Redes de Computadores 20172018 Departamento de Tecnologa Electrnica

Redes de Computadores 2017/2018 Departamento de Tecnología Electrónica

Contenidos (6 ETCS) Tema 1: Redes de Computadores e Internet Tema 2: Capa de Aplicación Tema 3: Capa de Transporte Tema 4: Capa de Red Tema 5: Capa de Enlace y Redes de Área Local Recuerda: • 6 ECTS = 60 horas presenciales + 90 horas no presenciales • Primer cuatrimestre dura 15 semanas 10 horas/semana Introducción 1 -2

Departamento de Tecnología Electrónica Tema 1 Redes de Computadores e Internet La mayoría de estas transparencias son proporcionadas como material con copyright por: Computer Networking: A Top Down Approach , 5 th edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, April 2009. Introducción 1 -3

Tema 1: Redes de Computadores e Internet Nuestro objetivo: Descripción general: toma de contacto y terminología mayor profundidad, detalles más tarde en el curso enfoque: usar Internet como ejemplo ¿qué es Internet? ¿qué es un protocolo? la frontera de la red: equipos, redes de acceso, medios físicos el núcleo de la red: conmutación de paquetes/circuitos, arquitectura de Internet rendimiento: pérdidas, retardos, tasa de transferencia capas de protocolos, modelos de servicio Introducción 1 -4 historia

Tema 1: Índice 1. 1 ¿Qué es Internet? 1. 2 La frontera de la red sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1. 3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1. 4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1. 5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1. 6 Historia Introducción 1 -5

¿Qué es Internet? : Componentes HW y SW PC millones servidor portátil inalámbrico teléfono móvil de dispositivos de computación conectados: ISP global hosts = sistemas terminales = sistemas finales ejecutando aplicaciones de red enlaces de comunicación fibra, cobre, radio, puntos de acceso satélite enlaces por cable tasa de transmisión = ancho de banda router Red móvil reenvían paquetes (bloques de datos) Red doméstica ISP regional Red empresarial routers: ISP =Internet Service Provider Introducción 1 -6

Dispositivos curiosos que se conectan a Internet Tostador + predictor de tiempo accesible via Web Marcos de fotos IP http: //www. ceiva. com/ Frigorífico conectado a Internet Slingbox: ver y controlar vía Internet la televisión de casa. Teléfonos de Internet Introducción 1 -7

¿Qué es Internet? : Componentes HW y SW Protocolos controlan el envío y la recepción de la información Internet: “red de redes” ej. , TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet poco jerárquica Internet pública frente a intranet privada Red móvil ISP global Red doméstica ISP regional Red empresarial Estándares de Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force Introducción 1 -8

¿Qué es Internet? : Servicios la infraestructura de comunicación permite aplicaciones distribuidas: Web, Vo. IP, correo y comercio electrónico, juegos, compartir ficheros servicios de comunicación proporcionados a las aplicaciones: entrega de datos fiable de origen a destino “mejor esfuerzo” entrega de datos (no fiable) Red móvil ISP global Red doméstica ISP regional Red empresarial Introducción 1 -9

¿Qué es un protocolo? protocolos humanos: “¿qué hora es? ” Levantar la mano Dejar salir antes de entrar protocolos de red: máquinas en lugar de seres humanos toda la actividad de comunicación en Internet se rige por protocolos … se envían mensajes un protocolo define el formato y el específicos orden de los mensajes enviados y … se toman acciones recibidos entre entidades de red, específicas cuando se y las acciones tomadas en la reciben las transmisión y/o recepción de un respuestas u otros mensaje u otro sucesos Introducción 1 -10

¿Qué es un protocolo? un protocolo humano y un protocolo de red de computador: ¿estás a Petición hí sde ervconexión id TCP or? Sí Respuesta de conexión TCP Dame e GET htltpfichero X : //www. d t Hola ¿Qué hora es? e. us. es/in 2: 00 Ah<ífivcahero> tiempo dex. html Hola P: ¿Otros protocolos humanos? Introducción 1 -11

Tema 1: Índice 1. 1 ¿Qué es Internet? 1. 2 La frontera de la red sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1. 3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1. 4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1. 5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1. 6 Historia Introducción 1 -12

Visión detallada de la estructura de red la frontera de la red: aplicaciones y sistemas terminales redes de acceso, medios físicos: enlaces de comunicación cableados, inalámbricos el núcleo de la red: routers interconectados red de redes Introducción 1 -13

