Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 1
Curso de
Redes Computadores 1
Tema 1
Introducción a las Redes de
Computadores
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Objetivo
Al finalizar el curso los estudiantes
tendrán un conocimiento básico sobre la
noción de protocolo de comunicación, la
estructura de software/hardware de redes
locales, las funciones principales de las
capas de software en el modelo TCP/IP y
algunos modelos de programación en
redes, en especial el modelo
cliente-servidor.
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Perspectivas
Usuario de la Red
Diseñadores e Instaladores de Red
Administradores de Redes
Proveedores de Servicios (de Red)
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Contenido del Curso
TEMA 1:
Conceptos básicos. Internet. Redes locales, de
área ancha, etc. Protocolos de uso e implementación de
servicios. Estructuración de software de red por capas.
Modelos TCP/IP y OSI. Protocolos basados en
pregunta-respuesta. Servicios de red.
TEMA 2:
Introducción a Internet (redes IP). Identificadores
de máquinas: dirección “física” y dirección IP. Espacio de
direcciones IP: dominios y máquinas. Nombres nemónicos:
servicio DNS. Asociación número IP <-> nombre DNS.
TEMA 3:
Introducción a la capa de transporte. Interfaz de
programación en redes. Sockets: par (dirección IP, puerto).
TEMA 4:
Estudios de casos de protocolo estándares sobre
capas de transporte, tales como RFC822, POP, HTTP.
TEMA 5:
Otros modelos de programación en redes: RPC.
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Contenido del Curso
TEMA 6:
Componentes de una red IP. Redes locales. Redes de
difusión, redes punto a punto. Elementos para armar una red local.
Medios de transmisión y propiedades. Dispositivos: modems,
conmutadores, concentradores (hubs).
TEMA 7:
Control y manejo del intercambio de datos sobre un
enlace (link). Trama (frame) y sincronización de trama. Control de
flujo a nivel de enlace. Transmisión confiable. Control de errores.
Detección de errores.
TEMA 8:
IP en detalle. Formato de los paquetes. Conmutación,
fragmentación y re-ensamblaje. Introducción a enrutamiento.
Algoritmos de vector de distancias y de estado de enlace.
TEMA 9:
UDP y TCP. Formato de los segmentos. Protocolos.
Inducción a control de flujo y control de congestión.
TEMA 10:
Introducción a aspectos de seguridad. Encriptamiento.
Autentificación.
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Curso de
Redes Computadores 1
Tema 1
Introducción a las Redes de
Computadores
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Redes de Computadores
Una red de
computadores es un
conjunto de equipos
conectados por medio
de cables, señales,
ondas o cualquier otro
método de transporte
de datos, que
comparten información
(archivos), recursos
(CD-ROM, impresoras, etc.) y
servicios (acceso a
internet, e-mail, chat,
juegos), con un objetivo
específico.
Redes de Computadores
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Redes de Computadores
150 millones de sitios web. 500 millones
de usuarios (2008)
Su tamaño se duplica cada 5 años.
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Redes de Computadores
Internet
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Redes de Computadores
Un servicio puede ser definido como un
conjunto de actividades que buscan
responder a necesidades de un cliente.
El objetivo de una red de
Telecomunicaciones es el de intercambiar
información entre entidades que pueden
estar fisicamente distantes
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Modelo Simplificado para las
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Un Modelo de Telecomunicaciones
Fuente
genera los datos que se transmiten (p.e. teléfonos,
computadores)
Transmisor (Tx)
Convierte los datos en señales transmitibles (señales eléctricas
a ondas electromagnéticas; cadena de bits a señales
analógicas)
Sistema de Transmisión
Portador de los datos (líneas de transmisión; enlaces de radio;
red de telecomunicaciones)
Receptor (Rx)
Convierte la señal recibida en datos para que pueda ser
manejada por el dispositivo destino
Destino
Toma los datos que entrantes
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Tareas Claves en un Sistema de
Telecomunicaciones
Utilización del Sistema de Transmisión:
Interfaz entre el dispositivo y el medio de transmisión
Generación de la Señal
Sincronización
Gestión de Intercambio
Detección y Corrección de Errores
Control de Flujo
Direccionamiento y Encaminamiento (Enrutamiento)
Recuperación
Formato de Mensajes
Seguridad
Administración de la Red
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Modelo Simplificado para la Comunicación de Datos
en Redes de Computadores
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Redes (networks)
Conexión punto a punto entre todas las
entidades no es práctica
Dispositivos están muy lejanos entre sí
Una gran cantidad de dispositivos necesitaría un
número no práctico de conexiones
Número de conexiones necesarias = N x (N-1)/2
Solución es una red de comunicaciones
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Modelo Simplificado de Red
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Clasificación de las Redes de
Computadores
WAN (Wide Area Network)
Son Públicas o depende
en parte de circuitos comunes de operadores particulares
Cubren largas distancias (X.25, Frame Relay, ATM, SDH, Sonet)
MAN (Metropolitan Area Network
Pueden cubrir el area de una Ciudad (MetroEthernet)
LAN (Local Area Network)
Redes de computadores en un Campus, Organización o una
edificación.
