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Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

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Redes de Telecomunicación

Luis López Fernández

2006

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Redes de Telecomunicación

ContenidosContenidos

Lección 1.1: IntroducciónRedes: motivaciónFundamentos de transmisión de datos

Lección 1.2: El núcleo de la redConmutación de circuitosConmutación de paquetes

Lección 1.3: Acceso a la redTecnologías de acceso fijoAcceso sin cables

Lección 1.4: Software de redesEncapsulamientoJerarquías de protocolos

Lección 1.5: Modelos de referenciaEl modelo OSIEl modelo TCP/IP

Lección 1.6: InternetHistoria de InternetEstructura de Internet

Page 3: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Comunicación: motivaciónComunicación: motivación

¿Por qué nos interesa la comunicación?•Para compartir recursos•Para compartir información•Para coordinar un conjunto de acciones/procesos

¿Qué impacto tienen las tecnologías de telecomunicación?•Aumentar la información disponible y la coordinación•Disminuir los costes•Aumentar la eficiencia•Disminuir los tiempos de respuesta ante incidencias o cambios•Aumentar la productividad•Etc.

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Comunicación: el papel de las redesComunicación: el papel de las redes

Infraestructuras de comunicación

(Permiten trasmitir mensajes entre nodos

remotos)

terminales

Red: Conjunto de infraestructuras de interconexión que permiten el establecimiento de una comunicación entre dos o más terminales a través del

intercambio de información

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Topología de red: ejemplosTopología de red: ejemplos

Red completamente

conectada

Red centralizada en estrella

Red en anillo unidireccional

Red en bus con medio compartido

¿Requiere mecanismo de direccionamiento? (Identificar cada destinatario a través de un nombre único)

¿Requiere mecanismo de encaminamiento? (Determinar el camino a seguir entre varios posibles)

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Ingredientes de una redIngredientes de una red

•Elementos Físicos•Medios de transmisión•Dispositivos de emisión – recepción•CPUs, memoria, etc.•Hardware específico

Elementos lógicos•Elementos lógicos que gestionen el proceso de intercambio de mensajes entre los diferentes elementos con el fin de que la comunicación extremo – a – extremo tenga lugar

-Software para redes de comunicaciones-Firmware para redes de comunicaciones

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Elementos Físicos: señales y comunicacionesElementos Físicos: señales y comunicaciones

•Señal de informaciónVariación de una propiedad física (presión, voltaje, intensidad luminosa, etc.) producida por un emisor, que es susceptible de ser recibida por un receptor

•Medio de transmisiónSoporte físico por el que viaja la señal de información

Ejemplos de transmisión de informaciónTransmisión analógica de voz a través del aireTransmisión digital de datos a través de un par de cables

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Transmisión digital: parámetros de interésTransmisión digital: parámetros de interés

Ancho de banda•Mide la cantidad de información digital que se puede enviar por unidad de tiempo•La información digital se mide en bits•Un bit es la información que transporta un dígito binario (normalmente 0 o 1)•El ancho de banda se mide en bits por segundo

Retardo de transmisión•Mide el tiempo que transcurre desde que el emisor envía un bit hasta que el receptor lo recibe•Se mide en segundos

Calidad de transmisión - BER (Bit Error Rate)•Mide la probabilidad de que se produzca un error en la transmisión de un bit debido a las alteraciones que el medio de transmisión añade sobre la señal•No tiene unidades

Prefijos métricos en telecomunicaciones

mili (m) 10-3 Kilo (K) 103

micro () 10-6 Mega (M) 106

nano (n) 10-9 Giga (G) 109

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Medios de transmisión: cablesMedios de transmisión: cables

Cables de Par trenzado•Un par de alambres de cobre aislados y trenzados helicoidalmente•Buena calidad de transmisión para distancias cortas (centenares de metros)•Existen diferentes clases dependiendo del tipo de trenzado y del diámetro•Categoría 3:

-Bucle local para abonados de telefonía fija-Ethernet 10Mbps

•Categoría 5:-Ethernet 100Mbps

Cables Coaxiales•Un alambre de cobre rígido, rodeado de un material aislante, que está, a su vez, forrado de un conductor cilíndrico•Buena calidad de transmisión para distancias intermedias (algunos kilómetros)

-Los primeros sistemas Ethernet lo utilizaban-Redes HFC (Hibrid Fiber Coaxial) de televisión por cable

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Transmisión por fibra ópticaTransmisión por fibra óptica

•Fibra óptica•Fibra de vidrio (cristal de ventana) que transporta impulsos de luz•Buena calidad de transmisión para distancias largas (centenares de kilómetros)•Altísimas tasas de transmisión

-Anchos de bada típicos: 10 Gbps-Anchos de banda máximos: 50 Tbps

•Inmune al ruido electromagnético•Muy difícil de “pinchar”•Múltiples aplicaciones en las que se requieran elevadas tasas de transmisión

-Redes de área local (FDDI)-Redes troncales de telefonía (SDH – SONET)-Núcleo de las redes de datos (Internet)-Etc.

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Transmisión a través de ondas radioeléctricasTransmisión a través de ondas radioeléctricas

•Ondas radioeléctricas•Las señales viajan como ondas radioeléctricas•No existe ningún tipo de “cable” que sirva de “guía”•Se interceptan con facilidad•Muy sensibles al entorno de propagación

-Reflexiones, desvanecimientos-Obstrucción de objetos, Interferencias

•Aplicaciones-Microondas terrestres

-Canales de hasta 45Mbps-Redes de área local

-Diferentes estándares: 10Mbps, 54Mbps-Redes de telefonía móvil

-GSM, 3G-Comunicaciones por satélite

-Canales de hasta 56Mbps-Geoestacionarios: 270ms de retardo de extremo a extremo-LEOS

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Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético

Page 13: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Transmisión símplex, dúplex y semidúplexTransmisión símplex, dúplex y semidúplex

•Conexión dúplex (dúplex total, full duplex):•Permite el flujo de tráfico en ambas direcciones de manera simultánea•Ejemplo: Una calle ancha de doble sentido por donde pueden circular dos coches a la vez

•Conexión símplex:•Permite el flujo de tráfico en una sola dirección•Ejemplo: Una calle de un solo sentido

•Conexión semidúplex (half-duplex):•Permite el flujo de tráfico en ambas direcciones, pero sólo en un sentido a la vez•Ejemplo: Una calle estrecha de doble sentido donde sólo puede circular un coche a la vez

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Lección 1.1: Comentarios y referenciasLección 1.1: Comentarios y referencias•Comentarios y reflexiones

•Las redes de ordenadores son el principal protagonista de la Sociedad de la Información, en detrimento de otras redes más tradicionales, ¿por qué?•Los cables de par trenzado son los más utilizados en las redes de ordenadores, ¿por qué? Investiga qué tipos existen y cuáles son sus características•Existe una relación ente el rango de frecuencias que componen una señal y la cantidad de información que esta puede transportar. Investiga cuál es esta relación. ¿Crees que este hecho guarda alguna relación con la capacidad de transmisión de los medios que hemos estudiado?•Las ondas radioeléctricas pueden atravesar paredes y edificios, aunque esta capacidad depende de su frecuencia. Investiga este fenómeno

•Referencias•Redes de Computadores. Andrew S. Tanenbaum. Prentice Hall, Cuarta Edición, 2003

