1 Network Basis M.C. Juan Carlos Olivares Rojas Department of Computer and System Instituto Tecnológico de Morelia [email protected] 19.72388 lat, -101.1848 long

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3 Outline Network Concept and origin. Network Classification. By Interconecction Technologies By Its conecction type. Oriented. Not Oriented. By Its Relation. Peer to Peer Client-Server.

4 Outline OSI Model Description. Layer Model Data Encapsulated Proccess. Network Topologies

5 Objectives of the Session The students will know the basis of computer networks such as history, clasification and topologies. The students will know and apply the LAN concepts.

6 Network Concepts and Origin. The origin of netorks is very old. ¿Where are networks used? Networks has used in diferent areas and aplications such as: social networks (organigrams), distribution netwotks (electric, water, oil, etc.), fishing networks (mesh), among others.

7 Network Concepts and Origin Networks have been presented since Human begining an their have evolutioned in parallel way of society progress. One of the bigs problems of human societys has been the comunication through large distances, this was the reason why telecommunications networks appears.

8 Network Concepts and Origin Each Telecommunication Networks is formed by transmisson entity, reception entity, a message and a communcation chanel. The first Telecommunication Network was the spoken and writting language. For large distances we used the echo and later, musical instrument such as: trumpets and flutes.

9 Elements of a Communication Network

10 Network Concepts and Origin Otros medios de telecomunicación fueron las señales de humo. Con la comunicación escrita se dieron de alta los mensajeros. Después se estructuró el sistema de correos. El telégrafo permitió la comunicación rápida a través de largas distancias.

11 Network Concepts and Origin El teléfono creó una nueva forma de transmitir información en grandes distancias. La radio se consideró como la telegrafía sin hilos. La TV revolucionó los medios de comunicación permitiendo tener imágenes y sonidos.

12 Network Concepts and Origin. Internet es hoy en día lo que fue la radio, la televisión, el teléfono en su tiempo. ¿Cuál es la red de telecomunicaciones más grande? La red telefónica pública conmutada (Public Switched Telephone Network). Internet es la red de computadoras más grande de la humanidad.

13 Network Concepts and Origin Las redes de computadoras surgen de la necesidad de compartir recursos. Por ejemplo: ¿cómo se le haría para compartir una impresora? Compartición física Una conexión multiplexada A través de una red de computadoras Utilizando un servidor de impresión A través de servicios de impresión en Internet

14 Homework Make a TimeTable about Computer Network History using and special software for this. The TimeTable must have: Telecomunications milestone (most important) Computer Networks Short Description for each milestone References

15 Network Concepts and Origin Las redes de computadoras tienen sus orígenes en la década de 1960’s cuando surge la necesidad de poder comunicar la información presente en las universidades y las grandes empresas. Las primeras redes cubrían grandes extensiones geográficas, posteriormente empezaron a aparecer redes de extensión más corta.

16 Network Concepts and Origin La primera red de computadoras fue Internet cuyos orígenes se remontan a 1969 con la creación de la ARPANET. La ARPANET inició sus operaciones a través de enlaces propietarios, después migró hacia la PSTN debido al alto costo de mantener dichos enlaces.

17 Network Concepts and Origin Crecimiento ARPANET (a) Diciembre 1969. (b) Julio 1970. (c) Marzo 1971. (d) Abril 1972. (e) Septiembre 1972.

18 NSFNET La columna vertebral del NSFNET en 1988.

19 Arquitectura de Internet Vista de Internet.

20 Comunicar y compartir datos La mayoría de los sistemas operativos actuales tiene soporte para redes de computadoras. Las redes de computadoras empezaron a desarrollarse en la década de 1970, pero no fue hasta los años de 1980 que empezaron a llegar a los negocios y en la década de 1990 al público general.

21 Comunicar y compartir datos Es tal el éxito de las redes de computadoras, que algunas se han implementado en las casas y pequeños negocios (SOHO: Small Office Home Office) hasta las redes ya son personales!. Las redes futuras serán cada vez más heterogéneas, incluyendo toda clase de dispositivos electrodomésticos.

22 Importancia de las redes Las redes de computadora forman parte importante de cualquier computadora a tal punto que no existe actualmente computadora que no tenga un enlace hacia algún tipo de red. Las redes de computadoras se pueden utilizar en una gran diversidad de ámbitos del quehacer humano.

