 64 Kbps y 1x16 Kbps 512 Mbps /1,5 Mbps 100 Mbps Canal Telefónico (4KHz) RDSI ADSL Fast Ethernet 1 a 150 Mbps Pares trenzados 114 Kbps a 4 Mbps IrDA 100 Kbps Infrarrojo Ejemplo Velocidad Banda
Redes de ordenadores
25
Efectividad de la transmisión
•
Seguridad.
Se deben entregar los datos en
el destino correcto (dispositivo y/o usuario).
•
Fiabilidad.
Los datos alterados en la
transmisión no se pueden usar.
•
Rendimiento.
Los datos entregados tarde
son inútiles (
p.ej
. Vídeo
-conferencia).
Redes de ordenadores 26Fuentes de perturbación
•
Pueden variar el contenido de
información
.
Errores de transmisión:
– Propias de la señal: • Atenuación. • Distorsión de amplitud y de fase. – Externas a la señal: • Ruido. Señal recibida se compone de la señal
emitida modificada por las distorsiones transmitidas por el sistema de transmisión (Ruido térmico, ruido impulsivo, diafonía, etc.).
Redes de ordenadores
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Fuentes de perturbación
Señal origen Atenuación Distorsión Ruido externo Señal recibida
Redes de ordenadores
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Errores de transmisión
•
Para tener una
comunicación fiable
, es necesario
detectar y corregir los errores
. • Tipos de errores: – De bit .
En la unidad de datos sólo cambia un
bit
entre
el emisor y el receptor (los
más probables en trans . paralelo ). – De ráfaga.
Dos o más bits de la unidad de datos
cambian (los más probables en trans . serie ) y pueden no ser consecutivos.
Redes de ordenadores
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Detección de errores
•
Redundancia.
Se añaden bits extra para
detectar los errores en destino.
Métodos de detección VRC Suma de comprobación LRC CRC Vertical Redundancy check o verificación de paridad Longitudinal Redundancy Check Ciclic Redundancy Code
(Código de redundancia cíclica)
Check sum Redes de ordenadores 30
VRC
•Se añade a cada unidad de datos
un
bit
de paridad
para
que: –
El número de unos sea par (paridad par).
–
El número de unos sea impar (paridad impar).
•
Detecta todos los errores de un
bit
.
•
Detecta ráfagas de error con número impar de bits.
• Ejemplo: – Queremos transmitir 1100001 – Paridad par: 1100001 1 – Recibimos: 1100011 1 => Error de paridad Redes de ordenadores 31
LRC
•Un bloque de bits se divide en filas y se añade una fila de redundancia a todo el bloque.
11100111 11011101 00111001 10101001 11100111 11011101 00111001 10101001 11100111 11011101 00111001 10101001 10101010 Datos originales LRC Datos originales más LRC Redes de ordenadores 32
CRC
•Si VRC y LRC se basan en la suma, el CRC (código de redundancia cíclica) se basa en la división binaria. Datos
00...0 n bits Divisor CRC n bits n+1 bits Divisor Resto
Cero aceptar, No cero rechazar
Datos CRC Datos 00...0 Emisor Receptor
Redes de ordenadores
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Propiedades del CRC
•
Es un método de detección de errores
muy
efectivo
(n
–
grado del polinomio generador):
–
Detecta todos los
errores de ráfaga
de un
número impar de bits
.
–
Detecta todos los
errores de ráfaga
de
longitud menor o igual que
n
.
–
Puede detectar con
probabilidad muy alta
errores de ráfaga
con
longitud mayor que
n . Redes de ordenadores 34
Multiplexación
en frecuencia
•El ancho de banda útil del medio supera al del canal.
•
Cada señal se modula con una portadora diferente (con frecuencia diferente).
•
Las frecuencias portadoras están separadas de manera que las señales no se solapen (bandas de guarda).
Redes de ordenadores
35
Multiplexación
en el tiempo
•
La velocidad de transmisión
por el medio excede al de las
señales digitales a transmitir.
•
El proceso de mezcla puede
ser a nivel de bits o bloques
de octetos.
•
Las ranuras temporales se
asignan aún sin datos.
Redes de ordenadores
36
Configuración de la línea
•
Define la conexión a un enlace de los
dispositivos que se comunican entre sí.
•
Punto a punto.
Proporciona un enlace
dedicado entre dos dispositivos.
•
Multipunto.
Varios dispositivos comparten
Redes de ordenadores 37
Topología
• Es la representación geométrica de la relaciónentre todos los enlaces y los dispositivos (nodos).
