William Stallings Comunicaciones y Redes Computadores

1. William StallingsComunicaciones y Redes Computadores Capítulo 1 Introducción Redes de Datos Cap.1

2. Objetivo de las Telecomunicaciones • Intercambiar información entre entidades Redes de Datos Cap.1

3. 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 Redes de Datos Cap.1

4. Modelo Simplificado para las Telecomunicaciones

5. Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones • Utilización del Sistema de Transmisión: • Hacer uso eficaz de los recusos usados en la transmisión, que suelen ser compartidos entre varios dispositivos de comunicación • La capacidad total del medio de transmisión se reparte entre los usuarios haciendo uso de técnicas de multiplexión. • Necesidad de técnicas de control de congestión para garantizar que el sistema no se sature • Interfaz entre el dispositivo y el medio de transmisión • Todas las técnicas de transmisión dependen en última instancia de la utilización de ondas electromagnéticas que se transmitirán a través del medio Redes de Datos Cap.1

6. Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones • Generación de la Señal • Las características de la señal tales como, la forma y la intensidad deben ser acondicionadas para que puedan: • ser propagadas a través del medio • ser interpretadas en el receptor como datos • Sincronización • El receptor (Rx) debe ser capaz de determinar cuándo comienza y termina la señal recibida • El receptor (Rx) deberá conocer la duración de cada elemento de señal Redes de Datos Cap.1

7. Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones • Gestión de Intercambio • Establecer, mantener y terminar una comunicación • Establecer si ambos dispositivos pueden transmitir simultáneamente o lo debe hacer por turnos • Decidir la cantidad y formato de los datos • Especificar qué hacer en caso de que se den ciertas contingencias (p.e. detección de errores) • Detección y Corrección de Errores • Siempre es posible que surjan errores en los sistemas de telecomunicaciones • Se debe implementar una forma de detección y/o corrección de errores Redes de Datos Cap.1

8. Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones • Control de Flujo • Para evitar que la fuente sature al destino transmitiendo datos más rápidamente de lo que el Rx pueda procesar. • Direccionamiento y Encaminamiento (Enrutamiento) • cuando el sistema se comparte por varios dispositivos se garantizar que el destino y sólo ése, reciba los datos • Si el sistema de transmisión es una red, se necesita elegir la ruta más apropiada • Recuperación • Puede ocurrir una interrupción por una falla • Debe haber un mecanismo que permita continuar transmitiendo desde donde se produjo la interrupción Redes de Datos Cap.1

9. Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones • Formato de Mensajes • Debe existir un acuerdo entre las partes involucradas respecto del formato de los datos intercambiados. P.e. código binario usado para representar caracteres. • Seguridad • Asegurar que sólo el destino deseado reciba los datos • Asegurar al Rx que los datos no han sido alterados en la transmisión • Asegurar al Rx que los datos provienen del supuesto emisor • Administración de la Red • Se necesita la habilidad de un gestor de red que: • Configure el sistema, monitorice su estado, reaccione ante fallas y sobrecargas y planifique con acierto los futuros crecimientos Redes de Datos Cap.1

10. Modelo Simplificado para la Comunicación de Datos Redes de Datos Cap.1

11. Networking (Redes) • 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 inpráctico de conexiones • Número de conexiones necesarias = N x (N-1)/2 • Solución es una red de comunicaciones Redes de Datos Cap.1

12. Modelo Simplificado de Red Redes de Datos Cap.1

13. Redes de Área Amplia (Wide Area Networks WAN) • Área geográfica grande • Cruzan rutas de acceso público • Tecnologías alternativas • Conmutación de Circuitos (Circuit switching) • Conmutación de Paquetes (Packet switching) • Retransmisión de tramas (Frame relay) • Asynchronous Transfer Mode (ATM) Redes de Datos Cap.1

14. 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 • e.g. Red telefónica Redes de Datos Cap.1

15. Conmutación de Paquetes (Packet Switching) • Se establece un canal virtual • Los datos se envían en secuencia • Pequeñas unidades (paquetes) de datos • 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 entre terminal a computador y computador a computador Redes de Datos Cap.1