23 Usos y beneficios de las redes Las ventajas, beneficios y usos de redes de computadoras son muchas y dependerán en gran medida de las aplicaciones que se ejecuten sobre ella. Es decir la red de computadoras sólo nos da los medios de comunicación, lo demás depende de nosotros. El uso principal de redes de computadoras es el intercambio de datos

24 Computer Network Applications Algunos usos de las redes de computadoras son: Aplicaciones de negocios Aplicaciones en el hogar Usuarios móviles Temas sociales

25 Client-Server Model Una red con dos clientes y un servidor

26 Client-Server Model El modelo cliente-servidor involucra peticiones y respuestas.

27 Peer to Peer Model En un sistema de par a par no existen clientes ni servidores fijos.

28 Usuarios de redes móviles Combinación de redes inalámbricas y cómputo móvil. ¿Qué es mejor: una red cableada o una inalámbrica?

29 Where are Located Data Networks? Computadoras (PC de escritorio, PDA, periféricos compartidos) Entretenimiento (TV, DVD, VCR, camara, estéreo, MP3) Telecomunicaciones (teléfono, teléfono celular, intercom, fax) Dispositivos (microondas, refrigerador, reloj) Telemetría (alarmas, babycam).

30 “Cool” Internet appliances Servidor Web más pequeño http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html IP picture frame http://www.ceiva.com/ Tostador con Capacidades Web Internet phones

31 Uso de Internet Aplicaciones tradicionales (1970 –1990) Correo electrónico Noticias Conexiones remotas Trasnferencias de archivos

32 Computer Networks Concepts Una red de computadora es la interconexión de elementos autónomos que pueden trabajar de manera asilada, pero que juntos sirven para solucionar un problema. El lema de una red de computadora es que “juntos hacemos más” o visto desde otro punto de vista “dos cabezas piensan mejor que una”

33 Redes de computadoras Están formadas por una entidad que inicia la comunicación, la cual puede ser una computadora u otro dispositivo y por una entidad receptora, las dos se encuentran utilizando un canal común por donde circula un mensaje codificado. Los sistemas de tiempo compartido no son formalmente redes de computadoras. ¿O si?

34 Conceptos básicos Una red desde el punto de vista matemático está conformado por un conjunto de nodos o elementos y un conjunto de relaciones entre dichos elementos. La estructura matemática que representa este modelo es el grafo. Por lo que la mayoría de los problemas de redes de computadoras pueden solucionarse formalmente.

35 Conceptos básicos Los nodos de la red reciben el nombre de host, mientras que los enlaces deben su nombre al tipo de tecnología usada para la transmisión de los datos. Existen algunos dispositivos que no son computadoras como lo son los hubs, switch, routers, etc. pero que sin embargo actuán como nodos en la red.

36 Conceptos básicos Para poder ser un nodo, se necesita que el dispositivo sea emisor y/o receptor (un transceptor es un dispositivo emisor-receptor), por lo tanto el mensaje, los protocolos y los canales de comunicación (cables, medios no guiados, etc.) no son considerados nodos, son enlaces. Generalmente los nodos tiene una interfaz de red denominada tarjeta de red.

37 Conceptos básicos

38 Un sistema es un conjunto de elementos que están interrelacionados entre sí para lograr un fin común. Por lo que las redes de computadoras por sí solas forman todo un sistema complejo y a su vez forman parte de casi todo sistema de información actual.

39 ¿Qué es un protocolo? Comparativa entre un protocolo humano y uno de computadora ¿Qué otros protocolos humanos existen? Hola ¿Qué hora es? 2:00 p.m. Petición de conexión TCP Respuesta de conexiónTCP Obtener http://www.awl.com/kurose-ross time

40 Ejemplo de protocolos Aunque no es el objetivo del curso ver protocolos de capas altas del modelo OSI, se verá algunos ejemplos de protocolos el primero de ellos el mensaje ECHO del protocolo ICMP. Para ello, se deberá abrir una terminal y ejecutar el comando ping seguido del nombre de la máquina o dirección IP. Dicho protocolo nos sirve para saber si una máquina está activa.

41 Ejemplos de protocolos El protocolo HTTP es un protocolo de un nivel más alto (capa de aplicación) el cual permite obtener un documento desde un servidor remoto, generalmente el documento es del tipo hipertexto (HTML) pero en realidad puede ser cualquiera. Se deberá tener una conexión a Internet o bien un servidor Web instalado de manera local. Se deberá abrir una terminal y tener habilitado alguna aplicación de telnet.

42 Ejemplo de protocolos Se deberá introducir el comando telnet dirección 80, para conectarnos a un servidor por el puerto 80. Si el servidor está activo enviará un mensaje de respuesta. Se deberá teclear el comando GET / HTTP/1.1 seguido de dos teclas enter. Tener mucho cuidado ya que el servidor puede no enviar eco a la consola. Si se obtuvo éxito se muestra un mensaje con la respuesta.