Topología Malla Estrella Árbol Bus Anillo Redes de ordenadores 38
Modo de transmisión
• Define ladirección del flujo
de las señales entre dos
dispositivos enlazados. Modo de transmisión Símplex Semidúplex Full -dúplex Sólo en un sentido Sólo en un sentido a la vez
En los dos sentidos a
la vez
Redes de ordenadores
39
Clases de Redes de Ordenadores
•Redes de Área Local(LAN
). Conecta enlaces en
una única oficina, edificio o
campus (Ethernet , Token Ring , etc.). •
Redes de Área Metropolitana
(MAN). El ámbito
es el de una ciudad entera (
tv
por cable, por
ejemplo).
•
Redes de Área Extensa
(WAN). Transmisión a
larga distancia de datos, voz e imágenes (un país, un continente o alcance global).
Redes de ordenadores
40
Interconexión de redes
•
Cualesquiera dos o más redes
interconectadas es una
internet
.
•
No confundir con
Internet
(la red de redes
Redes de ordenadores
41
Protocolos
•
Un protocolo es un conjunto de convenios que gobiernan el intercambio de datos entre dos entidades, incluyendo: –
Sintaxis.
Formato de los datos y niveles de señal.
–
Semántica.
Control para la coordinación y el
manejo de errores. – Temporización . Sincronización de velocidades y secuenciación. Redes de ordenadores 42
Interconexión de sistemas
abiertos (OSI)
•
Es un estándar ISO que cubre todos los
aspectos de comunicación.
•
El objetivo de OSI es servir como
marco
de referencia para el desarrollo de
protocolos estándares.
•
OSI no es un protocolo es un modelo para
comprender y diseñar arquitecturas de
redes.
Redes de ordenadores
43
El modelo OSI
Aplicación Presentación Sesión Transporte
Red Enlace Físico Red Enlace Físico Enlace Enlace Enlace Físico Nodo intermedio
Aplicación Presentación Sesión Transporte
Red Enlace Físico Comunicación Física Comunicación Física Redes de ordenadores 44
Nivel Físico
•
Transmite los bits sobre el medio físico.
•
Proporciona las especificaciones mecánicas
y eléctricas.
•
Sus responsabilidades:
–Redes de ordenadores
45
Nivel de Enlace
•
Transforma el nivel físico en un enlace
fiable nodo a nodo.
•
El nivel físico aparece ante el nivel de red
como un medio libre de errores.
•
Sus responsabilidades:
–División en tramas, direccionamiento físico, control de flujo, control de errores, control de acceso al medio.
Redes de ordenadores
46
Nivel de Red
•
Responsable de la entrega de un paquete
desde el origen al destino, a través de
múltiples enlaces (conexión entre redes).
•
Sus responsabilidades:
– Direccionamiento lógico . Cobra sentido en la interconexión de redes. – Encaminamiento. En interconexión de redeslos dispositivos de interconexión, o pasarelas, encaminan los paquetes a su destino final.
Redes de ordenadores 47
Nivel de Transporte
• Es responsable de la entrega origen a destino(extremo a extremo) de todo el mensaje de forma fiable con recuperación de errores.
•
El nivel de red entrega paquetes separados, el de transporte entrega
todo el mensaje.
•
Sus responsabilidades: –
Direccionamiento en punto de servicio, segmentación y reensamblado, control de conexión, control de flujo extremo a extremo, control de errores extremo a extremo.
Redes de ordenadores
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Nivel de Sesión
•
Es el controlador de diálogo en la red.
•
Establece, gestiona y termina sesiones.
•
Sus responsabilidades:
–Control de diálogo.
P.Ej. Un terminal
conectado a un servidor en modo
semiduplex
.
–
Sincronización.
Un proceso establece puntos
de prueba (
checkpoints
Redes de ordenadores
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Nivel de Presentación
•
Relacionado con la sintaxis y la semántica
de la información intercambiada entre dos
sistemas.
•
Responsable de la interoperabilidad entre
formatos de representación de la
información.
•
Sus responsabilidades:
–Traducción, cifrado y compresión.
Redes de ordenadores
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Nivel de Aplicación
•
Permite al usuario (humanos y software)
acceder a los recursos de red.
•
Proporciona:
–Terminal virtual de red.
–
Transferencia, acceso y gestión de archivos.
– Servicios de correo. – Servicios de directorio. Redes de ordenadores 51
Arquitectura TCP/IP y OSI
Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Físico
Aplicación SMTP FTP TELNET DNS SNMP NFS HTTP
Protocolos definidos por las redes subyacentes
UDP IP ICMP IGMP ARP RARP TCP Redes de ordenadores 52
Bibliografía
•“Introducción a la informática”. Alberto Prieto Espinosa, Antonio Lloris Ruiz, Juan Carlos Torres Cantero. MacGraw Hill. 2002.
•
“Transmisión de datos y redes de comunicaciones”. Behrouz A. Forouzan. MacGraw
-Hill, 2002.
•