La frontera de la red sistemas terminales (hosts): ejecuta programas de aplicación ej. Web, correo electrónico peer-peer en la “frontera de la red” modelo cliente/servidor sistema terminal cliente solicita y recibe un servicio de un cliente/servidor “puro” ej. navegador/servidor Web modelo peer-peer: mínimo (o ningún) uso de servidores dedicados ej. Skype, Bit. Torrent Introducción 1 -14

Redes de acceso y medios físicos P: ¿Cómo conectar sistemas terminales a un router de frontera? redes de acceso domésticas redes de acceso institutionales (colegio, empresa) redes de acceso móviles Ten en cuenta: ancho de banda (bits por segundo) de acceso a la red? compartida o dedicada? Introducción 1 -15

Redes de acceso domésticas Acceso telefónico (dial-up modem) Central telefónica Red telefónica Internet PC doméstico Modem de acceso telefónico doméstico Modem del ISP (ej. , AOL) usa la infraestructura telefónica existente hogar conectado directamente a la central telefónica velocidad máxima de 56 Kbps (a menudo menos) no se puede navegar y hacer llamadas telefónicas al mismo tiempo: no “siempre disponible” Introducción 1 -16

Redes de acceso domésticas Digital Subscriber Line (DSL) Línea telefónica existente: telefonía 0 -4 KHz; 4 -50 KHz carga de datos; 50 KHz 1 MHz descarga de datos Teléfono doméstico DSLAM Red telefónica splitter Modem DSL usa PC doméstico Internet Central telefónica la infraestructura telefónica existente velocidad de carga máxima de 1 Mbps (hoy típicamente < 256 kbps) Velocidad de descarga máxima de 8 Mbps (hoy típicamente < 1 Mbps) línea física dedicada hasta la central telefónica Introducción 1 -17

Redes de acceso domésticas Cable usa la infraestructura de la televisión por cable en lugar de la infraestructura telefónica HFC: hybrid fiber coax (híbrido de fibra y coaxial) asimétrico: velocidad máxima de descarga de 30 Mbps y 2 Mbps de carga red de cable, fibra conecta las casas al router del ISP las casas comparten el acceso al router a diferencia del DSL, el cual tiene un acceso dedicado Introducción 1 -18

Cable Redes de acceso domésticas Típicamente 500 a 5, 000 casas Diagram: http: //www. cabledatacomnews. com/cmic/diagram. html Introducción 1 -19

Redes de acceso domésticas Fibra hasta el Hogar enlaces de fibra óptica desde la central telefónica a las casas (fibra directa) proporciona velocidades de acceso a Internet mucho mayores; y servicios de televisión y telefonía dos tecnologías de fibra que compiten: Passive Optical network (PON) Active Optical Network (AON) ONT Cables de fibra óptica Internet OLT Central telefónica ONT Cable de fibra óptica Splitter óptico ONT Introducción 1 -20

Redes de acceso institucionales Ethernet 100 Mbps Conmutador Ethernet Router institucional al ISP de la institución 100 Mbps 1 Gbps 100 Mbps servidor típicamente usado en empresas, universidades, etc. También se usan en redes domésticas. 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps Ethernet actualmente, los sistemas terminales se conectan generalmente a conmutadores (switches) Ethernet Introducción 1 -21

Redes de acceso móviles Redes de acceso inalámbricos la red de acceso inalámbrico compartida conecta los sistemas terminales al router LANs inalámbricas: a través de una estación base también conocida como “punto de acceso” router estación base 802. 11 b/g (Wi. Fi): 11 or 54 Mbps Acceso inalámbrico de área extensa Proporcionado por los operadores de telecomunicaciones ~1 Mbps usando la infraestructura de telefonía móvil (EVDO, HSDPA) emergente (? ): Wi. MAX (10’s Mbps) sobre área extensa sistemas terminales móviles Introducción 1 -22

Redes domésticas Componentes típicos de una red doméstica: módem DSL o módem cable router/firewall/NAT Ethernet Home Station Fibra Óptica Teldat i-1104 W (Movi. Star) Punto de acceso inalámbrico http: //www. movistar. es/particulares/ayuda/internet/adsl/equipami ento-adsl/routers/Teldat-i-1104 w a/desde módem el terminal cable de cabecera de cable router/ Firewall /NAT Ethernet Portátiles (inalámbricos) Punto de acceso inamlábrico Introducción 1 -23

Medios físicos bit: se propaga entre parejas de transmisores y receptores enlace físico: el medio que hay entre el transmisor y el receptor medios guiados: las señales se transportan por un medio sólido: cobre, fibra, coaxial medios no guiados: Las señales se propagan libremente, ej. , radio Introducción 1 -24

