Índice general. TEMA 1 Introducción. Ejemplos de redes. Red de comunicaciones

(1)

Arquitectura de Redes, Sistemas y Servicios

IT Telemática

Y. Dimitriadis, F. Simmross

Curso 2008-2009

E.T.S. de Ingenieros de Telecomunicación

Universidad de Valladolid

TEMA 1

Introducción

ARSSITT Curso 08/09 TEMA 1 (2/68)

Índice general

Redes de comunicaciones

Concepto de protocolo

Capas de protocolos

Servicios en el modelo de capas

Modelo de referencia OSI

Arquitectura de protocolos TCP/IP

Comparación entre OSI y TCP/IP

Historia y organización de Internet

Red de comunicaciones

Definición:

–

Conjunto de nodos interconectados mediante enlaces

que facilita el transporte de información entre puntos

geográficamente distantes

Tipos de nodos:

–

Nodos terminales

Dispositivos que generan o utilizan la información

–

Nodos de comunicación

Dispositivos que retransmiten la información transportada

Ejemplos de redes

Cable coaxial, fibra óptica, radioenlaces, Radioenlaces, cable

coaxial Par trenzado, fibra

óptica Enlaces Encaminadores, puentes, concentradores, ... Repetidores, antenas Centrales de conmutación Nodos de comunicación Ordenadores, impresoras, ... Centros de transmisión, televisores Teléfonos Nodos terminales

Datos (voz, imágenes, texto...) Imágenes de TV Voz Información Red de ordenadores Red de difusión de TV Red de telefonía clásica

(2)

Tipos de redes (I)

Según la tecnología de transmisión

–

Redes de difusión

(broadcast)

Varios nodos comparten el mismo enlace

– La información enviada por un nodo llega a todos los nodos que

comparten el medio

Ej: La señal de televisión enviada por un repetidor llega a

múltiples antenas

–

Redes punto a punto (

point-to-point

)

Dos nodos comparten el mismo enlace

– La información enviada por un nodo sólo llega al otro nodo que

comparte el enlace

Ej: La señal de voz enviada por una central telefónica llega

sólo a otra central telefónica

Tipos de redes (II)

Según la disposición de los enlaces (topología)

–

Regular

–

Irregular

Estrella Anillo Malla

Árbol

Tipos de redes (III)

Según la cobertura geográfica

–

Redes de área local (LAN)

Cubren distancias reducidas (un conjunto de edificios

cercanos como máximo)

Ej: Red de ordenadores de la ETSIT

–

Redes de área metropolitana (MAN)

Cubren distancias medias (una ciudad como máximo) Ej: Red de televisión por cable en Valladolid

–

Redes de área amplia (WAN)

Cubren distancias grandes (regiones, países o continentes) Ej: Red de Telefónica

Tipos de redes (IV)

Según el modo en el que se transporta la

información

–

Conmutación de circuitos

Se preestablece un camino de comunicación entre el origen y

el destino

Todos los datos siguen el mismo camino Ej: red de telefonía

–

Conmutación de paquetes

Los datos se dividen en trozos llamados paquetes Cada paquete puede seguir un camino distinto Ej: redes de ordenador

(3)

Interconexi

ó

n de redes

interred (

internetwork

o

internet

)

–

Conjunto de redes interconectadas mediante distintos

dispositivos de conexi

ó

n

–

El t

é

rmino

internet

no ha de ser confundido con el

t

é

rmino Internet

Índice general

Redes de comunicaciones

Concepto de protocolo

Capas de protocolos

Servicios en el modelo de capas

Modelo de referencia OSI

Arquitectura de protocolos TCP/IP

Comparación entre OSI y TCP/IP

Historia y organización de Internet

Necesidad de protocolos (I)

Para comunicar dos nodos terminales

– ¿Basta con “enchufar” los nodos a la red?

Red

B

A

¡NO!

Necesidad de protocolos (II)

Además del cable hace falta

–

que A dialogue con la red

“quiero comunicarme con B”

–

que la red dialogue con B

“A quiere comunicarse contigo”

–

que A dialogue con B

“mi mensaje es <<me gusta la telemática>>”

–

...