-Capítulo1: Introducción-Capítulo 2: Capa Física

•Redes de Computadores, un enfoque descendente basado en Internet. James F. Kurose y Keith W. Ross. Addison Wesley, Segunda Edición, 2003

-Capítulo 1: Redes de Computadores e Internet

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ContenidosContenidos

Lección 1.1: IntroducciónRedes: motivaciónFundamentos de transmisión de datos

Lección 1.2: El núcleo de la redConmutación de circuitosConmutación de paquetes

Lección 1.3: Acceso a la redTecnologías de acceso fijoAcceso sin cables

Lección 1.4: Software de redesEncapsulamientoJerarquías de protocolos

Lección 1.5: Modelos de referenciaEl modelo OSIEl modelo TCP/IP

Lección 1.6: InternetHistoria de InternetEstructura de Internet

Page 16: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Elementos físicos en una redElementos físicos en una red

Sistemas terminales•Son los dispositivos en los que se ejecutan las aplicaciones que requieren un servicio de comunicación

•Pueden ser de múltiples naturalezas:•Ordenadores personales (PC)•Teléfonos•PDAs•Teléfonos móviles•Etc.

Núcleo de la red (core network)•La parte de la red cuyo objetivo es hacer llegar los mensajes desde lugar en que se emiten hasta el lugar en que deben recibirse

Sistemas de acceso•La parte de la red que se ocupa de conectar, de manera eficiente y económica, los nodos terminales y el núcleo de la red

conmutador PC

servidormóvil

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El núcleo de la red (core network)El núcleo de la red (core network)

•Objetivo: Hacer llegar mensajes desde el emisor hasta el receptor

•Componentes:•Líneas y sistemas de transmisión•Dispositivos de encaminamiento

•Conmutadores•Encaminadores = Enrutadores = Routers

•Prioridades:•Eficiencia y velocidad•Deben dar servicio a un número muy elevado de usuarios

•Cómo hacer viajar la información en la red•Conmutación de circuitos: Se establece un circuito de transmisión de uso exclusivo entre el emisor y el receptor•Conmutación de paquetes: Los datos se envían a través de la red partidos en pedazos (paquetes) cada uno de los cuales viaja de manera independiente

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Conmutación de circuitosConmutación de circuitos

•Se reservan los recursos necesarios para establecer un circuito desde el emisor hasta el receptor

•Ancho de banda de los enlaces•Capacidad de conmutación

•Los recursos se dedican en exclusiva (no se comparten)•Se garantizan las prestaciones•Requiere establecimiento de la comunicación•El sistema telefónico se basa en la conmutación de circuitos•Cómo se hace?

•Los recursos se dividen en “pedazos”•Cada pedazo se asigna a una comunicación•Si una comunicación está inactiva, sus recursos se desperdician

•Hay dos mecanismos básicos•Multiplexación por división en frecuencia•Multiplexación por división en el tiempo

Page 19: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

•FDMA: Frequency Division Multiple Access

frecuencia

tiempo

•TDMA: Time Division Multiple Access

frecuencia

tiempo

4 usuarios

Ejemplo:FDMA y TDMAFDMA y TDMA

Page 20: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Conmutación de paquetesConmutación de paquetes

•Los datos a transmitir se dividen en paquetes•Cada paquete puede ser encaminado, de forma independiente, desde el emisor hasta el receptor•Todos los paquetes comparten los mismos recursos de transmisión y conmutación•Cada paquete utiliza de manera plena los recursos mientras es transmitido•Se utiliza el principio “store and forward” (almacena y reenvía)

•Los paquetes que llegan a un router se almacenan en una cola hasta que les llegue su turno y puedan ser transmitidos hacia el siguiente router o hacia su destino

Los recursos comunes re reparten a través de un mecanismo de “multiplexación estadística” en el tiempo

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Conmutación de circuitos Vs conmutación de paquetesConmutación de circuitos Vs conmutación de paquetes

1 Mbps link

1 Mbps link

TDMA

Multiplexación estadística

La conmutación de paquetes permite utilizar de manera óptima los recursos disponibles

Coste: no se garantiza un reparto equitativo de recursos entre los usuarios

Page 22: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Conmutación de circuitos Vs conmutación de paquetesConmutación de circuitos Vs conmutación de paquetes

N usuarios1 Mbps link

Ejemplo•Enlace 1Mbps•Cada usuario

•100Kbps si “activo”•Activo 10% del tiempo

•Conmutación de circuitos•10 usuarios•Garantizados 100Kbps

•Conmutación de paquetes•Con 35 usuarios•Probabilidad > 10 activos es menor que 0.0004

•La conmutación de paquetes permite dar servicio a un número mayor de usuarios•Coste: no se garantiza la calidad de servicio

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Conmutación de paquetes y congestiónConmutación de paquetes y congestión

1 Mbps en todos los enlaces

1 Mbps en todos los enlaces

Conmutación de circuitos•Se garantiza que toda la información que se envía en cada intervalo de tiempo puede ser encaminada•No se pierde información•El retardo es constante

Conmutación de paquetes•En un intervalo de tiempo, pueden llegar más paquetes al router de los que éste puede enviar•Si la situación se prolonga, decimos que el router entra en congestión•Se pueden perder paquetes•Los retardos no son constantes

500 bits

1000 bits

Page 24: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Almacenar – y – enviar (Store – and – forward)Almacenar – y – enviar (Store – and – forward)

•Tardamos L/R segundos en transmitir un paquete de L bits sobre un enlace de R bps

•El paquete debe ser recibido completamente antes de poder ser reenviado (almacenar – y – enviar)

•Retardo: 3L/R

•Nota: Consideramos tiempo de propagación despreciable

R R RL

•Ejemplo

•L = 7,5 Mbits

•R = 1,5 Mbps

•Retardo = 15 s

Page 25: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Almacenar – y – enviar (Store – and – forward)Almacenar – y – enviar (Store – and – forward)

•Rompamos ahora el mensaje en 5.000 paquetes de menor tamaño

•Cada paquete tiene P = L /5.000 = 1.500 bits

•P/R = 1ms para transmitir el paquete en cada enlace

R R RL

•Ejemplo

•L = 7,5 Mbits

•R = 1,5 Mbps

•Retardo = 5,003 s

Page 26: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Tipos de redesTipos de redes

Redes de Telecomunicación

Conmutación de circuitos

FDM TDM

Conmutación de paquetes

Circuitosvirtuales

Redes deDatagramas

Page 27: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Lección 1.2: Comentarios y referenciasLección 1.2: Comentarios y referencias•Comentarios y reflexiones

•Las redes de telefonía se basan en la conmutación de circuitos, sin embargo, en los últimos años son numerosas las aplicaciones que utilizan Internet para transmitir voz humana interactiva (p.e. skype). ¿Qué ventajas e inconvenientes tienen dichas aplicaciones?•Los sistemas de conmutación de paquetes utilizan la multiplexación estadística para determinar cuál es el siguiente paquete a transmitir. En una red con congestión, ¿garantiza este mecanismo que los recursos se reparten de manera justa? Investiga y averigua si existen trabajos sobre este tema•Las tecnologías ATM incorporan una solución que trata de incorporar las ventajas de la conmutación de paquetes y de circuitos sin sufrir sus inconvenientes. Investiga cuál es el mecanismo que se utiliza