Medios físicos guiados Par trenzado (Twisted Pair, TP) dos cables de cobre aislados Categoría 3: cables de teléfono tradicionales, 10 Mbps Ethernet Categoría 5: 100 Mbps Ethernet Cable coaxial: dos conductores de cobre concéntricos bidireccional Banda base: un único canal sobre un cable heredado de Ethernet Banda ancha: varios canales sobre un cable HFC Cable de fibra óptica: fibra de vidrio conduciendo pulsos de luz, cada pulso representa un bit alta velocidad de operación: transmisión punto a punto de alta velocidad (ej. , 10’s-100’s Gpbs) tasa de error baja: atenuación baja permite repetidores muy espaciados; inmune a las interferencias electromagnéticas Introducción 1 -25

Medios físicos no guiados: radio señales transportadas en el espectro electromagnético sin “cable” físico bidireccional efectos del entorno de propagación: reflexión obstrucción por objetos interferencia Tipos de canales de radio: microondas terrestre ej. canales de 45 Mbps (máximo) WLAN (ej. , Wi. Fi) 11 Mbps, 54 Mbps área-extensa (ej. , móvil) móviles 3 G: ~ 1 Mbps satélite velocidad del canal: Kbps a 45 Mbps (o varios canales más pequeños) Retraso de extremo a extremo de 270 ms geoestacionarios frente a los de órbita baja terrestre Introducción 1 -26

Tema 1: Índice 1. 1 ¿Qué es Internet? 1. 2 La frontera de la red sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1. 3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1. 4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1. 5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1. 6 Historia Introducción 1 -27

El núcleo de la red malla de routers interconectados La pregunta fundamental: ¿cómo se transfieren los datos a través de la red? conmutación de circuitos: circuito dedicado por llamada: red telefónica conmutación de paquetes: los datos se envían a través de la red en fragmentos más pequeños (paquetes) Introducción 1 -28

El núcleo de la red: Conmutación de circuitos recursos de extremo a extremo reservados por “llamada” ancho de banda del enlace, capacidad del router recursos dedicados: sin compartir rendimiento garantizado establecimiento de llamada requerido Introducción 1 -29

El núcleo de la red: Conmutación de circuitos recursos de red (ej. , ancho de banda) dividido en “partes” partes asignadas a llamadas parte del recurso inutilizado si no es usado por el que realiza la llamada (no se comparte) división del ancho de banda del enlace en “partes” División de frecuencia División de tiempo Introducción 1 -30

Banda base y Banda ancha Banda base Banda ancha DEMULTIPLEXOR 1 enlace 3 canales - No se modula - Señal original Introducción 1 -31

Conmutación de circuitos: FDM y TDM Ejemplo: FDM 4 usuarios frecuencia tiempo TDM Marco frecuencia tiempo Introducción 1 -32

El núcleo de la red: Conmutación de paquetes cada flujo de datos de extremo a contienda por los recursos: extremo se divide en paquetes demanda de recursos del conjunto puede exceder paquetes de distintos usuarios comparten los recursos de la red la cantidad disponible congestión: colas de cada paquete usa el ancho de paquetes, espera para el banda del enlace completo uso del enlace Recursos usados según se store and forward: los necesitan paquetes avanzan un paso División del ancho de banda cada vez en “partes” Asignación dedicada Reserva de recursos el nodo recibe completamente el paquete antes del reenvío Introducción 1 -33

Conmutación de paquetes: multiplexación estadística 100 Mb/s Ethernet A B multiplexación estadística 1. 5 Mb/s cola de paquetes esperando el enlace de salida D C E la secuencia de paquetes de A y B no tiene un patrón temporal fijo ancho de banda compartido bajo demanda: multiplexación estadística Introducción 1 -34

Conmutación de paquetes: store-andforward L R R se tarda L/R segundos en transmitir (expulsar) paquetes de L bits sobre un enlace de R bps store and forward: el paquete completo debe llegar al router antes de ser transmitido al siguiente enlace retardo = 3 L/R (asumiendo un retardo de propagación cero) R Ejemplo: L = 7. 5 Mbits R = 1. 5 Mbps Retardo de transmisión (extremo a extremo) = 15 s más sobre retardos en breve … Introducción 1 -35

Conmutación de paquetes frente a conmutación de circuitos La conmutación de paquetes permite a más usuarios usar la red! • • 100 kb/s cuando “activo” activo 10% del tiempo Conmutación Enlace 1 Mbps de circuitos: 10 usuarios Conmutación N usuarios …. . Ejemplo: enlace de 1 Mb/s cada usuario: de paquetes: con 35 usuarios, probabilidad > 10 activos en el mismo tiempo es menor que 0. 0004 P: ¿qué sucede si > 35 usuarios ? Introducción 1 -36