(4)

¿Qué es un protocolo?

Conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de

datos entre nodos

– Reglas semánticas Qué se dice – Reglas sintácticas Cómo se dice – Reglas de temporización Cuándo se dice

Ejemplo de protocolo social: saludo entre personas

– Qué se dice: voy a empezar a hablar contigo – Cómo se dice: “hola”

– Cuándo se dice: antes de comenzar la conversación

Tipos de protocolos (I)

Según el grado de aceptación

–

No estándar: minoritariamente aceptados

–

Estándar: ampliamente aceptados

De jure (por ley)

– Propuestos por autoridades (gobiernos, organismos de

estandarización, etc)

De facto (de hecho)

– Concebidos como no estándar

– Su amplio uso los convierte en estándar

Tipos de protocolos (II)

Según la cantidad de funciones de comunicación

empleadas por una aplicación que implementan

–

Monolíticos

Implementan todas las funciones de comunicación Difícilmente reutilizables en nuevas aplicaciones

–

Estructurados

Implementan una parte de las funciones de comunicación Se combinan para ofrecer el total de funciones

– Típicamente se organizan por capas

Fácilmente reutilizables en nuevas aplicaciones

Índice general

Redes de comunicaciones

Concepto de protocolo

Capas de protocolos

Servicios en el modelo de capas

Modelo de referencia OSI

Arquitectura de protocolos TCP/IP

Comparación entre OSI y TCP/IP

(5)

Organización de redes por capas

Los extremos de la comunicación se conciben

como una serie de capas apiladas

–

Los problemas de comunicación se distribuyen entre

las distintas capas

Cada capa

–

Utiliza un protocolo para dialogar con su capa par

–

Ofrece servicios a la capa superior

–

Usa los servicios de la capa inferior

Estructura de capas de una red

Ej. de comunicación entre capas

Mecanismo básico de las capas

En el origen de la comunicación

–

Tomar la unidad de datos que ofrece la capa superior

–

Añadir cabecera con información para la capa par

De acuerdo con protocolo empleado entre ambas capas

–

Pasar la nueva unidad de datos al nivel inferior

En el destino de la comunicación

–

Tomar la unidad de datos que ofrece la capa inferior

–

Interpretar información de la cabecera y retirarla

De acuerdo con protocolo empleado

(6)

Ej. de comunicación en una red

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

Índice general

Redes de comunicaciones

Concepto de protocolo

Capas de protocolos

Servicios en el modelo de capas

Modelo de referencia OSI

Arquitectura de protocolos TCP/IP

Comparación entre OSI y TCP/IP

Historia y organización de Internet

Definiciones (I)

Servicio

–

Funcionalidad que ofrece una capa a través de un

conjunto de operaciones que pueden ser invocadas

por la capa superior

SAP: Service Access Point

(Punto de Acceso al

Servicio)

–

Punto desde el que es posible invocar las operaciones

ofrecidas por una capa

–

Cada capa puede tener uno o más SAPs

Cada SAP tiene una dirección asociada

Definiciones (II)

IDU: Interface Data Unit

(Unidad de Datos de

Interfaz)

–

Conjunto de datos que una capa de nivel

n+1

pasa a

la capa de nivel

n

para poder comunicarse con su

capa par de nivel

n+1

–

Incluye:

SDU: Service Data Unit(Unidad de Datos de Servicio) – Conjunto de datos que deben ser transmitidos a la capa par de

nivel n+1

ICI: Interface Control Information(Información de Control de

Interfaz)

– Información necesaria para que la capa de nivel n pueda hacer

(7)

Definiciones (III)

PDU: Protocol Data Unit

(Unidad de Datos de

Protocolo)

–

Conjunto de datos que una capa de nivel

n

envía a su

capa par

–

Incluye:

SDU: Datos que deben ser pasados a la capa de nivel n+1 Cabecera: Información para la capa par de nivel n+1sobre

cómo debe manejarse la SDU

Relación entre capas

Tipos de servicio (I)

¿Es necesaria conexión previa?