16. Retransmisión de Tramas (Frame Relay) • El sistema de conmutación de paquetes tiene gran trabajo extra para compensar los errores de transmisión • Los sistemas modernos son más confiables • Los errores pueden ser tratados en los sistemas finales • Se elimina el control de errores • Velocidades típicas 64 Kbps, 2 Mbps Redes de Datos Cap.1

17. Modo de Transferencia Asincrónico(Asynchronous Transfer Mode ATM) • ATM(a veces llamado retransmisión de celdas cell relay) • Evolución de Frame Relay • FR usa paquetes de longitud variable llamadas tramas • ATM usa paquetes de longitud fija (53 bytes) denominadas celdas • esto reduce el esfuerzo adicional de procesamiento • Poca información adicional para el control de errores • Velocidades desde 10Mbps to Gbps Redes de Datos Cap.1

18. Red Digital de Servicios Integrados RDSI(Integrated Services Digital Network ISDN) • ISDN • Diseñada para reemplazar la redes públicas de telecomunicaciones existentes • Amplia variedad de servicios • Enteramente digital Redes de Datos Cap.1

19. Redes de Área Local(Local Area Networks LAN) • Cobertura pequeña comparada con WAN • Edificios y pequeños campus • Usualmente son de propiedad de la misma entidad que es propietaria de los dispositivos • Velocidades mucho mayores que en WAN • Usa la difusión en lugar de técnicas de conmutación • una transmisión desde cualquier estación se recibirá por todas las otras estaciones • Actualmente se han introducido sistemas conmutados y ATM Redes de Datos Cap.1

20. Protocolos • Conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre dos entidades • Usado para comunicaciones entre entidades en un sistema • Entidadescualquier cosa capaz de enviar y recibir datos • Aplicaciones de usuarios • gestores de e-mail • terminales • Sistemas es un objeto físico que contiene una o más entidades Redes de Datos Cap.1

21. 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) Redes de Datos Cap.1

22. Elementos Claves de un Protocolo • Los puntos claves que definen o caracterizan a un protocolo son: • Sintaxisincluye aspectos de: • Formato de los datos • Niveles de señal • Semánticaincluye aspectos de: • Información de control para la coordinación • Manejo de errores • Timing(Temporización) • Sintonización de velocidades • Secuenciación Redes de Datos Cap.1

23. Arquitectura de un Protocolo • Tareas de comunicación separadas en módulos • Por ejemplo transferencia de archivo podría usar tres módulos • Aplicación para la transferencia de archivos • Módulo de servicio de comunicaciones • Módulo de acceso a la red Redes de Datos Cap.1

24. Arquitectura simplificada en Transferencia de Archivos Redes de Datos Cap.1

25. A Modelo de Tres Capas • Capa de Acceso a la red • Capa de transporte • Capa de aplicación Redes de Datos Cap.1

26. Capa de Acceso a la Red • Relacionada con el intercambio de datos entre el computador y la red • El computador emisor debe proporcionar a la red la dirección del destino • Puede invocar algunos servicios proporcionados por la red (p.e. gestión de prioridades) • El software de esta capa dependerá del tipo de red usado (normas para: LAN, packet switched etc.) • de esta manera los softwares de comunicaciones que estén sobre la capa de acceso a la red no tendrán que preocuparse de las características de la red. Podrán trabaja independientemente del tipo de red. Redes de Datos Cap.1

27. Capa de Transporte • Intercambio confiable de datos • es deseable estar seguros de que todos los datos llegan a la aplicación destino y además en el mismo orden en que fueron enviados • Independiente de la red que se está usando • Independiente de la naturaleza de las aplicaciones Redes de Datos Cap.1

28. Capa de Aplicación • Contiene la lógica necesaria para soportar varias aplicaciones de usuario • p.e. para cada tipo distinto de aplicación se necesita un módulo independiente y con características bien definidas • e.g. e-mail, file transfer Redes de Datos Cap.1

29. 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 Servicio (Service Access Point SAP) Redes de Datos Cap.1