Conmutación de paquetes frente a conmutación de circuitos Es la conmutación de paquetes un “claro ganador”? ideal para ráfagas de datos se comparten los recursos es más simple, sin establecimiento de llamada congestión excesiva: retardo y pérdida de paquetes se necesitan protocolos para transferir datos de forma fiable, para control de la congestión P: ¿Cómo proporcionar el comportamiento de la conmutación de circuito? garantizar el ancho de banda necesario para aplicaciones de audio y video todavía es un problema sin resolver P: analogías humanas de recursos reservados (conmutación de circuitos) frente a asignación bajo demanda (conmutación de paquetes)? Introducción 1 -37

Estructura de Internet: red de redes NAP Internet Service Provider (ISP) (Proveedor de Servicios de Internet) Network Access Point (NAP) (Punto de acceso a la red) (Proveedor de Servicios Regional) NSP Network Service Provider (NSP) (Proveedor de Servicios de Red) RSP ISP Abonados NSP RSP ISP Abonados ISP Abonados Introducción 1 -38

Estructura de Internet: red de redes Los ISPs o TIER 3 ISP (ISP de Nivel 3) se conectan a los RSP o ISP de Nivel 2 se conectan a los NSP o ISP de Nivel 1. NSP se interconectan a los NAPs Un NAP es una red de acceso de alta velocidad, típicamente ethernet, a través de la cual los ISPs intercambian rutas y tráfico. También conocido como IXP, Internet Exchange Point o NP (Neutral Point, Punto Neutro). Es posible que los RSP se conecten mediante enlaces privados a otros RSP o NSP. un paquete pasa a través de muchas redes desde el equipo fuente al equipo destino Introducción 1 -39

Tema 1: Índice 1. 1 ¿Qué es Internet? 1. 2 La frontera de la red sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1. 3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1. 4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1. 5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1. 6 Historia Introducción 1 -40

¿Cómo ocurren las pérdidas y los retardos? los paquetes se encolan en el buffer del router tasa de llegada de paquetes al enlace excede la capacidad de salida del mismo Paquetes se encolan, esperando su turno paquete siendo transmitido (retardo) Nota A Cómo se verá más adelante en la asignatura además de los routers hay otros dispositivos que introducen retardos. B Paquetes encolados (retardo) buffer libre (disponible): paquetes que llegan se encolan buffer completo: paquetes no se encolan (pérdida) Introducción 1 -41

Cuatro fuentes de retardos transmisión A propagación B procesamiento de cola nodal dnodal = dproc + dcola + dtrans + dprop dproc: procesamiento nodal comprobar errores de nivel de bit Determinar el enlace de salida típicamente < ms dcola: retardo de cola tiempo de espera antes de ser transmitido por el enlace de salida depende del nivel de congestión del router Introducción 1 -42

Cuatro fuentes de retardos transmisión A propagación B procesamiento de cola nodal dnodal = dproc + dcola + dtrans + dprop dtrans: retardo de transmisión: dprop: retardo de propagación: L: longitud del paquete (bits) R: ancho de banda del enlace (bps) dtrans y dprop dtrans = L/R muy diferentes d: longitud del enlace físico s: velocidad de propagación del medio (~2 x 108 m/sec) dprop = d/s Introducción 1 -43

Retardo de cola (reconsideraciones) R: ancho de banda del enlace (bps) L: longitud del paquete (bits) a: tasa de llegada de paquetes promedio (paquetes por segundo) retardo de cola promedio intensidad de tráfico = La/R ~ 0: retardo de cola promedio pequeño La/R -> 1: retardo de cola promedio grande La/R > 1: llegan más paquetes de lo que se puede servir, retardo de cola infinito! La/R -> 1 Introducción 1 -44

Pérdida de paquetes La cola (buffer) asociada a un enlace tiene una capacidad finita paquetes que llegan a una cola llena se descartan (pierden) paquetes descartados pueden ser retransmitidos por el sistema terminal origen, por el nodo previo o por nadie buffer (área de espera) paquete siendo transmitido A B paquete que llega al buffer lleno se pierde Introducción 1 -45

Tasa de transferencia (extremo a extremo) tasa de transferencia (throughput): tasa (bits/unidad de tiempo) a la cual los bits son transferidos entre el cliente y el servidor instantánea: tasa en un instante de tiempo determinado promedio: tasa sobre un periodo largo de tiempo tubería puede del servidor tiene envía que capacidad servidor, transportar enlaceel fluido bits (fluido) a la de enviar un fichero a. Rsuna tasa bits/s tubería F bits al cliente Rs (bits/s) tubería puede capacidad del transportar enlaceel fluido a tasa Rcuna bits/s Rc (bits/s) Introducción 1 -46

