Redes de Computadores Introducción a las Redes

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Redes de Computadores

“Introducci´on a las Redes”

Raquel Pezoa Rivera

Redes de Computadores Departamento de Inform´atica Universidad T´ecnica Federico Santa Mar´ıa

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1 _{Introducci´on}

2 Requerimientos de una Red 3 Conectividad

4 _{Canales Abstractos} 5 Arquitecturas de Redes 6 Arquitectura OSI

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Red de Computadores

¿Qu´e es una Red de Computadores?

Sistema de comunicaci´on entre computadores.

Conjunto de computadores aut´onomos conectados por enlaces de comunicaci´on.

Se caracteriza por su generalidad. No est´a optimizada para ninguna aplicaci´on en particular.

Algunas aplicaciones:

Aplicaciones cliente/servidor, Acceso a informaci´on remota (ftp), entretenimiento, comercio electr´onico

video conferencia, www, . . .

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Crecimiento

Fecha No_Usuarios _{% Poblaci´on Mundial}

Diciembre, 1995 16 millions 0.4 Diciembre, 1996 36 millions 0.9 Diciembre, 1997 70 millions 1.7 Diciembre, 1998 147 millions 3.6 Diciembre, 1999 248 millions 4.1 March, 2000 304 millions 5.0 . . . .

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Crecimiento

Fecha No_Usuarios _{% Poblaci´on Mundial}

Febrero, 2004 745 millions 11.5 Mayo, 2004 757 millions 11.7 Octubre, 2004 812 millions 12.7 Diciembre, 2004 817 millions 12.7 Marzo, 2005 888 millions 13.9 Junio, 2005 938 millions 14.6 Septiembre, 2005 957 millions 14.9 Noviembre, 2005 972 millions 15.2

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Requerimientos para el Dise˜no de una Red

Diferenes perspectivas:

Programador de Aplicaciones: Requiere servicios que las aplicaciones necesitan, por ejemplo, garantizar que cada

mensaje que se env´ıa en la aplicaci´on sea entregado sin error en un tiempo determinado.

Diseñador de la red: Requiere realizar un diseño costo/efectivo Proveedor de red: Requiere facilidad de administración y aislamiento de fallas.

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Requerimiento de Conectividad

Una Red de Computadores debe proveer conectividades entre computadores. Esto puede ir de unos pocos computadores (razones de privacidad y seguridad) hasta todos los Computadores del mundo.

Escalabilidad: Es la propiedad de una red de crecer hasta un tama˜no arbitrario.

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Conectividad

La conectividad se produce en varios niveles:

Los links pueden ser:

Punto a punto

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Redes de Conexi´on Indirecta

Se produce en las llamadasRedes de Packet Switching.

Switched Network

Existen muchos tipos, pero las m´as comunes: Circuit Switched

Packet Switched

Las unidades de informaci´on que se transmiten por estas redes se denominan paquetes o mensajes.

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Store and Forward

Las Redes Packet switched utilizan t´ecnica de Store & Forward.

Cada nodo recibe un paquete completo a trav´es del link, lo almacena en su memoria interna, y luego lo despacha al siguiente nodo.

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Interconexi´on de Redes: Internetwork

Un conjunto de redes independientes (nubes) se interconectan para formar una internetwork.

Un nodo que est´a conectado a dos o m´as redes se denomina

router o gateway.

En una red, cada nodo tiene una direcci´on, y es a trav´es del

proceso deroutingque se determina sistem´aticamente como

despachar mensajes hacia el nodo destino. Conceptos:

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Definici´on de Red Recursiva

Definici´on de Red

Una Red de Computadores es un conjunto de dos o más nodos autónomos, conectados por un link f´ısico o dos o más Redes conectadas por uno o más nodos. (Computer Networks, A System Approach. Peterson & Davie.)

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Redes seg´un tama˜no

LAN (Local Area Network): Redes que cubren distancias

relativamente cortas, por ejemplo casa, oficina o colegio.