•Referencias•Redes de Computadores. Andrew S. Tanenbaum. Prentice Hall, Cuarta Edición, 2003

-Capítulo1: Introducción-Capítulo 2: Capa Física

•Redes de Computadores, un enfoque descendente basado en Internet. James F. Kurose y Keith W. Ross. Addison Wesley, Segunda Edición, 2003

-Capítulo 1: Redes de Computadores e Internet

Page 28: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

ContenidosContenidos

Lección 1.1: IntroducciónRedes: motivaciónFundamentos de transmisión de datos

Lección 1.2: El núcleo de la redConmutación de circuitosConmutación de paquetes

Lección 1.3: Acceso a la redTecnologías de acceso fijoAcceso sin cables

Lección 1.4: Software de redesEncapsulamientoJerarquías de protocolos

Lección 1.5: Modelos de referenciaEl modelo OSIEl modelo TCP/IP

Lección 1.6: InternetHistoria de InternetEstructura de Internet

Page 29: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Sistemas de acceso: InternetSistemas de acceso: Internet

¿Cómo conectamos los sistemas terminales a los encaminadores del núcleo?

•Redes de acceso residencial

•Redes de acceso institucionales

•Redes de acceso móviles

Parámetros a tener en cuenta

•Ancho de banda

•Coste

•Dedicadas o compartidas

Nos centramos en Internet

Page 30: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Acceso a través del sistema telefónico fijo: ModemsAcceso a través del sistema telefónico fijo: Modems

Características del sistema telefónico•Muy extendido•Preparado para la transmisión de voz, no para datos•Analógico en el bucle local

Acceso a redes de ordenadores mediante el sistema telefónico•Codificar la información digital mediante formas de onda “similares” a la voz humana (en rangos de frecuencia)•Impide utilizar la línea de telefonía para “hablar”•Modem: Modulador – Demodulador•Diversos estándares:

-V.34: -33.600 bps full duplex

-V.90: -33.600 de subida (“uplink”)-56.000 de bajada (“downlink”)

Codec de voz

Page 31: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Acceso a través del sistema telefónico fijo: ADSLAcceso a través del sistema telefónico fijo: ADSL

¿Es posible un mayor ancho de banda a través del bucle local?•Ancho de banda máximo para cable de categoría 3 en función de la distancia•Asumimos que los filtros y codecs de voz no están presentes•Es posible ofrecer un servicio de más alta velocidad siempre y y cuando el proveedor disponga de equipos “especiales” en las centrales locales

Page 32: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Acceso a través del sistema telefónico fijo: ADSLAcceso a través del sistema telefónico fijo: ADSLADSL: Asymmetrical Digital Subscriber Line

•Proporciona un servicio full duplex asimétrico•Hasta 1Mbps de “subida” (up-link)•Hasta 8Mbps de “bajada” (down-link)•Utiliza la línea telefónica convencional•Permite establecer llamadas de voz de forma simultánea

ADSL: algunos detalles tecnológicos•Se basa en FDMA para “separar” la voz y lo los datos•Requiere que el proveedor instale equipos especiales•Estos equipos reciben la señal antes de que esta alcance los codecs de voz

NID

Conmutadorde voz

DSLAM

Línea telefónica

ModemADSL

Divisor Divisor

Codec de voz

Digital Subscriber Line Access Multiplexer

NetworkInterfaceDevice

Page 33: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Redes de cable: cable modemRedes de cable: cable modemOrigen

•Empresas de televisión por cable•Disponen de infraestructuras de comunicación que alcanzan multitud de clientes, tanto residenciales como empresariales•Ofrecen un servicio integrado: televisión, teléfono, Internet, etc.

HFC (Hibrid Fiber Coaxial)•Redes de fibra óptica y cable coaxial unen a los clientes con los routers de acceso a la red•Prestaciones típicas

-27 Mbps de “bajada” (down-link)-9 Mbps de “subida” (up-link)

•Medio compartido•Puede tener mejores o peores prestaciones que el ADSL dependiendo del número de usuarios activos en cada momento

hogares

coaxialfibra Head end

Page 34: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Redes de cable: cable modemRedes de cable: cable modem

Fuente: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html

Page 35: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Accesos corporativos: redes de área localAccesos corporativos: redes de área local

•En vez de facilitar un acceso a cada nodo terminal, todos los ordenadores corporativos se conectan en una red “interna” utilizando uno o varios routers

•Al menos uno de esos routers cuenta con un enlace que le conecta al núcleo de la red superior (p.e. Internet)

•Este enlace puede ser ADSL, Cable Modem (soluciones económicas) e incluso directamente un enlace de fibra óptica (más caro)

•Los ordenadores corporativos suelen conectarse utilizando redes de área local (Local Area Network – LAN).

•Las redes de área local más populares son las de tecnología Ethernet:

-10 Mbps (Obsoletas)

-100 Mbps (Muy utilizadas)

-1 Gbps (Caras todavía)

Lín

ea d

e sa

lida

Page 36: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Redes de área local inalámbricasRedes de área local inalámbricas

Estaciónbase

Hostsmóviles

router

•La interconexión entre los nodos terminales y el router corporativo se realiza a través de un enlace inalámbrico

•El medio de transmisión (aire) es compartido

•Muy sensible a interferencias electromagnéticas

•Existen numerosos estándares

-IEEE 802.11b (WiFi): 11Mbps

-IEEE 802.11a: 54Mbps

-IEEE 802.11g: 54Mbps

¿Qué sucede con la privacidad?

Page 37: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Redes domésticasRedes domésticas

Punto de Acceso WiFi

portátiles

router/firewall

ADSLAl proveedor

Ethernet

•Posibilidad de conectar diferentes dispositivos

•Posibilidad de desplazar los hosts en el hogar

•Acceso a través de ADSL o Cable Módem

•Bajo coste

•Muy populares en la actualidad

Page 38: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Otros mecanismos de acceso: redes de telefonía móvilOtros mecanismos de acceso: redes de telefonía móvil

•Muy extendidas y con gran popularidad•La mayor parte de los territorios habitados disponen de cobertura•Se adaptan fácilmente a la transmisión de datos•Los recursos se comparten dentro de cada celda

-GSM: Capacidad equivalente a un canal de voz GSM (9,6 Kbps)-GPRS: Puede utilizar varios canales de voz GSM simultáneamente (C<112 Kbps)-UMTS y 3G: Diversos estándares (C = 384 Kbps, llegará hasta 2Mbps en el futuro)

BSS

GSL

Antena

BSC

BTS

MSC

A (MTL)

BSC

BTS

PCU

Abis (RSL)

CELDA

MS

CS Domain

PS Domain

SGSNGGSN

Gb

Air Interface

PDN

Portadoras

Gn

Gi

Page 39: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Otros mecanismos de acceso: satélitesOtros mecanismos de acceso: satélites

•Basado fundamentalmente en satélites geoestacionarios•Hasta 56 Mbps en bajada, hasta 384 Kbps en subida•Retardos elevados (300ms)•La única solución posible para acceso en entornos rurales remotos•Dos posibilidades

-Subida por modem – bajada por satélite-Requiere sólo antena receptora (mucho más barata)-Requiere la presencia de una línea telefónica apropiada