La red, por lo general, pertenece al mismo dueño de los equipos
que ésta comunica (Ethernet, WiFi)
PAN (Personal Area Network)
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Conmutación de Circuitos
(Circuit Switching)
Mientras dure la comunicación se establece un
camino de comunicación dedicado establecido a
través de los nodos de la red
El camino es una secuencia conectada de
enlaces físicos entre nodos
En resumen, se establece un canal físico entre
ambos extremos que nadie más puede usar
mientras dure la comunicación
p.e. Red telefónica
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Conmutación de Paquetes
(Packet Switching)
Se envían pequeñas unidades (paquetes) de
datos, uno a la vez.
Los datos se pueden enviar fuera de secuencia.
Los paquetes pasan de nodo en nodo entre fuente
y destino.
En
cada
nodo
el
paquete
se
recibe
completamente, se almacena durante un intervalo
breve de tiempo y posteriormente se transmite al
siguiente nodo
Usado para comunicaciones de terminal a
computador y de computador a computador
3
1 2 4 5
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Configuración
de una Red
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Protocolos
Conjunto de reglas que gobiernan el
intercambio de datos entre dos o más
entidades
Usado para comunicaciones entre entidades
en un sistema
Entidades
cualquier cosa capaz de enviar y recibir datos
Aplicaciones de usuarios
gestores de e-mail
terminales
Un Protocolo es en Redes equivalente a un
Algoritmo en la Programación tradicional.
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Características de los protocolos
La comunicación entre dos entidades
puede ser:
Directa o indirecta
Los protocolos pueden ser:
Monolítico o estructurado
Simétrico o asimétrico
Estándar o no-estándar
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Directa o Indirecta
Directa
Los sistemas comparten un enlace punto a punto o
Los sistemas comparten un enlace multi-punto
Los datos pueden pasar sin intervención de agentes
activos
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Directo o Indirecto
Indirecto
Redes conmutadas o
Conjunto de redes (Internetworks) o internets
La transferencia de datos depende de otras entidades
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Monolítico o Estructurado
La tarea de la comunicación es
compleja como para ser abordada
como una unidad
El diseño estructurado analiza el
problema en unidades más pequeñas
En lugar de un único protocolo, habrá un
conjunto de protocolos organizados, por
ejemplo en una estructura jerárquica en capas
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Simétrico o Asimétrico
Simétrico
Comunicación entre entidades pares
Asimétrico
Cliente/servidor
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Uso de Protocolos Estándares o No
Estándares
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Funciones de los protocolos
Encapsulación de mensajes
Segmentación y re-ensamblaje de mensajes
Control de conexión
Entrega ordenada de mensajes
Control de flujo
Control de Error
Direccionamiento
Multiplexaje
Servicios de transmisión
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Encapsulación
Se agrega información de control a los
datos
Información de dirección
: indicar dirección
del emisor y/o del receptor
Código detector de errores:
se debe incluir
alguna secuencia de comprobación
Control del protocolo:
se debe incluir alguna
información adicional para realizar las
funciones del protocolo que se mencionan más
adelante
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Encapsulación
Se agrega información de control a los datos
Información de dirección, Código detector de errores, Control del protocolo
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Segmentación (Fragmentación)
Los bloques de datos son de tamaño limitado
Los mensajes de la capa de aplicación pueden ser muy
grandes
Los protocolos de niveles inferiores pueden ser más
pequeños
La segmentación ( o fragmentación en TCP/IP) consiste en
dividir los bloques más grandes en otros más pequeños
Los bloques de ATM (cells) son de 53 bytes de largo
Los bloques Ethernet (frames) son de hasta 1526 bytes de
largo
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Control de Conexión
Establecimiento de la conexión (orientada a la
conexión)
Transferencia de datos
Término de la conexión (orientada a la conexión)
Puede haber interrupción y recuperación de la
conexión
Numeración secuencial de los mensajes enviado,
esto se usa para
Entrega en orden
Control de flujo
Control de error
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Transferencia de Datos Orientada
a la Conexión
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Cuál es la necesidad de una
arquitectura de protocolos
Por ejemplo para la transmisión de archivos
La fuente debe activar el camino de comunicación o
informar a la red cual es su destino
La fuente debe verificar si el destino está preparado para
recibir la información
La aplicación de transferencia de archivos en la fuente debe
verificar si el sistema de manejo de archivo del destino
aceptará y almacenará el archivo para el usuario
especificado
Puede requerirse una transformación de formato del archivo
Una tarea es dividida en subtareas
Implementadas de forma separada y en capas
dentro de una pila
Las funciones se necesitan en ambos sentidos
Las capas pares (del mismo nivel) se comunican
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La utilidad de un arquitectura
jerárquica de protocolos
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Elementos Claves de un Protocolo
Para que dos entidades se comuniquen con
éxito, se requiere hablen el mismo idioma.
