Telematica 1

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2Diseo de Redes Corporativas27/11/2006

Introduccin

Objetivos del Tema: Entender como se comunican las aplicaciones en

un entorno distribuido Paradigma Cliente-Servidor

Adquirir conocimientos generales del funcionamiento de Internet

Arquitectura de Internet (ISPs) Direccionamiento

Diferenciar los distintos tipos de redes y dispositivos de comunicaciones que coexisten

LAN versus WAN Switches versus Routers

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Introduccin

En toda comunicacin hay: Cliente que quiere un servicio (emitir una comunicacin) Un receptor (servidor) que quiere recibir la comunicacin Una entidad que nos proporciona el servicio de transporte

y nos garantiza ciertos parmetros como son: Medio de acceso (red de acceso) Una Velocidad de Transmisin (Bps):

velocidad de acceso vs Throughput medio de la comunicacin mecanismos de control de velocidad (flujo), errores, congestin

Confidencialidad y seguridad en la comunicacin Calidad de servicio: garanta de que llega en cierto tiempo y

correctamente

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Introduccin

Transmisores: Procesos Clientes

Receptores Procesos Servidores (locales y remotos)

cliente

Servidores locales

cliente

Servidores remotos

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Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor

Protocolo de comunicaciones: Define el formato y orden de los mensajes intercambiados

entre dos o ms entidades comunicantes as como las acciones a tomar por el emisor y receptor de la comunicacin

Hola

Hola

Cuentame que hiciste ayer !

Persona B

Persona A

TCP connection request

TCP connection reply

GET: http:/www.bcn.es

Cliente Servidor

dataBla, bla , bla

TCP ack

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Comunicacin: e.g: dos personas hablando Jerarqua de niveles

Nivel 2: el cerebro interpreta una idea

Nivel 1: cuerdas vocales transmiten

Nivel 2: el cerebro interpreta la idea

Nivel 1: el oidorecibe el sonido

Nivel 1: Aire como medio de transmisin

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Dos jerarquas diferenciadas de niveles Jerarqua universal: OSI (Open System

Interconnection) jerarqua de referencia ISO (International Standards

Organization) Otras Jerarquas: TCP/IP, SPX/IPX (Novell),

SNA (IBM), AppleTalk, DECnet ... TCP/IP estndar del IETF (Internet Engineering Task

Force) Resto: propietarias de Multinacionales del sector de

comunicaciones

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Modelo de referencia OSI (Open System Interconnection) Modelo universal que permite definir una red genrica 7 niveles (A-P-S-T-R-E-F) Desventajas:

A-P-S: demasiado complejo para muchas aplicaciones tpicas

Transmisin de bits

Acceso al medio, entramado

Direcciones lgicas y encaminamiento

Conexin extremo a extremo

Dilogo entre sesiones (clientes)

Representacin de datos, voz, vdeo, img.

Relaciona aplic. de computador con aplic. de red

Bits

Tramas

Paquetes

Segmentos

Datos

1

2

3

4

5

6

7

Fsico

Enlace

Red

Transporte

Sesin

Presentacin

Aplicacin

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Aplicacin: relaciona aplicaciones de computadores con aplicaciones de red

Aplicaciones de computador Aplicaciones de redNetscape, Explorer acceso remoto: telnet ...Editor textos transf. ficheros: ftp ...Hojas clculo correo electr.: SMTP ...Napster acceso a WWW: http..... .....

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Presentacin: representacin de datos, voz, vdeo, imgenes Datos: ASCII, EBCDEC ... Voz/vdeo: MP3, AVI, MPEG, ... Imgenes: GIF, TIFF, JPEG, ... Encriptamiento info

Sesin: dilogo (sesiones) entre clientes o sesiones: X-Windows, NFS (Network File System), SQL

(Structured Query Language), ...

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Transporte: conexin extremo a extremo Estructura la informacin en unidades llamadas segmentos Entrega fiable o no fiable de la informacin Control de flujo y de errores extremo a extremo (end-to-

end) entre cliente-servidor (host-server)

segmento

datos

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Red: Asigna espacio de direcciones lgicas para identificar

donde estn el computador origen y destino Busca caminos ptimos: encaminamiento Encapsula segmentos en paquetes de red

segmentos

paquetes

datos

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Enlace: Encapsulamiento de paquetes de red en tramas Acceso al medio de transmisin

Fsico: transmisin de los bits en forma de ondas electromagnticas

tramas

segmentos

paquetes

datos

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Resto de Arquitecturas de protocolos Ejemplo: pilas TCP/IP y Novell (5 niveles)

TCP/IP Novell

IPX

SPX

Tecnologa de red (LAN o WAN)

IP

TCP UDP

telnet ftp e-mail http ....