-Subida por satélite – bajada por satélite-Requiere antena y equipamiento emisor (mucho más caro)-No requiere ningún elemento adicional (aparte de la potencia eléctrica)

Page 40: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Lección 1.3: Comentarios y referenciasLección 1.3: Comentarios y referencias•Comentarios y reflexiones

•La fibra óptica dispone de anchos de banda muy superiores a los del resto de medios de transmisión. ¿Por qué crees entonces que no se utiliza habitualmente como tecnología de acceso a Internet?•Investiga qué costes tienen en tu ciudad los diferentes mecanismos de acceso que hemos presentado. Presenta en una tabla los resultados incorporando las prestaciones que se ofrecen en cada uno de ellos•El espectro electromagnético es un recurso gestionado por los estados. Para transmitir en una determinada franja de frecuencias es necesario contar con una licencia que lo autorice. ¿Necesitas licencia para instalar una red WiFi en tu casa? Investiga al respecto en la legislación pertinente

•Referencias•Redes de Computadores. Andrew S. Tanenbaum. Prentice Hall, Cuarta Edición, 2003

-Capítulo1: Introducción-Capítulo 2: Capa Física

•Redes de Computadores, un enfoque descendente basado en Internet. James F. Kurose y Keith W. Ross. Addison Wesley, Segunda Edición, 2003

-Capítulo 1: Redes de Computadores e Internet•http://www.idg.es/iworld/articulo.asp?id=133607

Page 41: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

ContenidosContenidos

Lección 1.1: IntroducciónRedes: motivaciónFundamentos de transmisión de datos

Lección 1.2: El núcleo de la redConmutación de circuitosConmutación de paquetes

Lección 1.3: Acceso a la redTecnologías de acceso fijoAcceso sin cables

Lección 1.4: Arquitectura de redesEncapsulamientoJerarquías de protocolos

Lección 1.5: Modelos de referenciaEl modelo OSIEl modelo TCP/IP

Lección 1.6: InternetHistoria de InternetEstructura de Internet

Page 42: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

El concepto de servicioEl concepto de servicio

Servicio: Conjunto de facilidades que un sistema ofrece para satisfacer una necesidad, así cómo las garantías asociadas a las mismas

Ejemplo de servicios de comunicaciones humanas

•Correo postal

•Correo postal certificado con acuse de recibo

•Radiodifusión

•Telefonía

•Videoconferencia

•Etc.

•Las redes de ordenadores ofrecen e implementan servicios de comunicación entre los mismos

•El servicio va a ser el hilo vertebrador a partir del cual vamos a comprender la estructura y funciones de las redes

Page 43: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

El concepto de protocoloEl concepto de protocolo

Protocolo: Conjunto de reglas que rigen el intercambio de mensajes entre dos entidades que se comunican para lograr un fin

•Ejemplo de protocolo humano: Pedir la hora

•Finalidad: Obtener información sobre la hora actual de la otra entidad

Entidad 1 Entidad 2

KJDjdjKJDF

Hola

Hola

Tiene hora?

Son las tres

Page 44: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Diseñando redes de telecomunicaciónDiseñando redes de telecomunicación

Toda red cuenta con dos ingredientes esenciales

Elementos físicos:

•Medios de comunicación: cables, fibra óptica, emisores, receptores, etc.

•Elementos de conmutación y encaminamiento

•Elementos de control: CPUs, memorias, etc.

Elementos lógicos:

•Procedimientos que controlan los medios físicos para llevar a cabo los servicios. Normalmente se implementan como un software de comunicaciones

Las redes ofrecen multitud de servicios que requieren elementos lógicos (software) y físicos (hardware) complejos y difíciles de desarrollar y mantener (elementos de tiempo real, ejecución concurrente, interacción entre sistemas remotos desarrollados por personas diferentes, etc.)

¿Qué técnicas conocemos para minimizar los problemas asociados al desarrollo y mantenimiento de software complejo?

Page 45: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Desarrollo y mantenimiento de sistemas complejos: Desarrollo y mantenimiento de sistemas complejos: encapsulación y aislamientoencapsulación y aislamiento

Los servicios que queremos implementar son complejos y utilizan procedimientos y protocolos complicados.

Para simplificar las labores de desarrollo y mantenimiento utilizamos el principio de la encapsulación como mecanismo de abstracción:

Principio: •Ofrecer un conjunto de operaciones a través de una interfaz establecida•Ocultar los detalles de implementación•Aislar los diferentes elementos de forma que se confinen funcionalidades y errores

Interfaz

Impl.

Interfaz

Impl.

Interfaz

Impl.

Usuario

Page 46: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Redes de ordenadores: ejemploRedes de ordenadores: ejemplo

Interfaz

Impl.

Módulo de codificación

decodificación

Módulo de cifrado

descifrado

Módulo entrada

salida a disco

Lógica del disco duro

Interfaz

Impl.

Interfaz

Impl.

Interfaz

Impl.

Disco físico

Usuario

Medio de transmisión

Interfaz

Impl.

Interfaz

Impl.

Interfaz

Impl.

Interfaz

Impl.

Usuario

Protocolo para acordarcodificación

Protocolo para acordaralgoritmo de cifrado

Protocolo parael intercambio

Protocolo conparámetros físicos

Módulos de codificación

decodificación

Interfaz

Impl.

Módulos de cifrado descifrado

Módulos envío recepción de

red

Lógica del dispositivo

Interfaz

Impl.

Interfaz

Impl.

Interfaz

Impl.

Usuario

Page 47: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Redes: jerarquías de protocolosRedes: jerarquías de protocolos

Para simplificar el proceso de desarrollo de sistemas de comunicaciones se han realizado una serie de acuerdos

•Las redes se organizan en un conjunto de capas o niveles

•La capa N ofrece servicios a la N+1 y solicita servicios a la N-1

•Las entidades que abarcan las capas correspondientes al nivel N en diferentes máquinas se llaman iguales

•Los iguales de nivel N mantienen una “conversación” a través del protocolo de capa N

•Entre cada par de capas adyacentes existe una interfaz que define qué operaciones y servicios ofrece la capa inferior a la superior

•Un conjunto de capas y protocolos se conoce como una arquitectura de red

•Las arquitecturas de red de los sistemas abiertos están estandarizadas

•La lista de protocolos utilizados en una arquitectura (un protocolo por capa) se conoce como pila de protocolos

Page 48: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Mensajes y jerarquías de protocolosMensajes y jerarquías de protocolos

E1 EN-2 EN-1 EN …

Capa N

Capa N-1

Capa N-2

Capa 1

Aplicacionesde usuario

Capa N

Capa N-1

Capa N-2

Capa 1

Aplicacionesde usuario

… …

Page 49: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Mensajes y jerarquías de protocolos (cont.)Mensajes y jerarquías de protocolos (cont.)