Las entidades deben seguir una serie de
convenciones mutuamente aceptadas a fin
de saber:
qué se comunica (semántica)
cómo se comunica (sintaxis)
cuándo se comunica (temporización)
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Arquitectura de un Protocolo
Tareas de comunicación separadas en
módulos
Por ejemplo la transferencia de archivo
podría usar tres módulos
Aplicación para la transferencia de archivos
Módulo de servicio de comunicaciones
Módulo de acceso a la red
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Arquitectura simplificada en
Transferencia de Archivos
Capa de
aplicación
Capa de
transporte
Capa de
Acceso
a la red
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Requerimientos de
Direccionamiento
Se requieren dos niveles de
direccionamiento
Cada computador necesita una única
dirección de red
Cada aplicación en un computador
multitarea necesita una única dirección
dentro del computador
Puntos de Acceso al Servico (Service Access
Point SAP)
El puerto en una red TCP/IP
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Redes y Arquitecturas de
Protocolos
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Unidades de Datos de los Protocolos UDP
(Protocol Data Units PDU)
En cada capa, se usan los protocolos para
comunicarse
En cada capa se agrega información de
control a los datos del usuario
La capa de transporte puede fragmentar los
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Operación de una Arquitectura de
Protocolo
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Arquitectura Estándar de
Protocolos
Se requieren para la comunicación de dispositivos
Los vendedores cuentan con productos con mejor
mercado
Los consumidores pueden insistir en equipos
basados en estándares
Existen dos estándares principales que son:
El modelo de referencia OSI
Nunca fue más alla de las promesas iniciales
Suite de protocolos TCP/IP
Más ampliamente utilizado
También existe: IBM Systems Network
Architecture (SNA)
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 45
Elementos de Estandarización
Especificación del protocolo
Dos entidades en la misma capa en sistemas diferentes cooperan e interactúan por medio del protocolo
Las especificaciones del protocolo deben ser precisas
Formato de la unidad de datos
Semántica de todos los campos
Secuencia permitida de PDUs
Definición del servicio
Se necesita normalizaciones para los servicios que cada capa ofrece a la capa superior contigua
Descripción funcional de qué servicios está proporcionando
No especifica cómo se proporcionan los servicios
Direccionamiento: cada capa suministra a las entidades en la capa superior contigua.
Las entidades se identifican mediante SAP
Un NSAP(NetworkSAP) indica una entidad de transporte que es usuaria del servicio de red
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Modelo OSI
OSI = Open Systems Interconnection
Desarrollado por International Organization for
Standardization (ISO) como arquitectura para
comunicaciones entre computadores
Objetivo: ser el marco de referencia en el
desarrollo de protocolos estándares
Siete capas
Un sistema teórico desarrollado muy tarde!