–

Orientados a conexión

El usuario establece la conexión, envía los datos y libera la

conexión

Ej: el servicio de telefonía

–

No orientados a conexión

El usuario envía los datos sin establecer una conexión previa Ej: el servicio de correos

Tipos de servicio (II)

¿Se confirman las comunicaciones?

–

Confirmado

Por cada mensaje enviado, el usuario recibe una confirmación

que indica si el mensaje ha llegado (o no) correctamente

Ej: el servicio burofax

–

No confirmado

El usuario no recibe confirmaciones de los mensajes enviados Ej: el servicio de correos

(8)

Tipos de servicio (III)

¿Se pierden datos?

–

Fiables

Los datos de la comunicación no se pierden Ej: el servicio burofax

–

No fiables

Los datos de la comunicación pueden perderse Ej: el servicio de telefonía móvil

Los servicios fiables suelen implementarse como

servicios confirmados

Tipos de servicio (IV)

¿Se entregan los datos ordenados?

–

Garantiza el orden

Los datos se entregan al destinatario en el mismo orden en

que fueron entregados por el remitente

Ej: el servicio de fax

–

No garantiza el orden

Los datos pueden ser entregados al destinatario en orden

distinto al que fueron entregados por el remitente

Ej: el servicio de correos

Primitivas de servicio

Definición

– Primitiva es una operación básica que es posible invocar sobre la

interfaz de una capa

Tipos de primitivas de servicio

– Petición (request)

Primitiva empleada por el usuario de una capa para solicitar un

servicio de la misma

– Indicación (indication)

Primitiva empleada por una capa para informar a su usuario de un

evento

– Respuesta (response)

Primitiva empleada por el usuario de una capa para responder a un

evento

– Confirmación (confirmation)

Primitiva empleada por una capa para informar a su usuario de que

ha llegado una respuesta

Ejemplo de uso de primitivas (I)

1. CONNECT.request 2. CONNECT.indication 3. CONNECT.response 4. CONNECT.confirm 5. DATA.request 6. DATA.indication 7. DATA.request 8. DATA.indication 9. DISCONNECT.request 10. DISCONNECT.indication Marcar el número El teléfono suena Se descuelga Cambio de tono El origen habla El destino escucha El destino habla El origen escucha El origen cuelga Cambio de tono

(9)

Ejemplo de uso de primitivas (II)

Ejemplo 2: comunicación a través de un servicio

orientado a conexión

1. CONNECT.request 2. CONNECT.indication 3. CONNECT.response 4. CONNECT.confirm 5. DATA.request 6. DATA.indication 7. DISCONNECT.request 8. DISCONNECT.indication

Índice general

Redes de comunicaciones

Concepto de protocolo

Capas de protocolos

Servicios en el modelo de capas

Modelo de referencia OSI

Arquitectura de protocolos TCP/IP

Comparación entre OSI y TCP/IP

Historia y organización de Internet

Modelo de referencia OSI (I)

Modelo de referencia para la interconexión de sistemas

abiertos (OSI -

Open Systems Interconnection

)

– Modelo para el diseño de redes de ordenadores concebido para

facilitar la interoperabilidad entre equipos de distintos fabricantes

– Propuesto en 1984 por la ISO (International Standarization

Organization)

Define

– El número de capas – Las funciones de cada capa

No define los protocolos de cada capa

– Se proponen posteriormente

(10)

Capa física

Función

– Transmitir bits por un enlace

Aspectos

– Definición de las propiedades físicas de la interfaz y del medio de

transmisión

Ej: número de patillas (pins) que debe tener la interfaz – Especificación de cómo se representan los bits

Ej: niveles de tensión empleados

– Especificación de la función que realiza cada uno de los circuitos

de la interfaz

Ej: qué número de patilla recibe la señal de tierra

– Especificación de la secuencia de eventos que se dan en el

intercambio de datos con el medio físico

Ej: activar patilla de “señal recibida” cuando empiezan a llegar datos

Capa de enlace de datos

Función

– Realizar un transporte de datos libre de errores salto a salto

(entre dos nodos unidos por un enlace)

Aspectos

– Delimitación de tramas (PDUs de nivel de enlace) Cómo se sabe cuándo empieza y cuándo acaba una trama – Control de errores