Tasa de Transfer. ext. a ext. (cont. ) Rs < Rc ¿tasa de transferencia promedio de terminal a terminal? Rs bits/s Rc bits/s Rs > Rc ¿tasa de transferencia promedio de terminal a terminal? Rs bits/s Rc bits/s enlace cuello de botella Es el enlace en la ruta de extremo a extremo que limita la tasa de transferencia extremo. Introducción 1 -47

Tasa de transferencia: escenario de Internet Tasa de transferencia terminal por conexión: min(Rc, Rs, R/10) en la práctica: Rc o Rs es a menudo el cuello de botella Rs Rs Rs R Rc Rc Rc 10 conexiones comparten el enlace común (en partes iguales) con velocidad R bits/s Introducción 1 -48

Tema 1: Índice 1. 1 ¿Qué es Internet? 1. 2 La frontera de la red sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1. 3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1. 4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1. 5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1. 6 Historia Introducción 1 -49

Capas de protocolos Redes son complejas, con muchas “piezas”: sistemas terminales routers enlaces de varios medios aplicaciones protocolos hardware, software Pregunta: ¿tenemos alguna esperanza de poder organizar una arquitectura de red? ¿o al menos nuestra exposición sobre la misma? Introducción 1 -50

Organización de un viaje en avión billete (compra) billete (reclamación) equipaje (facturación) equipaje (recogida) embarque (carga) embarque (descarga) despegue aterrizaje control de vuelo un conjunto de pasos Introducción 1 -51

Disposición en capas de la funcionalidad de una compañía aérea billete (compra) billete (reclamación) billete equipaje (facturación) equipaje (recogida) equipaje embarque (carga) embarque (descarga) despegue aterrizaje despegar/aterrizar control de vuelo Aeropuerto de salida control de vuelo Centros intermedios de control de tráfico aéreo embarque Aeropueto de llegada Capas o niveles: cada capa implementa un servicio llevando a cabo determinadas acciones dentro de dicha capa utilizando los servicios que proporciona la capa que tiene directamente debajo de ella Introducción 1 -52

¿Por qué una arquitectura en capas? Los sistemas son complejos: Una estructura específica permite identificar y relacionar las partes complejas del sistema Un modelo de referencia en capas para análisis y discusión modularización simplifica el mantenimiento y la actualización del sistema Modificar la implementación del servicio de una capa es transparente al resto del sistema ej. , cambio en el procedimiento de embarque no afecta al resto del sistema Introducción 1 -53

¿Cómo se organiza una arquitectura en capas? (I) EEn cada extremo debe haber una instancia de un determinado nivel, conocido como entidad. CCada nivel realiza un conjunto de tareas, conocidas como funciones No todas las funciones se realizan en cada extremo de la comunicación. ej. , en la capa de equipaje esta la función de facturación y la de recogida. Cada nivel ofrece un conjunto de prestaciones (proveedor) al nivel superior (usuario), conocidas como servicios ej. , servicio de facturación. El acceso a los servicios de un determinado nivel se realiza a través de una interfaz conocida como SAP (Service Access Point). Introducción 1 -54

¿Cómo se organiza una arquitectura en capas? (II) En cada nivel se utiliza un determinado protocolo para comunicarse con otra entidad del mismo nivel, ofrecer los servicios a su nivel superior y realizar la funciones que tiene encomendadas. Usa los servicios que le ofrece el nivel inferior. En el protocolo se describe: el formato de los mensajes a intercambiar Conocido como PDU (Protocol Data Unit) las reglas de intercambio de mensajes. Ejemplo Extremo A Extremo B . . . Nivel N + 1 N_SAP Entidad de nivel N Nivel N - 1 . . . Nivel N + 1 Protocolo nivel N N_PDU Nivel N Nota Un nivel puede ofrecer distintos servicios. Cada uno usará su propio protocolo Nivel N - 1 . . . Introducción 1 -55

Servicios ofrecidos por un nivel Los servicios se especifican formalmente mediante un conjunto de estructuras de información, conocidas como primitivas. tipos: solicitud (request) emitida por el usuario en origen indicación (indication) emitida por el suministrador del servicio (por iniciativa propia o no) respuesta (response) emitida por el usuario en destino confirmación (confirm) emitida por el suministrador del servicio Extremo A (iniciador) solicitud Nivel N+1 Nivel N 1 Servicio Extremo B respuesta Nivel N+1 2 3 Nivel N Servicio 4 confirmación hacia los niveles de abajo en transmisión hacia los niveles de arriba en recepción indicación hacia los niveles de abajo en la transmisión Introducción 1 -56