43 Homework Estado del arte de redes computadoras. –Nuevas tecnologías. –Nuevas áreas de aplicación. Se deberá describir brevemente cada área de aplicación o tecnología con referencias posteriores a 2007. Trabajo de investigación. Fecha de entrega: Miércoles 18 de febrero.

44 Topologías de red Es la forma en como se encuentran interconectados los diferentes nodos de la red. Pueden ser topologías físicas y lógicas. Generalmente las redes tienen el mismo tipo de topología física y lógica pero pueden cambiar.

45 Topologías de Red

46 Topología en Malla

47 Topología en Estrella

48 Topología de Bus

49 Topología en Anillo

50 Topología Híbrida

51 Hierarchy Topology

52 Mix of Topologies

53 Network Clasification Las redes se pueden clasificar de diversa forma, entre ellas: área de cobertura, medio físico de transmisión, por su topología, por su forma de interconexión, por sus aplicaciones y usos por sus anchos de bandas etc.

54 Some Clasifications Redes de área local Redes de área metropolitana Redes de área ancha Redes inalámbricas Redes en el hogar Interredes

55 Redes de difusión Tipos de tecnologías de transmisión Enlaces de difusión Enlaces punto a punto

56 Redes de difusión (2)

57 Redes de área local Dos redes de difusión (a) Bus (b) Anillo

58 Redes de área metropolitanas Una red de área metropolitana basada en televisión por cable.

59 Wide Area Networks Relationship between hosts in a LANs and Subnetwork.

60 Wide Area Network(2) A paquet Flow from Sending Host to Receiving Host.

61 Wireless Networks (a) Bluetooth (b) Wireless LAN

62 WLANs (a) Individual Mobile Computer (b) A LAN over the Air

63 Ethernet Ethernet original Architecture.

64 WLANs (a) Infrastructure. (b) Ad hoc.

65 WLANs The range of Radio Signal can not cover the complete system.

66 WLANs A 802.11 Multicell Network.

67 Organisms for Computer Networks Standarization There are many organisms which functions are the standarization of process and protocols in Telecomunications Networks. Next, We describe the most important Organisms for Computer Networks Standarization shortly

68 ISO International Standard Organization is an International Organism charges of Standarization Process in diferent areas specially in Engineer. It has some standards in telecomunications, but it’s not its principal area. In similar way, The American National Standard Institute (ANSI) development standards for diverse areas such as Telecomunication.

69 ANSI The FCC (Federal Communication Comision) governed the use of USA RadioFrecuency Spectrum. In Mexico the spectrum is governed by SCT (Secretaría de Comunicaciones y Transportes) and some norms by IMNC (Instituto Mexicano de Normalización y Certificación)

70 IEEE The Institute of Electrical and Electronics Engineers is a non-profit organization where one of its functions is the standarization of proposal in Engineering Area. Among this proposal are Computer Networks with 802 standard group. IEEE has a Computer Chapter and in conjuction with ACM (Asocciation for Computer Machinery) los grupos de interés en computación más grandes a nivel mundial. Mucho del conocimiento en Informática se genera en dichas instituciones.

71 IEEE 802 Standards Most important groups are marked by *. Groups marked by  are sleeping. Groups marked with † disappear.

72 IEEE 802 Standards IEEE 802.18 Radio Regulatory TAG IEEE 802.19 Coexistence TAG IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access IEEE 802.21 Media Independent Handoff IEEE 802.22 Wireless Regional Area Network

73 IETF The Internet Engineering Task Force is a descentralized organism charged of proposed standards inside Internet. Most of the Application Layer Protocolos in Internet are specified through a RFC (Request For Comments); for nstance, HTTP/1.0 Protocol is defined at RFC 1945 Document.

74 IETF There are other Institutions on Internet charged of standarization another areas such as NIC (Network Information Center) for Domain Name, IANA (Internet Assigned Number Authority) for the standarization of Internet Address and Ports among others. The International Telecomunication Union (ITU- T), is an International Organism for the standarization of Telecomunication in all the World.

75 ITU-T This organization is the strongest in Telecomunication in al the world, but in Computing many of its standards are not well accepted. In the past this organization recieved the name of CCITT (International Telegraph and Telephone Consultative Committee, originaly in French). In 1993 change at its actual name.