•El mensaje de nivel N encapsula al mensaje de nivel N-1 y le añade encabezados u otro tipo de información necesaria para llevar a cabo el protocolo de nivel N

•Ninguno de los encabezados de las capas inferiores llega a la capa N

•Diferencia entre las comunicaciones virtual y real

•En realidad, las comunicaciones se producen en vertical entre niveles adyacentes a través de las interfaces de los niveles

•La única comunicación “horizontal” (remota) real se produce en el medio de transmisión

•Conceptualmente, las capas ven “como si” la comunicación fuera horizontal entre iguales (el mensaje de la capa N del extremo izquiero es recibido sin alteración por la capa N del extremo derecho)

•Al utilizar esta abstracción de comunicación “virtual” entre iguales, se simplifica enormemente el diseño y desarrollo de software para redes de ordenadores

•Puntualización: En las capas inferiores, algunos procedimientos lógicos se implementan directamente en hardware, por lo que nuestra noción de “software de redes” debe ser entendida de manera flexible

Page 50: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Servicios básicos ofrecidos por las capas: servicio orientado Servicios básicos ofrecidos por las capas: servicio orientado a conexióna conexión

Datos 1

Datos 2

Datos 3

Capa N Capa N

Implementación oculta de un servicio de envío de datos orientado a conexión

•Cuando una capa N ofrece un servicio orientado a conexión, el protocolo de nivel N debe garantizar el envío “como si” hubiese un “tubo” entre los iguales remotos•El emisor empuja objetos (bits) por un extremo y el receptor los toma por el otro•Se conserva el orden en que se han enviado los objetos (bits)•Es necesario realizar un establecimiento previo de la conexión •Esquema similar al utilizado en las comunicaciones telefónicas

Pueden existir diferentes calidades de servicio:

•¿Se pueden perder datos?

•¿Se puede garantizar un retardo máximo entre el envío y la recepción?

Page 51: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Servicios básicos ofrecidos por las capas: servicio no Servicios básicos ofrecidos por las capas: servicio no orientado a conexiónorientado a conexión

Mensaje 1

Mensaje 2

Mensaje 3

Capa N Capa N

•Cuando una capa N ofrece un servicio no orientado a conexión, el protocolo de nivel N debe proporcionar primitivas para el envío de mensajes•Cada mensaje contiene la dirección de su destinatario y viaja de manera independiente por la red•No tiene por qué conservarse el orden de envío de mensajes•No es necesario el establecimiento de conexión alguna•Esquema similar al utilizado en el envío postal

Implementación oculta de un servicio de envío de datos no orientado a conexión

Pueden existir diferentes calidades de servicio:

•¿Se pueden perder datos?

Page 52: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Ejemplos de serviciosEjemplos de servicios

Flujo fiable de bytes•Orientado a conexión: Sí•Pérdida de bytes: No•Ejemplo: Envío de un fichero de datos a través de la red

Conexión no confiable•Orientado a conexión: Sí•Pérdida de bytes: Sí•Ejemplo: Voz digitalizada

Datagrama no confiable•Orientado a conexión: No•Pérdida de mensajes: Sí•Ejemplo: Correo electrónico no fiable

Solicitud-respuesta•Orientado a conexión: No•Pérdida de mensajes: No•Ejemplo: Solicitud a una base de datos

Page 53: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Relación entre servicios y protocolosRelación entre servicios y protocolos

Servicio: Conjunto de primitivas (operaciones) que una capa proporciona a la capa que está sobre ella

•El servicio define qué operaciones se pueden realizar pero no indica cómo se realizaran esas operaciones •El servicio está relacionado con la interfaz (interacción) entre capas contiguas

Protocolo: Conjunto de reglas que rigen el formato y el significado de los paquetes o mensajes que se intercambian las entidades iguales en una capa

•Las entidades de nivel N utilizan un protocolo para implementar los servicios que ofrecen•Los protocolos están relacionados con la comunicación entre iguales remotos

Capa N

Servicio proporcionadopor la capa N

Capa N +1

Capa N

Capa N +1

Protocolo de nivel N queImplementa los servicios

Proporcionados por la capa N

Page 54: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Lección 1.4: Comentarios y referenciasLección 1.4: Comentarios y referencias•Comentarios y reflexiones

•¿Crees que la arquitectura en capas mejora la eficiencia?•Los estándares de Internet especifican claramente los protocolos que se utilizan (formato y tipo de mensajes, diálogos que se establecen, etc.) Sin embargo, no especifican tan claramente los servicios que las capas deben ofrecer a sus superiores. ¿Por qué?•Investigue sobre diferentes tecnologías que ofrezcan un servicio orientado a conexión utilizando una red de conmutación de paquetes. Permite alguna de estas tecnologías ofrecer garantías especiales•¿En qué condiciones una red de conmutación de paquetes pierde paquetes? ¿qué mecanismo se le ocurre, en ese caso, para poder ofrecer un servicio orientado a conexión fiable? ¿qué tipo de diálogos habría que establecer en los protocolos que implementen dicho servicio?

•Referencias•Redes de Computadores. Andrew S. Tanenbaum. Prentice Hall, Cuarta Edición, 2003

-Capítulo1: Introducción•Redes de Computadores, un enfoque descendente basado en Internet. James F. Kurose y Keith W. Ross. Addison Wesley, Segunda Edición, 2003

-Capítulo 1: Redes de Computadores e Internet

Page 55: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

ContenidosContenidos

1.1 Lección I: IntroducciónRedes: motivaciónFundamentos de transmisión de datos

1.2 Lección II: El núcleo de la redConmutación de circuitosConmutación de paquetes

1.3 Lección III: Acceso a la redTecnologías de acceso fijoAcceso sin cables

1.4 Lección IV: Software de redesEncapsulamientoJerarquías de protocolos

1.5 Lección V: Modelos de referenciaEl modelo OSIEl modelo TCP/IP

1.6 Lección VI: InternetHistoria de InternetEstructura de Internet

Page 56: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Protocolo de aplicación

Protocolo de presentación

Protocolo de sesión

Protocolo de transporte

Protocolo de red

Protocolo de enlace

Protocolo físico

•Desarrollado y propuesto por el ISO (International Organization for Standardization)•Describe un modelo de 7 capas para la interconexión de sistemas abiertos•OSI es un modelo de referencia pero no es una arquitectura de red

Page 57: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Protocolo de aplicación

Protocolo de presentación

Protocolo de sesión

Protocolo de transporte

Protocolo de red

Protocolo de enlace

Protocolo físico

•Desarrollado y propuesto por el ISO (International Organization for Standardization)•Describe un modelo de 7 capas para la interconexión de sistemas abiertos•OSI es un modelo de referencia pero no es una arquitectura de redCapa de aplicación:

•Contiene los protocolos que utilizan las aplicaciones de usuario•La capa de aplicación ofrece servicios de alto nivel que permiten abstraerse de los detalles relativos a las capas inferiores (tipos de red, de medios de transmisión, etc.)