Tipos de Servicios confirmados: requieren una respuesta implementan las cuatro primitivas no confirmados: no requieren respuesta implementan solicitud e indicación parcialmente confirmados: responde el proveedor implementan solicitud, indicación y confirmación Nivel N+1 Usuario de N-Servicio al detectar una condición implementan indicación en ambos sentidos Proveedor N-Servicio. Request Nivel N+1 Usuario de N-Servicio. Indication Servicio. Confirmation Servicio. Request Servicio. Confirmation Servicio. Indication iniciados por el proveedor: Nivel N tiempo Transmisión Confirmado Servicio. Response No Confirmado Servicio. Indication Parcialmente confirmado Iniciado por el proveedor Servicio. Indication tiempo Transmisión Introducción 1 -57

Arquitectura en capas Extremo A Extremo B primitiva del N-servicio Real: Protocolo capa N N-PDU primitiva del N -1 -servicio primitiva del N-2 -servicio Entidades par de nivel N Protocolo capa N-1 -PDU Entidades par de nivel N-1 Protocolo capa N-2 ¿Cuál es el flujo de información? primitiva del N-1 -servicio primitiva del N-2 -servicio N-2 -PDU Entidades par de nivel N-2 Lógica: Entre niveles adyacentes. A través del SAP. Comunicación vertical. Las PDUs se tienen que encapsular y desencapsular. En el mismo equipo. Entre entidades pares. Comunicación horizontal Entre diferentes equipos. Se intercambian PDU. Nota A las entidades de un mismo nivel se conocen como entidad par Introducción 1 -58

Encapsulación Emisor Nivel N+1 (N+1)-PDU (N)-ICI (N)-IDU IDU: Interface Data Unit ICI: Interface Control Information PCI: Protocol Control Information SDU: Service Data Unit UD: User Data SAP: Service Access Point (N)-SAP Encapsulación Nivel N (N)-ICI (N)-SDU (N)-PCI (N)-UD (N)-PDU Introducción 1 -59

Desencapsulación Receptor Nivel N+1 (N+1)-PDU (N)-ICI (N)-IDU IDU: Interface Data Unit ICI: Interface Control Information PCI: Protocol Control Information UD: User Data (N)-SAP Desencapsulación Nivel N (N)-ICI (N)-SDU (N)-PCI (N)-UD (N)-PDU Introducción 1 -60

Fragmentación Emisor (N+1)-PDU Nivel N+1 (N)-ICI IDU: Interface Data Unit ICI: Interface Control Information PCI: Protocol Control Information UD: User Data (N)-SAP (N)-IDU (N)-ICI (N)-PDU (N)-SDU Encapsulación Nivel N (N)-PDU Introducción 1 -61

Reensamblaje Receptor (N+1)-PDU Nivel N+1 (N)-ICI IDU: Interface Data Unit ICI: Interface Control Information PCI: Protocol Control Information UD: User Data (N)-SAP (N)-IDU (N)-ICI (N)-PDU (N)-SDU Desencapsulación Nivel N (N)-PDU Introducción 1 -62

¿Cuántas capas son necesarias? Depende del conjunto de funciones que se desee que tenga la arquitectura de red. Dos arquitecturas de red: TCP/IP la utilizada en Internet. Se compone de cinco capas. Describe funciones, servicios y protocolos Modelo de referencia OSI (Open System Interconnection). Se compone de siete capas. Estándar de ISO (International Organization for Standardization). Describe funciones y servicios. Introducción 1 -63

Pila de protocolos de Internet aplicación: soporta las aplicaciones de red. Sirve de interfaz con el usuario final transporte: transferencia de datos extremo a extremo entre procesos IP, protocolos de enrutamiento enlace: transferencia de datos entre elementos de red “cercanos” TCP, UDP red: direccionamiento y enrutamiento de datagramas de origen a destino FTP, SMTP, HTTP, DNS aplicación A_PDU mensaje transporte T_PDU segmento red R_PDU datagrama enlace E_PDU trama física Ethernet, 802. 11 (Wi. Fi), PPP física: bits “en el cable” Introducción 1 -64

Modelo de referencia ISO/OSI presentación: permite que las aplicaciones interpreten el significado de los datos, ej. , encriptación, compresión, codifica datos en modo estándar sesión: sincronización, puntos de comprobación, recuperación del intercambio de datos pila de Internet “omite” estas capas! estos servicios, si son necesarios, deben ser implementados en aplicación ¿necesarios? aplicación presentación sesión transporte red enlace física Introducción 1 -65

¿Cómo se implementan las capas? Nota aplicación transporte red enlace física Programas Sistema Operativo No todos los niveles están en todos los dispositivos que se usan en Internet. Software Nota hardware Al hardware que implementa el nivel de enlace y físico se conoce como interfaz de red, tarjeta de red o NIC (Network Interface Card). Introducción 1 -66