76 Modelo de referencia OSI. Al comienzo de las primeras redes de computadoras no existía una estandarización entre los distintos tipos de fabricante razón por la cual cada tecnología de red era totalmente distinta y no podría trabajar con otras redes. Prácticamente estos sistemas eran cerrados y propietarios exclusivos de un fabricante.

77 Modelo de Referencia OSI Para poder utilizar la tecnología se tenían que pagar regalías para conocer las interfaces de E/S. A mediados de la década de 1970, un grupo de empresas del sector se reúnen para definir un modelo de red general que tuviera interfaces abiertas para poder ser interoperables uno con otros. Este modelo recibió el nombre de OSI.

78 Modelo de Referencia OSI Los estándares en el área tecnológica pueden ser de dos tipos: “de jure” por ley y el “de facto” o por hecho. En el caso del RM-OSI es de tipo “de jure” ya que primero se creo el estándar y luego se realizó la implementación. En el caso de los estándares “de facto” son tecnologías propietarias que se hacen muy populares y no que de otra que “estandarizarlas”.

79 Modelo de Referencia OSI Se le denomino OSI por sus siglas en inglés de interconexión de sistemas abiertos. Es un modelo de referencia por que solo se utiliza como base para plantear las tecnologías de red, nunca se llegó a implantar como tal.

80 Modelo general y comunicación En el caso del modelo OSI al igual que otros estándares han sido divido en niveles o capas para una mejor operación. Los niveles o capas deben proporcionar servicios “bien definidos” e interfaces tanto de entrada y salida comunes y disponibles para todos los miembros de una comunidad.

81 Jerarquía de protocolos

82 Protocols and Services Relationship La relación entre un servicio y un protocolo.

83 Jerarquías de protocolos (2)

84 Modelo de referencia OSI. El modelo de referencia OSI está divido en 7 capas cada una de las cuales se encarga de brindar una serie de servicios específicos. La comunicación va de niveles de capas iguales lógicamente, pero en realidad el tráfico ocurre de capas de nivel superior a capas de nivel inferior.

85 Modelos de referencias El modelo de referencia OSI

86 Modelos de referencia Protocolos y redes en el modelo inicial TCP/IP.

87 OSI Layers Short Description

88 Capa Física Algunos de sus servicios básicos son: –Establecer, mantener y liberar las conexiones punto a punto y multipunto. –Tipo de transmisión asincrónica o sincronía –Modo de operación simplex, half-duplex, full dúplex. –Velocidad de transmisión. –Niveles de voltaje. –Distribución de pines en el conector y sus dimensiones.

89 Capa de Enlace de Datos Se encarga de brindar los siguientes servicios: BSC (Binary Synchronous Communication) HDLC (High Level Data Link Control) SDLC (Synchronous Data Link Control) DDCMP (Digital Data Communication Message Protocol)

90 Capa de Red Su funcionamiento básico es el encaminamiento de paquetes de su lugar origen al destino. El encaminamiento consiste en conseguir la ruta que se debe de seguir para entregar un paquete, más no lo entrega. Consulta en una base de datos de direcciones. Generalmente se habla de direcciones lógicas, siendo las más comunes las direcciones IP.

91 Capa de Red ¿Cómo le harían para llegar desde la Plaza de Santa María al Tecnológico de Morelia? Ubicar en un mapa posibles rutas, se pueden tener rutas ya predefinidas. ¿Qué pasa cuando toman el centro de la ciudad? ¿Cómo se puede llegar desde Tirana a Monterey?

92 Transport Layer Su funcionalidad básica se encarga de manejar la entrega de un paquete de un origen a un destino. La entrega puede ser confiable (orientada a la conexión) o no confiable (no orientada a la conexión). TCP (Transmision Control Protocol) es un método de transporte orientado a la conexión.

93 Transport Layer UDP (Protocolo de Datagramas de Usuario) es un protocolo orientado a la no conexión. En este capa se maneja el concepto de puertos, los cuales se manejan a nivel lógico y permiten indicar a que servicio se encuentran. Las direcciones IP son como direcciones telefónicas, las direcciones MAC son físicas (ubicación en un edificio), los puertos son como extensiones.

94 Transport Layer Los servicios orientados a la conexión se crea y se mantiene un circuito físico o virtual entre dos puntos. De esta forma se garantiza que se están recibiendo los datos. La gran mayoría de las aplicaciones de red trabajan de esta forma. Los servicios orientados a la no conexión, no se establece este canal, por este motivo la transmisión es más rápida pero no hay garantía de que lleguen los paquetes.