Page 58: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Protocolo de aplicación

Protocolo de presentación

Protocolo de sesión

Protocolo de transporte

Protocolo de red

Protocolo de enlace

Protocolo físico

•Desarrollado y propuesto por el ISO (International Organization for Standardization)•Describe un modelo de 7 capas para la interconexión de sistemas abiertos•OSI es un modelo de referencia pero no es una arquitectura de redCapa de presentación:

•Se ocupa de la sintaxis y semántica de la información transmitida•Permite que ordenadores con diferentes mecanismos de representación de datos se puedan comunicar•Para ello define estructuras de datos abstractas que permiten al nivel de aplicación intercambiar otras estructuras de datos de nivel más elevado

Page 59: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Protocolo de aplicación

Protocolo de presentación

Protocolo de sesión

Protocolo de transporte

Protocolo de red

Protocolo de enlace

Protocolo físico

•Desarrollado y propuesto por el ISO (International Organization for Standardization)•Describe un modelo de 7 capas para la interconexión de sistemas abiertos•OSI es un modelo de referencia pero no es una arquitectura de redCapa de sesión:

•Esta capa permite que los usuarios de máquinas diferentes establezcan sesiones•Las sesiones ofrecen varios servicios como, por ejemplo:

•Control de diálogo (determinar a quién le toca transmitir)•Administración de token (que impide que las dos partes realicen una operación crítica al mismo tiempo)•Sincronización (Establecimiento de puntos de referencia que permiten restablecer una comunicación larga desde donde estaba después de una caída)

Page 60: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Protocolo de aplicación

Protocolo de presentación

Protocolo de sesión

Protocolo de transporte

Protocolo de red

Protocolo de enlace

Protocolo físico

•Desarrollado y propuesto por el ISO (International Organization for Standardization)•Describe un modelo de 7 capas para la interconexión de sistemas abiertos•OSI es un modelo de referencia pero no es una arquitectura de redCapa de transporte:

•Las funciones básicas de esta capa son las siguientes:

•Aceptar los datos de las capas superiores•Dividirlos en unidades más pequeñas si es necesario•Pasar estas unidades a la capa de red•Asegurarse de que todas las piezas lleguen de manera correcta al otro extremo

•La capa de transporte funciona como una conexión extremo-a-extremo (end-to-end)

Page 61: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Protocolo de aplicación

Protocolo de presentación

Protocolo de sesión

Protocolo de transporte

Protocolo de red

Protocolo de enlace

Protocolo físico

•Desarrollado y propuesto por el ISO (International Organization for Standardization)•Describe un modelo de 7 capas para la interconexión de sistemas abiertos•OSI es un modelo de referencia pero no es una arquitectura de redCapa de red:

•Su función básica es la de determinar cómo se encaminan los paquetes desde su origen hasta su destino a través de la red•Debe resolver el problema del encaminamiento en redes heterogéneas•Muchos de los aspectos relativos a la calidad de servicio (retardo, pérdida de paquetes, etc.) dependen de los mecanismos que se implementen en la capa de red

Page 62: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Protocolo de aplicación

Protocolo de presentación

Protocolo de sesión

Protocolo de transporte

Protocolo de red

Protocolo de enlace

Protocolo físico

•Desarrollado y propuesto por el ISO (International Organization for Standardization)•Describe un modelo de 7 capas para la interconexión de sistemas abiertos•OSI es un modelo de referencia pero no es una arquitectura de redCapa de enlace:

•El objetivo de esta capa es transformar un medio de transmisión puro en una línea de comunicación, desde el punto de vista de la capa de red, parezca libre de errores de transmisión•Entre sus funciones se encuentran:

•Fragmentación de los datos•Regulación del tráfico•Control de acceso al medio (en medios compartidos)

Page 63: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)Modelos de referencia: OSI (Open Systems Interconnection)

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Protocolo de aplicación

Protocolo de presentación

Protocolo de sesión

Protocolo de transporte

Protocolo de red

Protocolo de enlace

Protocolo físico

•Desarrollado y propuesto por el ISO (International Organization for Standardization)•Describe un modelo de 7 capas para la interconexión de sistemas abiertos•OSI es un modelo de referencia pero no es una arquitectura de redCapa física:

•En ella se lleva a cabo la transmisión de bits a través de un canal de comunicación•Su diseño debe tratar de que, cuando en un extremo se envía un 0(1), en el otro se reciba un 0(1)•Se ocupa de cuestiones como:

•¿Cuántos voltios se emplean para representar un 1?•¿Cuántos nanosegundos dura un bit?•¿La transmisión se establece en ambos sentidos simultáneamente?

Page 64: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelo de referencia TCP/IPModelo de referencia TCP/IP

•Propuesto en 1974 para el DoD de los EE.UU. Para ARPANET (precursor de Internet)•Diseñado para la interconexión de diferentes tipos de redes•Concebido a partir de consideraciones prácticas

Aplicación

Transporte

Interred

Host a red

Aplicación

Transporte

Interred

Host a red

Protocolo de aplicación

Protocolo de transporte

Protocolo de interred

Protocolos inferiores

Page 65: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelo de referencia TCP/IPModelo de referencia TCP/IP

•Propuesto en 1974 para el DoD de los EE.UU. Para ARPANET (precursor de Internet)•Diseñado para la interconexión de diferentes tipos de redes•Concebido a partir de consideraciones prácticas

Aplicación

Transporte

Interred

Host a red

Aplicación

Transporte

Interred

Host a red

Protocolo de aplicación

Protocolo de transporte

Protocolo de interred

Protocolos inferiores

Capa de aplicación:•El modelo TCP/IP no tiene capas de presentación ni sesión, cuyas funciones quedan absorbidas por la capa de aplicación•Esta capa ofrece servicios de alto nivel a las aplicaciones de usuario. Algunos de los protocolos más populares son:

•FTP (File Transfer Protocol)•HTTP (HyperText Transfer Protocol)•SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)•Etc.

Page 66: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelo de referencia TCP/IPModelo de referencia TCP/IP

•Propuesto en 1974 para el DoD de los EE.UU. Para ARPANET (precursor de Internet)•Diseñado para la interconexión de diferentes tipos de redes•Concebido a partir de consideraciones prácticas

Aplicación

Transporte

Interred

Host a red

Aplicación

Transporte

Interred

Host a red

Protocolo de aplicación

Protocolo de transporte

Protocolo de interred

Protocolos inferiores

Capa de transporte:•Diseñada para que los iguales extremo-a-extremo puedan mantener una conversación•Hay dos servicios fundamentales, cada uno de los cuales se implementa mediante un protocolo específico

•Servicio fiable de flujo de bytes orientado a conexión

•Se implementa mediante el protocolo TCP (Transmission Control Protocol)

•Servicio no fiable de entrega de datagramas

•Se implementa mediante el protocolo UDP (User Datagram Protocol)

Page 67: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelo de referencia TCP/IPModelo de referencia TCP/IP

•Propuesto en 1974 para el DoD de los EE.UU. Para ARPANET (precursor de Internet)•Diseñado para la interconexión de diferentes tipos de redes•Concebido a partir de consideraciones prácticas

Aplicación

Transporte

Interred

Host a red

Aplicación

Transporte

Interred

Host a red

Protocolo de aplicación

Protocolo de transporte

Protocolo de interred

Protocolos inferiores

Capa de interred:•Implementa un servicio de comunicación de paquetes no fiable y no orientado a conexión•Su objetivo es encaminar los paquetes desde su origen hacia su destino de la “mejor manera posible” (best effort)•Los paquetes pueden perderse, llegar en un orden diferente, aparecer duplicados, etc.•El protocolo que implementa esta funcionalidad se denomina IP (Internet Protocol)•Cada nodo de la red se identifica mediante una dirección única: la dirección IP

Page 68: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Modelo de referencia TCP/IPModelo de referencia TCP/IP

•Propuesto en 1974 para el DoD de los EE.UU. Para ARPANET (precursor de Internet)•Diseñado para la interconexión de diferentes tipos de redes•Concebido a partir de consideraciones prácticas

