Sociedad de la información

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1 UPC-DAC/FIB-STD Jordi Torres; v1.0-02/04

1.1 Escenario de la asignatura – Visión global

– Internet y TCP/IP

– Acceso a Internet (LAN y WAN) 1.2 Herramientas de monitorización 1.3 Repaso

– Ethernet – Punto-a-punto

1ª sesión de clase de

laborotario 1ª clase de

teoría

Tema 1: Introducció

transparencias basadas en http://people.ac.upc.es/joseb/

STD-José M. Barceló

Sociedad de la información

Source: www.telefonica.es/sociedaddelainformacion

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Las redes

• Las redes se han convertido en una parte fundamental de las comunicaciones en los sistemas de información

– Objetivos?

– Necesidades?

– Solución?

Las redes

– Objetivos:

• Intercambiar información entre computadoras que esten situadas en cualquier entorno informático

– Distinto Sistema Operativo (Windows NT, UNIX, ...) – Distintas tecnología de red (LAN y WAN)

– Aplicaciones variadas (acceso remoto, email., news, ...)

– Necesidades:

• Encapsular la información en un formato “fácil” de manipular

• Entregar la información con ciertos parámetros de calidad (QoS: Quality of Service)

– Gestionar errores, retardos, información prioritaria, ...

• Identificar la computadora remota en el conjunto de computadoras

• Identificar la aplicación en el conjunto de aplicaciones

• Llegar a la computadora remota (routing y forwarding) – Solución

• Pila de protocolos TCP/IP: cubre todas estas necesidades

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¿Internet?

• “Internet is a modern distributed communications medium”

• “The global Internet consists of tens of thousands of autonomous but interconnected networks run by ISP’s, individual companies, universities, Governments, etc.”

• Debido a su estructura, en internet centenares de organizaciones y compañias diferentes toman

decisiones relacionadas con el desarrollo de internet.

• Internet resources– ICANN, Regional Internet Registries

• Internet standards– IETF, W3C, IEEE

• Internet infrastructure– Root server operators

Internet y organismos de std.

IRTF

IESG IANA IANA

RFC

area area area

Internet Society

IAB

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¿Cómo surgieron los protocolos TCP/IP?

• En 1957 la URSS lanza el Sputnik 1.

• En 1958 los EE. UU. crean el DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).

• En 1969 se crea ARPANET, una WAN experimental que usa Conmutación de Paquetes. En Francia se pone en marcha la red CYCLADES.

¿Cómo surgieron los protocolos TCP/IP?

• A mediados de los años ‘70 se diseñan los protocolos TCP/IP para interconectar redes heterogéneas (ARPANET y ARPA Packet Radio Network).

(Cerf y Kahn, “A Protocol for Packet Network

Intercommunication”, IEEE Transactions on Communications, 1974).

• En 1977 se realizan las primeras pruebas con TCP/IP

• Principios 80s estandarización (RFCs) de los protocolos TCP, IP

• Principio de los 90s, introducción de los navegadores (CERN)

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La arquitectura de protocolos TCP/IP

• Las principales restricciones de diseño eran las siguientes:

1. La comunicación debería mantenerse aun en el caso de que parte de la internet estuviera dañada (¡Guerra fría!) 2. Debería soportar diferentes tipo de servicio (Fiable y no

fiable)

3. Debería adaptarse a diferentes redes ya existentes previamente

(ref. D. D. Clark, “The Design Philosophy of the DARPA Internet Protocols”, SIGCOMM’88)

La arquitectura de protocolos TCP/IP

• Principales requisitos en el diseño de la pila TCP/IP

– Robusta: la conectividad debe continuar a pesar de que fallen redes y routers

– Heterogeneidad (servicios): debe soportar multiples tipos de servicios de comunicaciones

– Heterogeneidad (Redes): su arquitectura debe acomodar gran cantidad de redes

– Coste: barata

– Fácil de conectarse: debe permitir que los hots se conecten fácilmente

– Contabilidad: los recursos deben ser contables

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La arquitectura de protocolos TCP/IP