Arquitectura en capas: Internet origen Ejemplo: Dos sistemas finales interconectados por un router. aplicación transporte red enlace física destino mensaje segmento M Ht M datagrama M M Hr Ht He Hr Ht M trama Hrn Ht He Hr Ht Nota M Hx = X_PCI M = A_PCI(Ha) + Datos Usuario (UD) Ejemplo UD: Asunto/cuerpo de un e_mail Texto de un mensaje Whats. App M red enlace. He física Hr Ht M aplicación transporte red enlace física M router Medio físico Introducción 1 -67

Arquitectura en capas: Internet Ejemplo: Dos sistemas finales interconectados por un router. origen aplicación transporte red enlace física destino Protocolo aplicación Protocolo transporte Protocolo red Protocolo enlace Protocolo físico red enlace física Protocolo red Protocolo enlace Protocolo físico aplicación transporte red enlace física router Introducción 1 -68

Tema 1: Índice 1. 1 ¿Qué es Internet? 1. 2 La frontera de la red sistemas terminales, redes de acceso, enlaces 1. 3 El núcleo de la red conmutación de circuitos, conmutación de paquetes, arquitectura de la red 1. 4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de conmutación de paquetes 1. 5 Capas de protocolos y sus modelos de servicio 1. 6 Historia Introducción 1 -69

Historia de Internet 1961 -1972: principios de la conmutación de paquetes 1961: Kleinrock – teoría de colas muestra la eficacia de la conmutación de paquetes 1964: Baran – conmutación de paquetes en redes militares 1967: ARPAnet concebido por la Advanced Research Projects Agency 1969: primer nodo ARPAnet operacional 1972: demostración pública ARPAnet NCP (Network Control Protocol) primer protocolo de equipo a equipo primer programa de correo electrónico ARPAnet tiene 15 nodos Introducción 1 -70

Historia de Internet 1972 -1980: interconexión de redes, redes nuevas y propietarias 1970: red de satélite ALOHAnet en Hawaii 1974: Cerf and Kahn arquitectura para interconectar redes 1976: Ethernet de Xerox PARC finales 70’s: arquitecturas propietarias: DECnet, SNA, XNA finales 70’s: conmutación de paquetes de longitud fija (precursor ATM) 1979: ARPAnet tiene 200 nodos Cerf and Kahn’s principios de la interconexión de redes: minimalismo, autonomía – no se requieren cambios internos para interconectar redes modelo de mejor esfuerzo stateless routers control descentralizado define la arquitectura de Internet actual Introducción 1 -71

Historia de Internet 1980 -1990: nuevos protocolos, proliferación de redes 1983: despliegue de TCP/IP 1982: se define el protocolo smtp (correo electrónico) 1983: se define DNS para la traducción de nombre a dirección IP 1985: se define el protocolo ftp 1988: Control de la congestión TCP nuevas redes nacionales: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel 100, 000 equipos conectados a la confederación de redes Introducción 1 -72

Historia de Internet 1990, 2000’s: comercialización, the Web, nuevas aplicaciones principios 1990’s: ARPAnet fuera de servicio 1991: NSF levanta las restricciones sobre el uso comercial de NSFnet (fuera de servicio, 1995) principios 1990 s: Web hipertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s] HTML, HTTP: Berners-Lee 1994: Mosaic, más tarde Netscape finales 1990’s: comercialización de la Web finales 1990’s – 2000’s: más aplicaciones: mensajería instantánea, compartición de ficheros P 2 P seguridad de la red en primer plano est. 50 millones equipos, más de 100 millones usuarios enlaces backbone funcionando a Gbps Introducción 1 -73

Historia de Internet 2010: ~750 millones de equipos voz, video sobre IP aplicaciones P 2 P: Bit. Torrent (compartir ficheros) Skype (Vo. IP), PPLive (video) más aplicaciones: You. Tube, gaming, Twitter conexión inalámbrica, movilidad Introducción 1 -74

Resumen cubierta gran cantidad de ahora conoces: material! contexto, visión descripción general de Internet general, la “esencial” de la red ¿qué es un protocolo? mayor profundidad y frontera y núcleo de la red, detalles a redes de acceso continuación! conmutación de paquetes frente a conmutación de circuitos arquitectura de Internet rendimiento: pérdidas, retrasos, tasa de transferencia capas, modelos de servicio historia Introducción 1 -75

Departamento de Tecnología Electrónica Redes de Computadores Tema 1: Redes de Computadores e Internet EJERCICIOS Introducción 1 -76