Aplicación

Transporte

Interred

Host a red

Aplicación

Transporte

Interred

Host a red

Protocolo de aplicación

Protocolo de transporte

Protocolo de interred

Protocolos inferiores

Interfaz host a red:•No es realmente una capa, es una interfaz que indica que un host debe conectarse a la red a través de ella para poder recibir y enviar paquetes IP•El modelo de referencia TCP/IP deja un gran vacío en cuanto a qué hay debajo de esa interfaz

Page 69: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Relación entre los modelos propuestos: Modelo híbrido para Relación entre los modelos propuestos: Modelo híbrido para el estudio de redes de ordenadores abiertas tipo Internetel estudio de redes de ordenadores abiertas tipo Internet

Presentación

Aplicación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7 Aplicación

Transporte

Interred

Capaspoco útiles

Similares

Similares

Similares

Modelo OSI Modelo TCP/IP

Aplicación

Transporte

Red

Enlace

Física

Modelo Híbrido

Page 70: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Protocolos extremo a extremo en el Modelo HíbridoProtocolos extremo a extremo en el Modelo Híbrido

Aplicación

Transporte

Red

Enlace

Física

Red

Enlace

Física

Enlace

Física

Aplicación

Transporte

Red

Enlace

Física

Protocolo de extremo a extremo

Protocolo de extremo a extremo

ROUTER

HOST HOST

Page 71: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Lección 1.5: Comentarios y referenciasLección 1.5: Comentarios y referencias•Comentarios y reflexiones

•El modelo OSI es mucho más completo que el TCP/IP y sin embargo no ha tenido éxito en la práctica. Investiga por qué.•Algunos autores encuentran paralelismos entre las funciones del nivel 2 y 4 del modelo OSI, mientras que el nivel 3 parece diferenciarse claramente de ambos. ¿En qué crees que se fundamenta esto?•Utilizando un núcleo de código abierto (p.e. Linux), investiga cómo se distribuyen los diferentes niveles que hemos presentado. ¿Crees que realmente se están respetando los principios jerárquicos en dicha implementación?•TCP/IP triunfó frente a otras pilas de protocolos propietarias que empleaban diferentes empresas en sus redes. ¿A qué crees que es debido?

•Referencias•Redes de Computadores. Andrew S. Tanenbaum. Prentice Hall, Cuarta Edición, 2003

-Capítulo1: Introducción•Redes de Computadores, un enfoque descendente basado en Internet. James F. Kurose y Keith W. Ross. Addison Wesley, Segunda Edición, 2003

-Capítulo 1: Redes de Computadores e Internet

Page 72: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

ContenidosContenidos

Lección 1.1: IntroducciónRedes: motivaciónFundamentos de transmisión de datos

Lección 1.2: El núcleo de la redConmutación de circuitosConmutación de paquetes

Lección 1.3: Acceso a la redTecnologías de acceso fijoAcceso sin cables

Lección 1.4: Software de redesEncapsulamientoJerarquías de protocolos

Lección 1.5: Modelos de referenciaEl modelo OSIEl modelo TCP/IP

Lección 1.6: InternetHistoria de InternetEstructura de Internet

Page 73: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Historia de InternetHistoria de Internet

1961-1972: Primeros pasos de la conmutación de paquetes•1950-1960: Guerra Fría - los militares usan la red telefonía pública que es vulnerable•1961: Kleinrock – Teoría de Colas, bases teóricas de la conmutación de paquetes•1964: Paul Baran – Arquitectura robusta para redes de paquetes - AT&T se segó a desarrollarla porque pensó que carecía de interés tecnológico

•1967: ARPAnet – Advanced Research Projects Agency concibe este tipo de redes•1969: La primera versión de ARPAnet, con 4 nodos, es operativa•1972:

•ARPAnet se da a conocer•Aparece el primer protocolo rudimentario de host a host•Primer programa de e-mail•ARPAnet cuenta con 15 nodos

Page 74: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Historia de Internet (cont.)Historia de Internet (cont.)

1972-1980: nuevos tipos de redes e Internetworking•1970: ALOHAnet – Redes de satélites en Hawaii•1973: Metcalfe – Se propone la arquitectura básica de Ethernet•1974: Cerf y Kahn – Arquitectura para la interconexión de redes•Simplificar al máximo•Servicios sin garantías: “lo mejor posible” (best effort)•Routers sin estado•Control descentralizado•Finales 70: Arquitecturas propietarias – DECnet, SNA, XNA•1979: ARPAnet tiene 200 nodos•Finales 70: NSFnet

Page 75: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Historia de Internet (cont.)Historia de Internet (cont.)

1980-1990: proliferación de redes, nuevos protocolos•1983: TCP/IP se convierten en los protocolos oficiales de ARPAnet•1982: SMTP – Definición de protocolo de e-mail más popular•1983: DNS – Definición de un sistema de traducción de nombres a direcciones IP•1985: FTP – Protocolos para la transferencia de ficheros•1988: Control de congestión para TCP•Finales de los 80

•Nacen nuevas redes nacionales: Minitel, BITnet, Csnet•Una confederación de redes conecta a más de 100.000 nodos

Page 76: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Historia de Internet (cont.)Historia de Internet (cont.)

1990-2000: comercialización, nuevas aplicaciones y sociedad de la información•Principios de los 90: Entran en juego grandes empresas•Las nuevas infraestructuras privadas substituyen a las anteriores (públicas)•Principios de los 90: Berners-Lee concibe el servicio WWW•1994: Mosaic, precursor de Netscape•Finales de los 90

•Comercialización de servicios WWW•Gran interés mediático y financiero•Se crea la burbuja .com•Grandes inversiones privadas•Nuevas aplicaciones (p2p, messaging)•Crecimiento exponencial en todos los sentidos•Revienta la burbuja .com

Page 77: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Internet para el usuario: visión actualInternet para el usuario: visión actual

•Internet consiste en la interconexión de un conjunto elevado de redes que comparten un mismo servicio y un mismo protocolo de nivel de red: el protocolo IP•Existen proveedores de acceso (ISPs) que proporcionan un servicio de conexión a Internet para particulares y redes corporativas•Los ISPs se conectan entre sí utilizando los servicios de empresas que “alquilan” líneas de alta velocidad (carriers)•Cualquier red (ordenador) puede conectarse a Internet siempre y cuando:

•Contrate los servicios de un ISP•Soporte las tecnologías de comunicación necesarias

•El funcionamiento de Internet se basa en la existencia de•Mecanismos de direccionamiento: Todo ordenador conectado a Internet dispone de una dirección IP única que lo identifica. La dirección IP está compuesta por 4 bytes y se suele representar en notación decimal de puntos. Por ejemplo: 212.128.1.29, 193.147.71.23, etc. (Nota: que pasa con los NATs)•Mecanismos de encaminamiento: El núcleo de Internet está compuesto de un conjunto de routers que implementan algoritmos de encaminamiento capaces de indicar, en cada momento, cuál es la ruta más apropiada que debe seguir un paquete IP

Page 78: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Internet para el usuario: serviciosInternet para el usuario: servicios

•En Internet, existen un conjunto de aplicaciones para las que se han definido•Unos servicios•Unos protocolos de nivel de aplicación

•El DNS•Servicio básico: Permite asociar nombres con direcciones IP. Los nombres deben respetar una estructura jerárquica y están compuestos por un conjunto de etiquetas separadas por el carácter “.”•Protocolo: DNS

•El WWW•Servicio básico: Permite la descarga de recursos localizados en un servidor remoto. Los recursos se identifican a través de un localizador (URL) único•Protocolo: HTTP

•El Correo Electrónico•Servicio básico: Permite en intercambio de mensajes entre dos usuarios identificables de manera única. La identidad de cada usuario está compuesta por un nombre de usuario y un nombre de dominio separados por el carácter “@”

•Otros servicios•Skype, Netmeeting, eMule, etc.