• Principales decisiones en el diseño original de la pila TCP/IP

– Si algún punto de la red falla debe ser capaz de seguir funcionando

– Uso de comunicaciones fiables y no fiables a nivel de transporte:

• TCP: detección y control de errores y control de flujo y de la congestión extremo a extremo (para aplicaciones de datos)

• UDP: sólo detección de errores extremo a extremo (para aplicaciones en tiempo real como son audio y vídeo)

– Multiplexación/demultiplexación de aplicaciones en transporte (concepto de puertos como identificador de las aplicaciones)

– Uso de sistemas no orientados a la conexión dentro de la red (en los routers): IP es datagrama

– Definición de un esquema de direcciones jerárquico (@IP)

Arquitectura de Internet

• “layering principle”: usar un sistema de niveles que facilite las tareas de comunicación Æ dividir las tareas en subtareas

• “end-to-end principle” Æ

– la responsabilidad de las comunicaciones está en los sistemas finales (TCP)

– Soft state Æ no mantener información dentro de la red

• IP es no orientado a conexión

• En telefonia los routers mantienen información

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Arquitectura de Internet

– “the goal is connectivity, the tool is the Internet protocol, and the intelligence is end-to-end rather than hidden in the network” (B. Carpenter in “RFC 1958”)

– “network architecture is a set of high-level design principles that guides the technical design of a network, especially the engineering of its protocols and algorithms” (B. Braden, D.

Clark, ...) Æ

– “operations inside the network depends as little as possible on persistent parameter settings withing the network”

(CSTB)

– “Soft states should be maintained only in endpoints, in such a way that the state can only be destroyed when the endpoint itself breaks” (B. Carpenter)

• “Fate-sharing” defined by D. Clark – Packet-switched network

– Control of the network is fully distributed and descentraliced – Main job of IP: transmit packets as efficient and flexible as

possible

Estructura de internet

• Internet = red de redes: un paquete pasa a través de varias redes

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP local

local ISP ISP

local ISP

local

ISP Tier 3 ISP

local ISP

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Números en internet

• Números en Internet:

– Número de hosts conectados: 100.000.000 – Número de redes: 120.000

– Número de AS’s: 10.000

– Tecnologías de red: muy variadas

• Cableadas (wired)

• No cableadas (wireless)

• Satélite

– Anchos de banda: rango de kbps a Gbps – Rango de aplicaciones: voz, vídeo y datos

Modelo de referencia OSI

• Años 80

– El aumento del número de redes y su tamaño, que empleaban especificaciones diferentes, hacían las comunicaciones difíciles.

– En 1984 la Organización Internacional de Normalización (ISO) lanzo el modelo OSI

– La intención era definir una arquitectura de red y

un conjunto de protocolos que fueran utilizados de

forma extensiva en la comunicación de datos.

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Modelo de referencia OSI

• El modelo OSI describe como se desplaza la información desde los programas de aplicación de distintos ordenadores en un medio de la red.

• Cada capa utiliza su propio protocolo de capa para comunicarse con su capa de igual del otro sistema.

Modelo de referencia OSI

• Modelo de ref. OSI (Open System Interconection)

– Modelo universal que permite definir una red genérica – 7 niveles (A-P-S-T-R-E-F)

1 2 3 4 5 6 7

Transmisión de bits Físico

Acceso al medio, entramado Enlace

Direcciones lógicas y encaminamiento Red

Conexión extremo a extremo Transporte

Diálogo entre sesiones (clientes) Sesión

Representación de datos, voz, vídeo, imág.

Presentación

Relaciona aplic. de computador con aplic.

de red Aplicación

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Modelo de referencia OSI

(c) http://people.ac.upc.es/jsunyol

Modelo de referencia OSI

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Modelo de referencia OSI

• Algunos Problemas de OSI

(M. Rose, "the Open Book") – Problemas de implementación y eficiencia

– La estructura de las capas de aplicación es demasiado compleja pues está orientada a resolver de forma general problemas que no siempre se presentan

– El proceso de estandarización fue demasiado largo. Cuando todavía se trabajaba en la definición de OSI, existían

implementaciones completas y gratuitas de TCP/IP (ej: UNIX BSD) y aplicaciones (e-mail, telnet, ftp, ...)