TCP/IP es el estándar de facto
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El modelo OSI
Es un modelo basado en capas
Cada capa desarrolla un subconjunto de
las funcionalidades requeridas para
lograr la comunicación
Cada capa se apoya en la capa siguiente
de menor nivel para llevar a cabo
funciones primitivas
Cada capa provee servicios a la siguiente
capa de nivel superior
Los cambios en una capa no requerirán
de modificaciones en otras capas de la
pila
Capa k +1 Capa k Capa k - 1
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Las capas de la OSI
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 49
Estándares específicos por capa
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Capas OSI
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Capas OSI
Física:
Se encarga de la transmisión de cadenas de bits no estructurados sobre el medio físico; esta capa está relacionada con las características mecánicas, eléctricas, funcionales y de procedimiento para acceder al medio físico
Aquí se definen características de la interfaz física entre dispositivos, tales como:
Físicas: distancias máximas de transmisión
Mecánicas: especifica las características físicas del conector y sus circuitos
Eléctricas: especifica los niveles de voltaje, velocidades de transmisión de los datos y sincronización de cambio de voltaje
Funcionales: especifica las funciones de cada uno de los circuitos De procedimiento: especifica la secuencia de eventos que se realizan en
el intercambio de flujo de bits a través del medio físico
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Capas OSI
Enlace de Datos:
Se encarga de activar, mantener y desactivar un enlace, ofreciendo un tránsito confiable de datos a través de un enlace físico
Envía bloques de datos (tramas) llevando a cabo la sincronización, el control de errores , la entrega ordenada de tramas y el flujo necesario
Las capas superiores pueden asumir una transmisión libre de errores
Red:
Proporciona conectividad y selección de rutas entre dos sistemas finales que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas
Proporciona independencia a los niveles superiores respecto de las técnicas de conmutación y de transmisión usadas para conectar los sistemas; es responsable del establecimiento, mantenimiento y cierre de las conexiones
No hace falta enlaces directos origen-destino.
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Capas OSI
Transporte:
Segmenta y reensambla los datos en un flujo de datos
Brinda un servicio de transporte de datos que proteja a las capas superiores de los detalles de implementación de transporte
Se ocupa de temas tales como la confiabilidad del transporte a través de una interconexión de redes, evitando pérdidas de paquetes, duplicaciones, errores y pérdida de secuencia en los paquetes.
Proporciona seguridad, transferencia transparente de datos entre los puntos finales: proporciona además procedimientos de recuperación de errores, control de flujo origen destino y calidad de servicio.
Sesión:
Proporciona el control de la comunicación entre las aplicaciones. Establece, administra y cierra las conexiones (sesiones) entre las aplicaciones que cooperan
Contempla mecanismos de recuperación: procedimiento para reanudar la transmisión después de ocurrido un fallo
Brinda sus servicios a la capa de presentación
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 54
Capas OSI
Presentación:
Asegura que la capa de aplicación pueda leer la
información enviada por la capa de aplicación de otro
sistema
De ser necesario, la capa de presentación realiza una
traducción entre varios formatos de representación de
datos, usando un formato de representación común
Proporciona a los procesos de aplicación independencia
respecto a las diferencia en la representación de los datos
(sintaxis)
Algunos ejemplos de servicios específicos de esta capa
son:
Compresión de datos
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Capas OSI
Aplicación:
Proporciona un medio para que las aplicaciones
accedan al entorno OSI
Es la capa más cercana al usuario y brinda servicios de
red a las aplicaciones del usuario
Incluye las funciones de administración y en general, a
los mecanismos necesarios en la implementación de las
aplicaciones distribuidas
Pertenecen a esta capa aplicaciones tales como:
Transferencia de archivos
Correo electrónico
Acceso desde terminales a computadores remotos
Etc.
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 56
Modelo de Referencia OSI
7
Aplicación
6
Presentación
5
Sesión
4
Transporte
3
Red
2 Enlace de Datos
1
Física
Procesos de red para aplicaciones
Representación de datos
Comunicación entre aplicaciones
Conexiones extremo a extremo
Direcciones y mejor ruta
Acceso a los medios
Transmisión binaria
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Uso de las capas en diferentes
dispositivos (Un Retransmisor)
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 58
Arquitectura Protocolo TCP/IP
Desarrollado por Defense Advanced Research
Project Agency (DARPA) de EEUU para su red de
conmutación de paquetes (ARPANET)
Arquitectura comercial dominante
Especificada y extensivamente usada antes de
OSI
Usado por la Internet global
Es un modelo no oficial que trabaja con:
Capa de Aplicación
Capa de transporte o Host to host
Capa Internet
Capa de acceso a la red
Capa física
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 59
Capa Física
Define interfaz física entre
dispositivo de transmisión de datos
(p.e. computador) y medio de
transmisión o red
Características del medio de
transmisión
Niveles de señal
Velocidad de datos, etc.