TDM 1. ¿Cuánto se tarda en enviar un fichero de 640000 bits (640 Kb) desde un sistema final A al B sobre una red de conmutación de circuitos? velocidades de todos los enlaces: 1, 536 Mbps cada enlace usa TDM con 24 particiones/marco 500 ms para establecer el circuito de terminal a terminal A trabajar! Introducción 1 -77

Retardo de extremo a extremo Considerar un paquete de longitud L transmitido por un sistema terminal A que pasa a través de tres enlaces hasta alcanzar el sistema terminal destino. Los tres enlaces se conectan a través de dos router en una red de conmutación de paquetes. Considerando que di, si y Ri denotan la longitud, la velocidad de propagación y la velocidad de transmisión del enlace i, para i=1, 2, 3, que los routers retrasan cada paquete dproc, y asumiendo que no hay retardos de colas, en términos de di, si y Ri (i=1, 2, 3) y L, ¿cuál el retardo total de extremo a extremo para el paquete? Suponer ahora que la longitud del paquete es 1500 bytes, la velocidad de propagación en los enlaces es 2. 5 x 10 8 m/s, la velocidad de transmisión es 2 Mbps, el retardo de procesamiento del router es 3 ms, la longitud del primer enlace es 5000 km, la del segundo 4000 km y la del tercero 1000 km. Para estos valores, ¿cuál es el retardo de extremo a extremo? Introducción 1 -78

Retardo de cola Un router en una red conmutación de paquetes recibe un paquete y determina el enlace de salida al cual el paquete debe reenviarse. Cuando el paquete llega, otro paquete se está transmitiendo por ese enlace de salida (la mitad se ha transmitido) y tres más están esperando para ser transmitidos. Los paquetes se transmiten por orden de llegada. Suponiendo que todos los paquetes tiene una longitud de 1500 bytes y que la velocidad del enlace es de 2 Mbps. ¿Cuál es el retardo de cola del paquete? De forma general, ¿cuál es el retardo de cola cuando todos los paquetes tienen longitud L, la velocidad de transmisión es R, x bits del paquete que se está transmitiendo se han transmitido, y n paquetes están ya en la cola? Introducción 1 -79

Encapsulamiento y fragmentación Suponga que, en el modelo OSI, un protocolo de nivel de enlace de datos tiene limitado el tamaño máximo de la E_SDU a 1000 bytes, y que el protocolo de nivel de red no limita el tamaño máximo de las R_SDUs a su nivel superior. Si las T_PDUs tienen siempre un tamaño de 2000 bytes y la R_PCI ocupa 100 bytes, ¿Cuántas R_PDUs enviará el nivel de red? ¿Qué contendrá cada R_PDU ? (Nota: Las R_PDUs que se envíen deben ser del tamaño máximo posible) Introducción 1 -80

Segmentación En las redes de conmutación de paquetes modernas, el host de origen segmenta los mensajes largos de la capa de aplicación (por ejemplo, una imagen o un archivo de música) en paquetes más pequeños y los envía a la red. Después, el receptor ensambla los paquetes para formar el mensaje original. Este proceso se conoce como segmentación de mensajes. La figura ilustra el transporte terminal a terminal de un mensaje con y sin segmentación del mensajes. Paquete sin segmentación Equipo origen Conmutador de paquetes Equipo destino Paquete con segmentación Equipo origen Conmutador de paquetes Equipo destino Introducción 1 -81

Segmentación - Considerar que se envía un mensaje cuya longitud es 8 x 10 6 bits desde el origen hasta el destino mostrados en esa figura. Suponga que cada enlace mostrado es de 2 Mbps. Ignore los retardos de propagación, de cola y de procesamiento. - Suponga que el mensaje se transmite desde el origen al destino sin segmentarlo. ¿Cuánto tarda el mensaje en desplazarse desde origen hasta el primer router? Teniendo en cuenta que cada router usa el método de store and forward, ¿cuál es el tiempo total que invierte el mensaje para ir desde el equipo origen al destino? - Suponga ahora que el mensaje se segmenta en 4000 paquetes y que la longitud de cada uno es 2000 bits. ¿Cuánto tarda el primer paquete en desplazarse desde el origen hasta el primer router? Cuando se está enviando el primer paquete del primer router al segundo, el host de origen envía un segundo paquete al router. ¿en qué instante de tiempo habrá recibido el primer router el segundo paquete completo? ¿Cuánto tarda en transmitirse el archivo desde el host origen al destino cuando se emplea la segmentación de mensajes? Compare este resultado con la respuesta del primer apartado y coméntelo. - Comente los inconvenientes de la segmentación de mensajes. Introducción 1 -82