Arquitectura TCP/IP

• Arquitectura de protocolos comerciales (e.g.

TCP/IP)

– 5 niveles (nivel de aplicación engloba los niveles de 5,6 y 7 OSI)

– Protocolos comerciales que se extendieron rápidamente – Define dos protocolos de transporte

• TCP (Transmission Control Protocol): es un protocolo de transporte fiable (pide retransmisiones) y que efectúa control de flujo y de la congestión

• UDP (User Datagram Protocol): es un protocolo no fiable (no se retransmite la información)

– Define un protocolo de Interconexión

• IP (Internet Protocol): se ocupa de dar un espacio de direcciones lógicas (jeráquicas)

– Define protocolos asociados:

• Encaminamiento (RIP, OSPF ...), mapeo de direcciones lógicas en físicas (ARP), control de errores (ICMP), ....

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Arquitectura TCP/IP

• Arquitectura TCP/IP vs OSI

(c) http://people.ac.upc.es/jsunyol

Arquitectura TCP/IP

Computador A

Red

Interficie de red

Computador B

Router Aplicación

Transporte

Red Interficie de red

Proceso Proceso

TCP UDP

ICMP IP

ARP Driver

RARP

Aplicación

Transporte

Red Interficie de red

Red Red

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Arquitectura TCP/IP

• Arquitectura de protocolos comerciales (e.g.

TCP/IP)

– Define en aplicación

• Usa APIs (Aplication Protocol Interface): conjunto de llamadas al sistema que dependen del SO y que permiten programar clientes y servidores sobre un protocolo de transporte (TCP o UDP)

• Crean una tubería de comunicaciones extremo a extremo (“socket” en UNIX) a nivel de transporte (tubería o

“socket” TCP o UDP)

• Cada aplicación de red tiene un número asociado llamado puerto que permite al protocolo de transporte identificala. E.g. ftp=20, telnet=23, http=80 ....

Arquitectura TCP/IP

Tarjeta ethernet TCP/UPD

IP Driver Sistema

Operativo

Aplicación (FTP, Telnet, etc.) APIs (e.g. Socket)

Usuario

Red ethernet

Cabez.

Ether. Cabez.

IP Cabez.

TCP Datos

aplicación Cabez.

IP Cabez.

TCP Datos

aplicación Cabez.

TCP Datos

aplicación Buffer

Rx read()

Buffer Tx write() TCP

aplicación

IP

driver

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Terminología

• Dispositivos/elementos en Redes

– Nivel Físico (1):

• Hubs Ethernet (LANs), MAUs Token Ring (LANs)

• Multiplexores, modems, conmutadores de circuitos (WANs) – Nivel Enlace (2):

• Tarjetas de red Ethernet

• Switches Ethernet y Token Ring (LANs)

• Switches de conmutación de paquetes Frame Relay o ATM (WANs)

– Nivel Red (3):

• Routers

– Nivel Transporte (4):

• No suele haber dispositivos de nivel 4 (transporte implementado en terminales: clientes y servidores junto al nivel de aplicación)

– Nivel Aplicación(7):

• Terminales (clientes y servidores)

• Gateways de aplicación

Acceso a Internet

ISP

ISP ISP Modem ISP

LAN Backbone

operadora telecomucaciones

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Acceso a internet

– Usuarios disponen de un terminal

• Conectado a una LAN

• Conectado a una WAN mediante un modem (convencional, ADSL, ISDN, ...)