1

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3

4

5

Fsico

Enlace

Red

Transporte

Aplicacin

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Paradigma cliente-servidor: El servidor siempre est a la espera de peticiones El cliente efecta una peticin al servidor El servidor responde a la peticin y espera una nueva peticin

de otro cliente

GET: http:/www.bcn.esCliente

AServidor

Cliente B GET: http:/www.bcn.es

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E.g. en Linux usando socket-API Cuando un cliente quiere un servicio (aplicacin) debe establecer una

conexin con el servidor. A la conexin se le llama en UNIX socket Un socket es un descriptor de fichero que apunta a una estructura de

datos que representa la conexin de transporte Sockets TCP

Sockets UDP

NetworkServer

Clientes Protocolo de transporte: (TCP o UDP)

@IP destino

@IP origen

Puerto origen

Puerto destino

Socketpair

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E.g. conexin TCP en Linux usando socket-API

Socket ()

Bind ()

Listen ()

Accept ()

Read ()

Write ()

Socket ()

Connect()

Write ()

Read ()

Close () Close ()

bloqueo

CLIENTE

3WHS

Datos

FIN

SERVIDOR

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E.g. conexin TCP en Linux usando socket-API

Cliente A

Cliente B

servidor

Servicio del Cliente

A

Servicio del Cliente

BProceso hijo del servidor

Proceso hijo del servidor

Listen (backlog)

Aquellos clientes que efectan la conexin y

todava no han terminado el 3WHS

Puerto efmero

Puerto conocido

Puerto ?

Puerto ?

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Arquitectura de protocolos comerciales

Computador A

Red

Interficie de red

Computador B

Router

Aplicacin

Transporte

Red

Interficie de red

ProcesoProceso

ProcesoProceso

TCP UDP

ICMP IP

ARP

Driver

RARP

Aplicacin

Transporte

Red

Interficie de red

Red Red

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Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor Arquitectura de protocolos en un terminal

Tarjeta ethernet

TCP/UPDIP

Driver

SistemaOperativo

Aplicacin (FTP, Telnet, etc.)

APIs (e.g. Socket)

Usuario

Red ethernet

Cabez.Ether.

Cabez.IP

Cabez.TCP

Datosaplicacin

Cabez.IP

Cabez.TCP

Datosaplicacin

Cabez.TCP

Datosaplicacin

BufferRx

read()

BufferTx

write()

TCP

aplicacin

IP

driver

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Dispositivos de Red

Algunos elementos que podemos encontrar en una red

NICs(L2)

Hubs, modems(L1)

Switches, AP (L2)

Routers, FW (L3)

Clientes (L5)

Servidores (L5)

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Internet y el Acceso a Internet

Internet: conjunto de redes y computadores que permiten a sus usuarios compartir informacin

Cada red se conecta a otra a travs de un ISP (Internet Service Provider)

ISP: proveedor de servicios de Internet Provee conectividad a usuarios finales, a redes

corporativas o a otros ISPs Lneas dedicadas o conmutadas

Proporciona servicios finales e-mail, chat, acceso a portal Web, almacenamiento de

informacin, ) Proporciona servicios de hosting/housing, de contenido, ...

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Tipos de clientes de un ISP Usuarios finales (Dial-clients):

Contratan una lnea (tarifa plana con modem, ADLS, ) a una operadora. Tpicamente, la operadora acta de ISP.

Redes corporativas (IP-Net-client) Son redes de rea local (LANs) Contratan lneas dedicadas o conmutadas para unir sus sedes

(centrales y remotas) formando una VPN Contratan una o varias lneas (backup, redundancia, balanceo

de cargas, ) al ISP Otros ISP

Peering entre ISPs: los ISPs actan con relaciones de cliente-a-proveedor, par-a-par y proveedor-a-cliente

Las conexiones entre ISPs se hacen de manera privada (contratando lneas a operadoras de telecomunicaciones) o pblica (puntos neutros o Exchange points)

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Arquitectura de Internet

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Internet y el Acceso a Internet Tecnologas de acceso:

Son tecnologas que permiten que los usuarios puedan conectarse a ISPs

Generalmente usan tecnologas WAN (Wide AreaNetwork)

Redes fijas o cableadas Conmutacin de circuitos (L1): modems, ADSL, RDSI, SONET

(USA) OC-n (n=1,3,12,24,48, 51,8 Mbps*n), SDH (STM-1=OC-3, STM-4=OC-12, ),

Conmutacin de paquetes (L2): Frame Relay, ATM, Redes celulares

Conmutacin de circuitos (L1): GSM Conmutacin de paquetes (L2): GPRS, UMTS,

Ultimamente usan tecnologa LAN (e.g. MetroEthernet) E.g. 10 GigabitEthernet es equivalente en velocidad a OC-192

o STM-64

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Internet y el Acceso a Internet Dial-clients:

Acceden tpicamente con modems convencionales (56 Kbps), ADLS (200 Kbps , 2 Mbps ), RDSI (acceso bsico)

Ms de un PC si router con conexin interna Wireless o Ethernet Redes corporativas

Conjunto de PCs (Hosts) y servidores que forman una LAN con tecnologas Ethernet (cableada) o IEEE 802.11x (Wireless)