Cómo se detectan y se corrigen los errores en la comunicación – Control de flujo

Cómo se evita que el transmisor desborde al receptor

– Control de acceso al medio (cuando el medio es compartido) Cómo se sabe cuándo el medio está libre para transmitir

Capa de red

Función

– Realizar un transporte de datos de extremo a extremo (entre dos

nodos terminales)

– Independizar a las capas superiores de la tecnología de

transmisión y conmutación subyacente

Aspectos

– Encaminamiento de paquetes (PDUs de nivel de red)

Qué camino deben seguir los paquetes para llegar a su destino – Control de congestión

Cómo se evita que una red se sature por exceso de tráfico – Fragmentación

Adaptación al tamaño máximo de trama admitido por cada tipo de

red

– Tarificación

Recuento de datos enviados por cada usuario

Capa de transporte

Función

– Realizar un transporte de datos libre de errores de extremo a

extremo

Aspectos

– Control de errores extremo a extremo – Control de flujo extremo a extremo – Fragmentación

Los datos se pueden dividir en partes que son enviadas por distintas

conexiones de red para ofrecer un servicio de transporte más rápido

– Multiplexación

Cómo se utiliza una misma conexión de red para enviar los datos de

(11)

Capa de sesión

Función

– Gestionar el diálogo entre los extremos a través de la capa

transporte

Aspectos

– Gestión de testigo

Qué extremo de la comunicación puede enviar datos en cada

momento

– Recuperación

Cómo es posible continuar una transmisión de datos cuando una

conexión ha fallado

Capa de presentación

Función

– Permitir la comunicación entre extremos que usen

representaciones de datos diferentes

Ej: un dato de tipo int puede ocupar 2 Bytes en un tipo de máquina

y 4 en otro

Aspectos

– Formato de datos común

Cuál es el formato de datos que se usa en la comunicación con la

capa par

– Transformación

Cómo se convierten los datos de la capa superior al formato de

datos común y viceversa

Capa de aplicación

Función

– Gestionar el intercambio de datos de aplicaciones distribuidas

concretas

Ejemplos

– Correo electrónico

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – Web

HTTP (Hypertext Trasnfer Protocol) – Transferencia de ficheros

FTP (File Transfer Protocol) – Terminal virtual

Telnet

(12)

Data

AH

PH

SH

NH

TH

DH

DT

Encapsulado en el modelo OSI (II)

Unidad de datos transmitida por la capa f

í

sica

Índice general

Redes de comunicaciones

Concepto de protocolo

Capas de protocolos

Servicios en el modelo de capas

Modelo de referencia OSI

Arquitectura de protocolos TCP/IP

Comparación entre OSI y TCP/IP

Historia y organización de Internet

Arquitectura TCP/IP (I)

Conjunto de protocolos para la comunicación entre

máquinas de distintas redes

– Su desarrollo comenzó a finales de los 60 con financiación del

Departamento de Defensa de los EEUU

– Desarrollado principalmente por universidades y compañías

Define

– Un modelo de comunicación estructurado de 5 capas – Los protocolos de cada capa

Es la arquitectura comercialmente dominante desde los

años 90

– Se ha convertido en estándar de facto

(13)

Capas de la arquitectura TCP/IP (I)

Capa física

– Proporciona un servicio de transporte de bitsa través de un

enlace

– Puede implementarse con múltiples tecnologías

Capa de acceso a la red

– Proporciona un servicio de envío de datos a través de un enlace – Puede implementarse con múltiples protocolos

– También denominada capa de interfaz de red (network interface)

Capa de

internet

– Proporciona un servicio de transporte de datos de extremo a

extremo

No orientado a conexión No fiable

No garantiza el orden

– Utiliza el protocolo IP (Internet Protocol)

Capas de la arquitectura TCP/IP (II)

Capa de transporte

– Proporciona un servicio de transporte de datos extremo a extemo – Utiliza dos protocolos:

TCP (Transport Control Protocol)

– Orientado a conexión – Fiable

– Entrega de datos en orden

UDP (User Datagram Protocol)

– No orientado a conexión – No fiable

– No garantiza el orden

Capa de aplicación

– Proporciona un servicio de comunicación entre procesos o

aplicaciones de ordenadores separados

– Utiliza todo tipo de protocolos de aplicación: HTTP, FTP, ...