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 60
Capa de Acceso a la Red
Intercambio de datos
entre el sistema final y la
red
Proporciona dirección de destino
para que la
red pueda encaminar los datos hasta el destino
apropiado
Invocar servicios
de red como prioridad
El software que se use en esta capa
dependerá del tipo de red
se han desarrollado estándares para
conmutación de circuitos
conmutación de paquetes (X.25)
LAN (ethernet)
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 61
Capa Internet (IP)
Los sistemas pueden ser conectados a
diferentes redes
Funciones de encaminamiento a través de
múltiples redes
El protocolo IP (Internet Protocol) se usa en
esta capa para ofrecer servicio de
encaminamiento a través de varias redes
Implementado en sistemas finales y routers
un router es un dispositivo con capacidad de procesamiento que conecta dos redes y que debe retransmitir datos desde una red a otra siguiendo la ruta adecuada para alcanzar el destino
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 62
Capa de Transporte (TCP)
Independientemente de la naturaleza de
las aplicaciones se requiere que:
La entrega de datos sea confiable
Se asegure
que todos los datos llegan a la
aplicación destino y además en el mismo
orden en que fueron enviados
El Protocolo TCP (Transmission Control
Protocol) es el más utilizado para
proporcionar esta funcionalidad
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 63
Capa de Aplicación
Contiene la lógica necesaria para soportar
la comunicación en varias aplicaciones de
usuario
p.e. para cada tipo distinto de aplicación se necesita un
módulo independiente y con características bien
definidas
e.g. Http (Hiper Text Transfer Protocol),
SMTP (Simple Mail Tranfer Protocol),
SNMP, etc.
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 64
Modelo de Arquitectura de
Protocolo TCP/IP
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 65
OSI vs TCP/IP
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 66
TCP
La capa usual de transporte en TCP/IP es
Transmission Control Protocol (TCP)
Brinda una conexión confiable
Conexión
Asociación lógica y temporal entre entidades en
diferentes sistemas
TCP PDU
Llamado segmento TCP
Incluye puertos de origen y destino (equivalente a SAP)
Que identifican respectivamente a las aplicaciones de los
usuarios
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 67
UDP
Una alternativa a TCP es UDP (User
Datagram Protocol)
Envíos no garantizados
No se preserva el orden de secuencia de
paquetes
No hay protección contra la duplicación de
paquetes
Presenta una pérdida de eficienca mínima
Añade el concepto de puertos a IP
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 68
Conceptos de TCP/IP
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 69
Direccionamiento
Es el nivel dentro de la arquitectura en el cual las
entidades reciben su nombre
Existe una dirección única para cada sistema final
(computador) y enrutador (router)
Dirección a nivel de Red
IP o dirección de internet (TCP/IP)
Network service access point or NSAP (OSI)
Los procesos dentro de un sistema se asocian a
Número de puerto (Port number) (TCP/IP)
Service access point or SAP (OSI)
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 70
Seguimiento de una operación simple
El Proceso asociado con el puerto 1 en el host A
envía un mensaje al puerto 2 en el host B
El Proceso en A envía hacia abajo el mensaje a TCP para
que éste lo envíe al puerto 2 del destino
TCP envía información a IP para que el mensaje sea
enviado a B
IP envía a la capa de red (p.e. Ethernet) para que lo
envíe al router J
Se generan una serie de PDU encapsulados
TCP IP A 1 Red B 2 TCP IP Red Enrutado Router J
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PDUs en TCP/IP
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 72
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 73
Estándares
Requerido para permitir la
interoperabilidad entre equipos
Ventajas
Asegura un gran mercado para equipos y software
estimula la producción masiva reduciendo los costos
Permite que productos de diferentes proveedores se
comuniquen
Desventajas
Tienden a congelar la tecnología
mientras que un estándar se desarrolla, se revisa y
se adopta, ya se habrán desarrollado otras técnicas
más eficaces
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 74
Organizaciones de Normalización
Internet Society ISOC
International Organization for Standardization (ISO) creadora
de Open Systems Interconnection (OSI).
American National Standards Institute (ANSI). USA miembro de
ISO.
Electronic Industries Association (EIA) Desarrolló el EIA/TIA-232
(antes RS-232) y otros.
Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) -- IEEE.
Desarrolló IEEE 802.3 e IEEE 802.5.
International Telecommunication Union Telecommunication
Standardization Sector (ITU-T) -- ITU-T organización
internacional (antes CCITT). Desarrollo X.25 y otros protocolos
Internet Activities Board (IAB) The IAB ha presentado varios
Request For Comments (RFC) incluído (TCP/IP) y (SNMP).
ATM forum
Prof. Ricardo Gonzalez Redes de Computadores Tema1 75