95 Capa de Sesión Se encarga de entre otras cosas de la autenticación de las entidades. No es una capa ampliamente utilizada, por lo que generalmente se le llega a implementar dentro de la capa de aplicación

96 Capa de Presentación Se encarga del formato de los datos, de su representación y de la estructura lógica que se les da. Técnicamente no se llega a implantar y si se maneja se encarga

97 Capa de Aplicación En esta capa se encuentran todos los servicios que son visibles para los usuarios. La ventaja de utilizar un modelo de capas como OSI es que no importa que método de transporte o topología de red se utilice, siempre un servicio como la Web es el mismo se trate de un celular 3G, de una PC con Ethernet o una Laptop con WiFi.

98 Homework Investigar un protocolo de red de capa de aplicación (como: FTP, DHCP, DNS, Telnet, VNC, etc., de preferencia poco conocido) y saber exactamente que está pasando cuando ocurre una comunicación DeadLine: Friday, February 20

99 Sending Mail Analogy

100 Comunication Analogy Pablo Leonardo que vive en Morelia se quiere comunicar con su novia que vive en Guadalajara a través de una carta. La capa física indicaría como tendría que codificar la información (mensaje) en este medio, en este caso una carta. En redes sería la codificación de un mensaje en una red cableada, inalámbrica, fibra óptica, etc.

101 Comunication Analogy La capa de enlace haría referencia a la forma de cómo estructurar la carta para que se pueda enviar por el servicio postal. De esta forma tendría que poner datos del destinatario y remitente (origen y destino) los cuales son físicos, una estampilla y sobre. Lo mismo ocurre en redes, ya que se maneja una trama con información codificada lógicamente.

102 Comunication Analogy La capa de red ubicaría como hacer llegar el paquete dependiendo de diversas circunstancias como la distancia, el tiempo y la urgencia del mensaje entre las diferentes oficinas postales. En redes de computadoras se realizaría el mismo proceso pero la gran mayoría de las veces en tiempo real.

103 Comunication Analogy En capa de transporte, los carteros se encargarían de llevar la carta y el acuse de recibo si es que aplicará el caso. La capa de sesión se encargaría de entregar la carta a quien dice ser. La capa de presentación estructuraría el paquete como si fuera regalo, o bien quitaría elementos no necesarios.

104 Comunication Analogy La capa de aplicación ya sería la acciones que realizaría Cynthia en base al contenido de la carta. En cada capa se va agregando información de control teniendo mucha información que no es útil. Esto se asemeja a los regalos envueltos en múltiples cajas.

105 Airplane Trip Analogy ticket (purchase) baggage (check) gates (load) runway (takeoff) airplane routing departure airport arrival airport intermediate air-traffic control centers airplane routing ticket (complain) baggage (claim gates (unload) runway (land) airplane routing ticket baggage gate takeoff/landing airplane routing

106 OSI vs IEEE 802.X Analogy Los estándares de la IEEE de la sección 802, como por ejemplo 802.3, 802.11, etc. Trabajan siguiendo el modelo de referencia OSI; por este motivo, muchos fabricantes pueden realizar productos interoperables entre sí.

107 OSI and TCP/IP Comparative El modelo de redes de computadoras más implantado hoy en día es el modelo de Internet, mejor conocido como modelo TCP/IP o pila de protocolos TCP/IP.

108 Modelos TCP/IP

109 OSI Problems ¿Porqué OSI no cambió el mundo? Mal tiempo Mala tecnología Malas implementaciones Malas políticas

110 Mal tiempo El apocalipsis de los dos elefantes.

111 TCP/IP Problems Problemas: –Servicios, interfaces y protocolos no se distinguen –No es un modelo general –La capa de host a red no es realmente una capa –No se mencionan las capas física y de enlace de datos –Protocolos menores profundamente estrechos, difícil reemplazarlo

112 Wirseshark Es un analizador de protocolos que permite ver todo el tráfico que ocurre en la red. Esto se debe a que la tarjeta trabaja en modo promiscuo permitiendo escuchar todo el tráfico que circula por ese dominio de difusión. Es muy útil para sacar estadística y para la toma de decisiones.

113 Practice Analyze the network traffic of the Service choosed the last homework using a Protocol Analyzer such as WireShark. Report only the traffic of the specific service using filters. Indicate if the teory of service are equal than in the practice. DeadLine: Monday, February 23

114 References Forouzan, B. (2008), Data Comunications and Networking, 4th. Edition, McGraw-Hill. Tanenbaum, A (2004). Computer Networks. 4th Edition. Prentice Hall. Kurose, J. and Ross, K. (2007) Computer Networking: A Top Down Approach 4th edition. Addison-Wesley, July 2007.

115 Questions?