WAN (Wide Area Network): Redes que abarca grandes

distancias, por ejemplo Internet.

MAN (Metrop olitan Area Network): Redes que cubren m´as que

una LAN, pero menos que una WAN, por ejemplo campus universitarios grandes o una ciudad.

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Recursos Compartidos: Multiplexing

Multiplexing

Recurso de un sistema es compartido entre diferentes usuarios.

MUX-DEMUX

M´etodos de multiplexi´on

STDM: Divisi´on del tiempo en quantos iguales (round robin).

FDM: Transmisi´on de datos en diferentes frecuencias.

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Comunicaci´on de Procesos a trav´es de Canales Abstractos

Procesos sobre canales abstractos

Se puede ver la red como una proveedora de canales

abstractos, a trav´es de los cuales los procesos de las aplicaciones pueden comunicarse.

Los canales son como una “tuber´ıa” que conecta dos aplicaciones.

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Canales Abstractos

Existen distintos tipos de aplicaciones sobre las redes. Cada tipo de aplicaci´on, define un determinado canal abstracto en la red. Estos canales est´an manejados por protocolos.

Protocolos de canales abstractos son: Request/Reply

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Request Replay

Se caracterizan por mensajes de consultas cortos y respuestas grandes.

Cada mensaje despachado debe ser recibido, es decir, no se aceptan p´erdidas de paquetes.

El protocolo busca proteger privacidad e integridad Ejemplos de Aplicaciones: ftp, Bibliotecas Digitales, www

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Message Stream

Corresponde a tr´afico HDX o FDX con retardos controlados. En las aplicaciones Message Stream, no es necesario que todos los mensajes sean recibidos

Se debe garantizar el orden de los mensajes

Ejemplo de aplicaciones:Video bajo demanda, NV (Network Video), teleconferencias

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Arquitecturas de Redes

Arquitectura de Redes

La arquitectura de redes corresponde a los principios de diseños, configuraciones f´ısicas, organización de las funcionalidades, procedimientos operacionales y formatos de datos usados como bases de diseño, construcción, modificación y operación de un red de comunicaciones. En s´ıntesis, son los documentos que gu´ıan el diseño e implementación de las redes.

La necesidad de definir una Arquitectura es pasar de sistemas complejos, a unaabstracci´on.

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Capas

Entender, diseñar y construir una red de computadores es una tarea compleja que requiere devidir el problema en tareas más pequeñas.

Tradicionalmente se divide el problema en varias capas. Cada capa es responsible de proveer un servicio a la capa superior utilizando alg´un servicio de la capa inferior

Cada capa se comunica con su capa “par” en otro nodo utilizando unprotocolo.

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Niveles en una Arquitectura de Redes

PROGRAMAS DE APLICACI ´ON CONEXI ´ON PROCESO - PROCESO

CONEXI ´ON HOST - HOST HW

Arquitectura

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Arquitectura de Redes

APLICACIONES

REQUEST REPLAY CHANEL MESSAGE STREAM CHANEL HOST - HOST

HW

En la realidad las arquitecturas son m´as complejas que una secuencia lineal de niveles. A veces un nivel provee m´ultiples abstracciones (por ej. el protocolo RPC: BLAST, CHAN, SELECT).

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Protocolos

Los objetos abstractos a trav´es de las cuales se construyen los distintos niveles se denominan protocolos.

Un protocolo provee un servicio de comunicaci´on que los niveles superiores utilizan para intercambiar mensajes.

La especificaci´on de un protocolo provee las reglas que permite implementtar el protocolo.

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Interfaces de Protocolos

Un protocolo define 2 interfaces diferentes:

Service Interface: en el mismo computador que desea usar los servicios de comunicaci´on. Define las operaciones que los objetos locales pueden hacer sobre el protocolo.

Peer interface: define la forma y el sentido de los mensajes que se intercambian entre las m´aquinas.