30. Redes y Arquitecturas de Protocolos Redes de Datos Cap.1

31. Protocolos en una Arquitectura Simplificada Redes de Datos Cap.1

32. 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 datos del usuario Redes de Datos Cap.1

33. Unidades de Datos de los Protocolos UDP (Protocol Data Units PDU) • Cada fragmento tiene agregado un encabezado • SAP destino:cuando la capa de transporte destino reciba la PDU de transporte, deberá saber para quién van destinados los datos • Número de Secuencia: las PDU de transporte se enumeran por si llegan en desorden a destino, la entidad de transporte destino debe ser capaz de ordenarlas • Código de detección de Error: la PDU transmitida incluye un código que es función del contenido del resto de la PDU. En el Rx se realiza el mismo cálculo y compara los resultados con el código recibido. Si hay discrepancia, hay error en la transmisión, y el Rx podrá descartar la PDU y adoptar acciones oportunas para su corrección. Redes de Datos Cap.1

34. PDU de Red • Agrega encabezado o cabecera de red a los datos provenientes de la capa de transporte. • La cabecera de red contiene: • dirección de red del computador destino • la red debe saber a quién debe entregar los datos • Solicitud de recursos • el protocolo de acceso a la red puede pedir a la red que realice algunas funciones, como p.e. gestionar prioridades Redes de Datos Cap.1

35. Operación de una Arquitectura de Protocolo Redes de Datos Cap.1

36. Arquitectura Protocolo TCP/IP • Desarrollado por Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) de USA para su red de conmutación de paquetes (ARPANET) • Usado por la Internet global • Modelo no oficial pero que trabaja • Capa de Aplicación • Capa de transporte o Host to host • Capa Internet • Capa de acceso a la red • Capa física Redes de Datos Cap.1

37. 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. Redes de Datos Cap.1

38. 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) Redes de Datos Cap.1

39. 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 Redes de Datos Cap.1

40. Capa de Transporte (TCP) • Independientemente de la naturaleza de las aplicaciones se requiere que: • La entrega de datos sea confiable • Se asegureque 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 Redes de Datos Cap.1

41. Capa de Aplicación • Contiene la lógica necesaria para soportar 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 (hipertex transfer protocol), SMTP (simple mail tranfer protocol) Redes de Datos Cap.1

42. Modelo de Arquitectura de Protocolo TCP/IP Redes de Datos Cap.1

43. 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 Redes de Datos Cap.1

44. Capas OSI • Aplicación: • Es la capa más cercana al usuario • Brinda servicios de red a las aplicaciones del usuario • No brinda servicios a ninguna otra capa OSI, sino que a procesos de aplicación • p.e. hojas de cálculo, procesamiento de texto, etc. • 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) Redes de Datos Cap.1

45. Capas OSI • Sesión: • Proporciona el control de la comunicación entre las aplicaciones ; establece, administra y cierra las conexiones (sesiones) entre las aplicaciones cooperadoras • Brinda sus servicios a la capa de presentación • 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 • Proporciona seguridad, transferencia transparente de datos entre los puntos finales: proporciona además procedimientos de recuperación de errores y control de flujo origen destino Redes de Datos Cap.1

46. Capas OSI • 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 • Enlace de Datos: • Ofrece 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 Redes de Datos Cap.1

47. Capas OSI • Física: • Se encarga de la transmisión de cadenas de bits no estructurados sobre el medio físico; está relacionada con las características mecánicas, eléctricas, funcionales y de procedimiento para acceder al medio físico • Aquí se definen características tales como: • niveles de voltaje • sincronización de cambio de voltaje • velocidad de datos físicos • distancias máximas de transmisión • conectores físicos Redes de Datos Cap.1

48. 7 Aplicación 6 Presentación 5 Sesión 4 Transporte 3 Red 2 Enlace de Datos 1 Física Modelo de Referencia OSI 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 Redes de Datos Cap.1

49. OSI v/s TCP/IP Redes de Datos Cap.1

50. 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 Redes de Datos Cap.1