Page 79: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Intranets y extranets en InternetIntranets y extranets en Internet

•Intranet: Red privada controlada por una organización que utiliza las mismas tecnologías que Internet•Las intranets suelen estar conectadas a Internet de manera controlada•Al diseñar una Intranet, es esencial considerar los aspectos de seguridad

•Sistema de direccionamiento privado•Acceso restringido•Cortafuegos•Proxies

•Extranet: Es la parte de una intranet que se hace accesible desde Internet de manera controlada. Es utilizada para ofrecer algunos servicios de la Intranet a

•Empleados itinerantes•Proveedores•Clientes•Etc.

•En el diseño de la extranet la seguridad es el elemento crítico•Redes privadas virtuales•Mecanismos de autenticación•Mecanismos de no repudio

Page 80: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Estructura de Internet: modelo en 3 nivelesEstructura de Internet: modelo en 3 niveles•Internet está constituida por un conjunto de redes de ordenadores que se agrupan de forma más o menos jerárquica y que posibilitan el intercambio de información entre dos nodos cualesquiera que pertenezcan al conjunto•Concepto: Proveedor de Servicio de Internet (Internet Service Provicer – ISP) entidad pública o privada que ofrece un servicio de conexión a Internet•La estructura de Internet se comprende mejor si la imaginamos en 3 niveles•ISPs de nivel 3: Ofrecen conectividad a usuarios finales y pequeñas redes privadas•ISPs de nivel 2: Ofrecen conectividad a los ISPs de nivel 3•ISPs de nivel 1: Ofrecen conectividad a los ISPs de nivel 2•Esta organización es esencialmente “didáctica”. En Internet existen numerosas excepciones y la jerarquía no siempre se respeta

ISP 3

Page 81: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Estructura de Internet: la red de redesEstructura de Internet: la red de redes

Nivel 3

Nivel 2

Nivel 1

ISPs de nivel 1 (Tier 1 ISPs):Están conectados a cada uno de los demás ISPs de nivel 1Están conectados a numerosos ISPs de nivel 2Tienen cobertura internacionalSe les conoce como las “redes troncales” de Internet (Internet Backbones)

ISPs de nivel 2 (Tier 2 ISPs):Están conectados a uno o varios ISPs de nivel 1Pueden estar conectados a uno o varios ISPs de nivel 2

ISPs de nivel 3:Están conectados a, al menos, un ISP de nivel 2

Page 82: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Estructura de Internet: redes troncalesEstructura de Internet: redes troncales

Red troncal de Uunet

Detalle de la red troncal de Uunet en los EE.UU.

Red troncal de Sprint

Detalle de la red troncal de Sprint en los EE.UU.

Page 83: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Estructura de Internet: Intercambio de tráficoEstructura de Internet: Intercambio de tráficoTráfico de tránsito:

•Un ISP proveedor ofrece a un cliente la posibilidad de enviar (recibir) tráfico dirigido (procedente) de Internet•El tráfico del cliente “transita” por la red del proveedor (entra y después sale)•El proveedor aplica un coste por facilitar este servicio•Para que un ISP de nivel 3 tenga acceso a Internet, debe contratar un servicio de tránsito con, al menos, un ISP que tenga conectividad con las redes troncales

Intercambio entre iguales (peering):•Dos ISPs permiten al otro enviar (recibir) tráfico dirigido (procedente) a alguna red que está bajo su control•El tráfico “finaliza” en el ISP que lo recibe, o en alguno de sus clientes•Este servicio supone un beneficio para los dos ISPs puesto que evitan tráfico de tránsito a través de un tercero•Los ISPs no suelen aplicar coste alguno

Page 84: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Estructura de Internet: Intercambio de tráficoEstructura de Internet: Intercambio de tráfico

Tier 2 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 2 ISP

Tier 2 ISP

Tier 3 ISP

Tier 3 ISP

Tier 3 ISPTier 3 ISP

Tier 3 ISP

Líneas de tránsito Líneas de peering

Page 85: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Estructura de Internet: interconexión entre ISPsEstructura de Internet: interconexión entre ISPsPOPs (Point Of Presence)

•Un grupo de uno o más routers en la red de un ISP al que pueden conectarse los routers de otros ISPs

•Los ISPs de nivel 1 tienen multitud de POPs distribuidos por múltiples localizaciones geográficas con múltiples ISPs clientes conectados a cada POP

•Para que un ISP cliente se conecte al POP del proveedor necesita

-Contratar los servicios del ISP proveedor

-Contratar una línea de alta velocidad a una empresa de telecomunicaciones desde uno de sus routers hasta el POP

•Una conexión de peering se puede establecer a través de 2 POPs de los ISPs

NAPs (Network Access Points)

•También se denominan IXP (Internet eXchange Points)

•Son instalaciones en las que diferentes ISPs pueden establecer interconexiones de peering o de tránsito con iguales o proveedores

•Consiste en un espacio (habitación) en la que los ISPs instalan sus routers

•Estos routers se interconectan entre sí de manera muy eficiente a través de redes de conmutación de alta velocidad

-Gigabit Ethernet

-ATM

•La utilización de las instalaciones tiene un coste para los ISPs

Page 86: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Relación entre servicios y protocolosRelación entre servicios y protocolos

Tier 2 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 2 ISP

Tier 2 ISP

Tier 3 ISP

Tier 3 ISP

Tier 3 ISP

Tier 3 ISP

Tier 3 ISP

Líneas de tránsito Líneas de peering

POPs

NAPs

Page 87: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006

Lección 1.6: Comentarios y referenciasLección 1.6: Comentarios y referencias•Comentarios y reflexiones

•¿Por qué crees que AT&T desestimó las ideas originales de Baran?•¿Quién crees que ha sido el personaje más importante para Internet? Investiga las diferentes aportaciones de cada uno•¿Por qué Internet ha crecido más rápidamente que cualquier otra red de comunicaciones que haya realizado el ser humano?•¿Existe algún NAP (IXP) en España? Investiga cuál es el más cercano al lugar en el que vives, quién se conecta al mismo y qué costes tiene utilizar sus servicios•Algunos autores afirman que la principal característica estructural de Internet es justamente la de no tener estructura ¿Por qué crees que afirman esto? ¿Crees que es realmente cierto?

•Referencias•Redes de Computadores. Andrew S. Tanenbaum. Prentice Hall, Cuarta Edición, 2003

-Capítulo1: Introducción•Redes de Computadores, un enfoque descendente basado en Internet. James F. Kurose y Keith W. Ross. Addison Wesley, Segunda Edición, 2003

-Capítulo 1: Redes de Computadores e Internet

Page 88: Redes de Telecomunicación Luis López Fernández 2006