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Encapsulaci´on

En cada nivel de protocolo se realiza encapsulaci´on, agregando a los datos un header que permite a su protocolo par, recibir el paquete.

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Est´andares de Arquitecturas

Existen estandarizaciones que fijan marcas para las arquitecturas:

ISO(International Standards Organization)

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Capas ISO OSI

Capa F´ısica

Transmitir BITS sin estructura sobre un enlace de comunicaciones.

Problemas que resuelve:tamaño y forma de conectores, convertir bits en señales eléctricas.

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Capas ISO OSI

Capa de Datos

Transmitir pedazos de informaci´on (FRAMES) a trav´es de un enlace

Problemas que resuelve:Detección de corrupción de datos Coordinación de uso de medios f´ısicos compartidos. Es común que diferentes enlaces de datos implementan diferentes capas de enlace de datos

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Capas ISO OSI

Capa de Datos

Permite que cualquier par de Host en la red se puedan comunicar entre si. (Servicio Host a Host).

La capa de red es responsable de encontrar un camino entre dos host a trav´es de un conjunto de nodos

Problemas que resuelve:C´alculo de ruta, fragmentaci´on y reensamblado de paquetes

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Capas ISO OSI

Capa de Transporte

Establece un canal abstracto Proceso a proceso (MENSAJES).

Problemas que resuelve:Errores que se cometen en la capa de red tales como: P´erdida de paquetes, paquetes duplicados, reordenamiento de paquetes.

Los protocolos de esta capa y de las capas superiores corren en los host y no en los nodos intermedios

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Capas ISO OSI

Capa de Sesi´on

Ofrece servicios sobre un flujo full-duplex confiable

proporcionado por el nivel de transporte. Permite el manejo de potencialmente diferentes flujos de transporte que son parte de una misma aplicaci´on.

Por ejemplo:stream de audio y video que se combinan para una video conferencia, control de di´alogo, chaining (combinar grupos de paquetes o todos o ninguno se despacha).

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Capas ISO OSI

Capa de Presentaci´on

Relacionada con el formato de los datos intercambiados, por ejemplo: XDR ( Big endian- little endian)

N´umero de bits (16, 32, 64)

Capa de Aplicaci´on

FTAM

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Arquitectura Internet

Historia:Arpanet proyectos financiados por ARPA (Advanced Internet Research Projects Agency)

Las aplicaciones son libres para utilizar los protocolos que quieran

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Aspectos Importantes

Filosof´ıa central: cualquiera puede proponer un protocolo, pero se debe entregar:

especificaci´on de protocolo

uno o dos implantaciones representativas

Diferencia entre un protocolo de la capa de aplicaci´on y una aplicaci´on.

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¿C´omo construir una aplicaci´on de red?

El punto de partida es la interfaz que exporta la red. La mayor´ıa de los sistemas operativos implementan los

protocolos de red como parte del n´ucleo, es decir la interfaz que exporta la red es la llamada API (Application Programming Interface).

Si bien cada s.o. es libre para definir sus propias API de red, con el tiempo algunas han sido ampliamente soportadas, como es el caso de los sockets de UNIX.

Con esto se logra portar aplicaciones entre distintos sistemas operativos.

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Sockets en Python

Python provee el m´odulo

socket

# Programa del Servidor

from socket import

∗

#Parametros

host = ” l o c a l h o s t ” p o r t = 21567

buf = 1024

addr = ( host , p o r t )

# Crea e l socket y l o asocia a l a d i r e c c i o n UDPSock = socket ( AF INET ,SOCK DGRAM)

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Sockets en Python . . . continuaci´on

while 1:

data , addr = UDPSock. recvfrom ( buf ) i f not data : p r i n t ” C l i e n t e desconectado ” break else : p r i n t ”

\

n Mensaje r e c i b i d o : ’ ” , data , ” ’ ” # Cerrar socket UDPSock. close ( )

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