Conexin externa: ADSL, RDSI, FR, ATM, Gigabit Ethernet, Contratos VPN (tneles con seguridad, voz, ) con protocolos del

tipo GRE, IPSEC, MPLS, sobre conexiones ADSL, RDSI, FR, ATM, Gigabit Ethernet,

ISPs Conexin privada: accesos de alta velocidad (tecnologa ptica,

ATM, ) Conexin pblica usando punto neutro: Gigabit Ethernet

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Direcciones en Redes Direcciones MAC (L2), IP (L3) y puertos (L5)

IPnetwork

IPnetwork

IPnetwork

RouterRouter SwitchWeb Server (puerto 80)

FTP server(puerto 21) ande-mail server(puerto 110)

MAC address (@MAC) identificador de localizacin final. Identifica el dispositivo final en una red especifica de nivel 2 (tecnologa L2) IP address (@IP) identificador de red y de localizacin final (doble funcionalidad). Identifica la red IP donde est el dispositivo e identifica el dispositivo final en una red de nivel 3 (Red IP=L3) Puerto identificador de la aplicacin. Identifica al cliente (host origen) o al servidor (host destino). Al puerto origen se le llama puerto efmero y al destino se le llama puerto conocido

Red 10.5.5.0/24 Red 10.6.6.0/24 Red 10.7.7.0/24

device10.7.7.14/24

device10.7.7.15/24

device10.5.5.3/24

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Direcciones en Redes Direcciones MAC (L2), IP (L3) y puertos (L5)

Tarjeta ethernet

TCP/UPDIP

Driver

SistemaOperativo

Aplicacin (FTP, Telnet, etc.)

APIs (e.g. Socket)

Usuario

Red ethernet

Cabez.Ether.

Cabez.IP

Cabez.TCP

Datosaplicacin

Cabez.IP

Cabez.TCP

Datosaplicacin

Cabez.TCP

Datosaplicacin

BufferRx

read()

BufferTx

write()

TCP

aplicacin

IP

driver

puertos

@IP

@MAC

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Direcciones en Redes

@MACs: 48 bits en Hex de la forma

XX:XX:XX:XX:XX:XX Generalmente son direcciones unicast (de un

host a otro host) E.g.: 0a:3f:2a:44:de:4b Son direcciones planas (flat), es decir no indican

ninguna jerarqua de redes e identifican inequvocamente a una tarjeta de red (NIC)

Existe la posibilidad de broadcast (de un host a todo el dominio broadcast) con la direccin ff:ff:ff:ff:ff:ff

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Comunicacin entre dispositivos L5 El cliente desconoce la direccin L2 del dispositivo destino

independientemente de donde est situado De hecho, el dispositivo destino (e.g. WIFI) podra usar una

tecnologa de acceso distinta a la del origen (e.g. Ethernet) El cliente sabe la direccin L3 del dispositivo destino pero no

sabe como llegar hasta l (no hay una lnea directa)

Hay que solucionar: Como aprender direcciones L2 a partir de direcciones L3 Como llegar a dispositivos remotos a partir de direcciones L3

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Comunicacin entre dispositivos L5

ARP (Address Resolution Protocol) Protocolo que resuelve direcciones de L2 a partir de

direcciones de L3

IPnetwork

Red 10.5.5.0/24

@IPHA:10.5.5.3/24@MACHA: 0a:cd:34:21:5a:1e

Web Server (puerto 80)

@IPS1:10.5.5.5/24@MACS1: 0b:b4:14:f1:51:2c

@IPHB:10.5.5.4/24@MACHB: 0c:ad:b4:2d:3a:11

(1) HA enva ARP request (trama L2) @MAC dest=broadcast, @MAC orig=@MACHA, !! El que tenga @IP=IPS1 me envie su @MAC !! (2) S1 enva ARP reply (trama L2) @MAC dest=@MACHA, @MAC orig=@MACS1, !! Yo tengo la @IP=IPS1 y mi @MAC=@MACS1 !! (3) El resto como no tienen la @IP=@IPS1 no responden y descartan el ARP request(4) HA y S1 guardan en el ARP cache una entrada con la correspondencia @MAC, @IP y AGE (tiempo de vida antes de eliminar la entrada y volver a preguntar)

HA

S1

HB

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Comunicacin entre dispositivos L5 Redes Broadcast

Redes que son capaces de transmitir paquetes a toda la red Tecnologas de L2:

LANs por definicin son redes broadcast (BMA: BroadcastMedium Access networks), e.g. Ethernet, IEEE 802.11x

WANs por definicin son unicast (NBMA: Non-Broadcast MediumAccess networks), e.g. RDSI, ADSL, ATM, FR,

Tecnologas de L3: Redes IP son broadcast por definicin pero por defecto cualquier

router deshabilita el hacer broadcast por todos sus puertos. Conclusin:

Los ARP request/reply solo funcionan en una red BMA En redes NBMA se usan tcnicas adaptadas para solucionar la

direccin L2 (e.g. un CV) a partir de la direccin L3 ARP inverso (no confundir con ARP reverso)

En redes IP hay que buscar otras soluciones encaminamiento L3

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Comunicacin entre dispositivos L5 Redes Broadcast

VLAN=2 VLAN=3VLAN=4

Red IP1 Red IP2

Red IP2

Red IP3

Red IP1 Red IP3

Documents

Telematica 1