– Las LANs están conectadas a una WAN – Dos posibilidades:

• La conexión a la WAN es para conectarse a un ISP (Internet Service Provider) que te proporciona una dirección IP (caso de modems y algunas LANs). El ISP te proporciona un router de salida para comunicarte con el exterior

• La propia LAN es un ISP que te proporciona la @IP y dispone de un router de salida que gestiona la salida al exterior (routing)

Acceso a internet

• Acceso desde una LAN

Hub

10BaseT Switch Router WAN Frame Relay

10BaseT Router

Cliente

A T R E

F F

E F

R E F

E F

R E F

Enlace: Encapsulamiento Ethernet

Red: Encapsulamiento IP Red: Encapsulamiento IP Enlace: Encapsulamiento

Frame Relay

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Acceso a internet

• Acceso desde un modem

Router WAN Frame Relay Router Cliente

A T R E

F F

R E F

E F

R E F

Enlace: Encapsulamiento PPP

Red: Encapsulamiento IP Red: Encapsulamiento IP

Enlace: Encapsulamiento Frame Relay Modem

F F

WAN conm. circuitos

• Herramientas de monitorización

– Se encargan de capturar tramas de nivel 2, paquetes de nivel 3 o segmentos de nivel 4 y analizan su contenido

– E.g. En UNIX tenemos tcpdump

– Ejemplo uso de “tcpdump” (hay que ser root)

tcpdump [ -adeflnNOpqStvx ] [ -c count ] [ -F file ] [ -i interface ] [ -r file ] [ -s snaplen ] [ -T type ] [ -w file ] [ expression ]

1.2 Monitorització

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Herramientas de monitorización

• Formato de salida de “tcpdump”

fecha src > dst: flags data-sqno ack window urgent options

¾ fecha nos da la hora en que se produjo el evento en formato hora:minutos:segundos.

microsegundos (o milisegundos dependiendo de la resolución del reloj)

¾ src y dst son las direcciones IP y puertos TCP/UDP de las conexiones fuente y destino

¾ flags son una combinación de los posibles flgas de un segmento/datagrama TCP/UDP: S (SYN), F (FIN), P (PUSH), R (RST) y ‘.’ (no flags)

¾ data-sqno describe el número de secuencia de la porción de datos TCP

¾ ack es el número de secuencia del próximo byte que espera recibir el otro extremo TCP/UDP

¾ window es el tamaño de la ventana que advierte el receptor al transmisor

¾ urgent indica que hay datos urgentes en ese segmento/datagrama

¾ options son las opciones TCP que suelen estar entre corchetes del tipo < >, por ejemplo el tamaño máximo del segmento (e.g. <mss 1024>)

Herramientas de monitorización

• Ejemplo de una salida tcpdump (hay que ser root)

prompt% tcpdump –i eth0 dst host aucanada

15:58:42.484200 rogent.ac.upc.es.46445 > aucanada.ac.upc.es.telnet: . 0:0(0) ack 82 win 8760 (DF)

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Herramientas de monitorización

• Ejemplo de una salida tcpdump

prompt% tcpdump –i eth0 –x –s64 dst host aucanada

4500 0028 af64 4000 fe06 64a5 9353 1f07 9353 2318 b56d 0017 c0b2 4aad e287 8721 5010 2238 fa48 0000 5555 5555 5555 8608 ecf6 ffbf f22f 0b08 a875 8508 903e 5108

4500 0028 af65 4000 fe06 64a4 9353 1f07 9353 2318 b56d 0017 c0b2 4aad e287 8816 5010 2238 f953 0000 5555 5555 5555 8608 ecf6 ffbf f22f 0b08 a875 8508 903e 5108

Herramientas de monitorización

• Otros monitorizadores de red (para Windows) – Los hay privados (hay que pagar)

– Los hay públicos (cargar de Internet)

• Windump (versión MSDOS del tcpdump)

• Ethereal (Windows)

• Analyser (University of Torino)

• Hay páginas de Internet donde podeis encontrar gran cantidad de herraminentas de monitorización de redes que podeis instalaros para capturar paquetes de red

• http://www.slac.stanford.edu/xorg/nmtf/nmtf-tools.html

• Hay decenas de links ha herramientas de monitorización de redes