Índice general

Redes de comunicaciones

Concepto de protocolo

Capas de protocolos

Servicios en el modelo de capas

Modelo de referencia OSI

Arquitectura de protocolos TCP/IP

Comparación entre OSI y TCP/IP

Historia y organización de Internet

Similitudes entre OSI y TCP/IP

Basados en pilas de protocolos

Dos grupos de capas

–

Independientes de tecnología

Transporte y superiores

–

Dependientes de tecnología

Enlace e inferiores

(14)

Diferencias entre OSI y TCP/IP

Número de capas

–

7 en OSI, 5 en TCP/IP

TCP/IP define los protocolos de cada capa, pero

no OSI

Tipos de servicio ofrecidos por las capas de red y

transporte

CO/CL

CO

Transporte

CL

CO/CL

Red

TCP/IP

OSI

Críticas a OSI y TCP/IP

OSI

– Se tardó mucho en desarrollar la especificación

Cuando se terminó, los protocolos TCP/IP ya estaban en el mercado – Capas descompensadas

Pocas funciones asociadas a presentación y transporte – Especificación muy compleja

Dio lugar a implementaciones muy costosas y lentas

TCP/IP

– No distingue claramente los conceptos de servicio, interfaz y

protocolo

Dificulta el desarrollo de nuevos protocolos – Capas descompensadas

Demasiadas funciones asociadas a la capa de enlace – Algunos protocolos están mal implementados

Se desarrollaron y distribuyeron rápidamente: difícil reemplazo

Comparación entre OSI y TCP/IP

Con éxito

Sin éxito

Protocolos

Malo

Bueno

Modelo

TCP/IP

OSI

(15)

Índice general

Redes de comunicaciones

Concepto de protocolo

Capas de protocolos

Servicios en el modelo de capas

Modelo de referencia OSI

Arquitectura de protocolos TCP/IP

Comparación entre OSI y TCP/IP

Historia y organización de Internet

Contexto histórico

En 1957 la URSS lanza el satélite Sputnik I y II

– Considerado una muestra de la supremacía científica soviética

En 1958 el DoD (

Department of Defense

) de los EEUU

decide crear ARPA (

Advanced Research Projects Agency

)

– Su objetivo es financiar proyectos de investigación de tecnología

con usos militares

En 1961 un grupo de ultraderecha de EEUU vuela tres

torres de comunicaciones en Utah

– El DoD se da cuenta de que las redes de comunicación

disponibles podrían ser fácilmente destruidas en caso de guerra

El DoD encarga a RAND Corp un estudio de alternativas

– En 1962 entrega un informe en el que aparecen las primeras

ideas de conmutación de paquetes

ARPANET

En 1967 se decide crear ARPANET

– Es una red de investigación, no una red militar – Es financiada por los militares

– Basada en las ideas del informe de RAND Corp

La red es diseñada por la Universidad de Stanford

– Formada por conmutadores de paquetes llamados IMPs

(Interface Message Processors)

– Un ordenador conectado a cada IMP

Podían usarse para enviar mensajes de hasta 8063 bits – Cada IMP conectado al menos con otros 2 IMPs

En caso de rotura de un enlace, el IMP sigue conectado a la red Enlaces de 56kbps

En 1968 se asigna a BBN (empresa ligada al MIT) el

IMPs

El 1969 se entregan los dos primeros IMPs

(16)

Desarrollo de ARPANET

Rápido crecimiento

– 4 nodos en 1969: UCLA, SRI, UCSB y Utah

– Más de 8 nodos en 1970 incluyendo algunos de la costa Este – Más de 15 nodos en 1971

– Más de 34 en 1972 – Más de 200 en 1983

En 1972 se hace una demostración pública

– Un camión en California enviaba paquetes por un radioenlace al

SRI, que los reenviaba a la costa este a través de ARPANET y desde ahí se enviaban por satélite al University Collegede Londres