1 Redes de Computadores Dr. Ginno Millán NaveasCátedra 03: miércoles 18 de marzo de 2015

2 Unidad 1: Redes de Computadores e Internet Parte IIIEste material está basado en el texto Redes de Computadoras, Tercera Edición (Tanenbaum)

3 Redes de Computadores e Internet¿Qué es Internet? Red periférica Red central El Modelo OSI 3

4 El Modelo OSI Parte II

5 Sumario Clasificación de las redes. Modelo de Capas.Fundamentos Sumario Clasificación de las redes. Modelo de Capas. Servicios WAN: líneas dedicadas, RTC, RDSI, Frame Relay y ATM. Estándares.

6 Planteamiento del problemaFundamentos Planteamiento del problema La interconexión de computadoras es un problema técnico de complejidad elevada. Requiere el funcionamiento correcto de equipos (hardware) y programas (software) desarrollados por diferentes equipos humanos. Cuando las cosas no funcionan es muy fácil echarle la culpa al otro equipo. La interoperabilidad no cumple la propiedad transitiva. El correcto funcionamiento de A con B y de B con C no garantiza el correcto funcionamiento de A con C. Estos problemas se agravan más aún cuando se interconectan equipos de distintos fabricantes.

7 Fundamentos La Solución La mejor forma de resolver un problema complejo es dividirlo en partes. En telemática dichas “partes” se llaman capas y tienen funciones bien definidas. El modelo de capas permite describir el funcionamiento de las redes de forma modular y hacer cambios de manera sencilla. El modelo de capas más conocido es el llamado modelo OSI de ISO (OSI = Open Systems Interconnection). La interconexión de ordenadores es un problema de gran complejidad, ya que a los aspectos de diseño y realización hardware y software propios de cualquier producto informático se añade la necesidad de interoperar con otros productos, a menudo desarrollados por diferentes fabricantes y por tanto por diferentes equipos de personas. Para resolverlo se aplica la estrategia del ‘divide y vencerás’. Las partes en que se divide el problema de la comunicación entre ordenadores se acoplan entre sí siguiendo un orden determinado, por lo que se las conoce como capas. El modelo de capas es el que se utiliza para cualquier diseño de red desde hace ya bastantes años. Su modularidad permite que una capa pueda modificarse sin que las demás se vean afectadas (aunque a veces hay que hacer algún reajuste). El modelo de redes más conocido es el denominado modelo OSI de siete capas (OSI = Open Systems Interconnection) desarrollado por la ISO (International Organization for Standardization) entre 1997 y En realidad el primer modelo de capas (también siete) fue desarrollado por IBM en 1974 en su red SNA (Systems Network Architecture). Aunque el modelo de capas se utiliza en prácticamente todas las redes, el número puede variar.

8 Ejemplo de Comunicación Mediante el Modelo de CapasFundamentos Ejemplo de Comunicación Mediante el Modelo de Capas Dos artistas, uno en Moscú y el otro en Valencia, mantienen por vía telegráfica una conversación sobre pintura. Para entenderse disponen de traductores ruso-inglés y valenciano-inglés, respectivamente. Los traductores pasan el texto escrito en inglés a los telegrafistas que lo transmiten por el telégrafo utilizando código Morse. Mediante esta analogía explicaremos los principios básicos que rigen el diseño de cualquier red según el modelo de capas.

9 Ejemplo de Comunicación Mediante el Modelo de CapasFundamentos Ejemplo de Comunicación Mediante el Modelo de Capas Capa Comunicación virtual 4 Artista Artista 3 Traductor Traductor 2 Telegrafista Telegrafista Comunicación real 1 Telégrafo Telégrafo Moscú Valencia

10 Principios del Modelo de CapasFundamentos Principios del Modelo de Capas El modelo de capas se basa en los siguientes principios: La capa n ofrece sus servicios a la capa n+1. La capa n+1 solo usa los servicios de la capa n. La comunicación entre capas se realiza mediante una interfaz. Cada capa se comunica con la capa equivalente en el otro sistema utilizando un protocolo característico de esa capa (protocolo de la capa n). El protocolo forma parte de la arquitectura, la interfaz no. El conjunto de protocolos que interoperan en todos los niveles de una arquitectura dada se conoce como pila de protocolos. Ejemplos: las pilas de protocolos OSI, SNA, TCP/IP, etc.

11 Protocolos e InterfacesFundamentos Protocolos e Interfaces Protocolos Interfaces Capa Pintura 4 Artista Artista Ruso Valenciano Inglés 3 Traductor Traductor Texto escrito Texto escrito Morse 2 Telegrafista Telegrafista Manipulador Manipulador En esta figura representamos con rectángulos amarillos los componentes de cada una de las capas que forman nuestro modelo. Los rectángulos azules representan las interfaces que permiten la comunicación entre entidades vecinas de una misma pila, mientras que los rectángulos verdes indican los protocolos gracias a los cuales se puede establecer la comunicación entre dos entidades de la misma capa en diferentes instancias. Impulsos eléctricos 1 Telégrafo Telégrafo Moscú Valencia

12 Capa N Servicios ofrecidos a la capa N+1 Comunicación con la entidadFundamentos La capa n ofrece sus servicios a la capa n+1. La capa n+1 solo usa los servicios de la capa n. Servicios ofrecidos a la capa N+1 Capa N Comunicación con la entidad homóloga mediante el protocolo de la capa N Comunicación real Comunicación virtual (salvo si N=1) Aunque aparentemente la comunicación se realiza entre cada entidad y su homóloga en el otro lado, en la práctica la comunicación se efectúa siempre con las entidades vecinas inferior y superior (excepto para la capa más baja de la pila, que realmente ha de comunicar con el otro extremo). Servicios utilizados de la capa N-1

13 Comunicación Indirecta Mediante el Modelo de CapasFundamentos Comunicación Indirecta Mediante el Modelo de Capas Suponga ahora que Moscú y Valencia no disponen de comunicación directa vía telégrafo y la comunicación se realiza de forma indirecta por la ruta: 1.- Moscú – Copenhague: telégrafo por cable. 2.- Copenhague – París: radiotelégrafo. 3.- París – Valencia: telégrafo por cable. Ahora añadimos una mayor complejidad en nuestro ejemplo para destacar el hecho de que la comunicación puede realizarse de forma indirecta. En los nodos intermedios la información puede tener que ascender parte de la pila de protocolos.

14 Radiotelégrafo Telégrafo por cable Moscú Copenague París ValenciaFundamentos Moscú Copenague París Valencia Radiotelégrafo Telégrafo por cable

15 Fundamentos Comunicación Indirecta Entre dos Artistas Mediante una Red de Telégrafos Pintura Artista Artista Inglés Traductor Traductor Morse Morse Morse Telegrafista Telegrafista Telegrafista Telegrafista Impulsos eléctricos Ondas de radio Impulsos eléctricos Telégrafo Telégrafo Telégrafo Telégrafo Moscú Copenague París Valencia

16 Arquitectura o Modelo de RedesFundamentos Arquitectura o Modelo de Redes La arquitectura es un patrón común al que han de ceñirse unos productos (hard y soft) para mantener un cierto grado de compatibilidad entre sí. La necesidad de diseñar arquitecturas de redes surgió en los años 70 por razones parecidas a las que dieron lugar a las primeras arquitecturas de computadores en los años 60: Sistema IBM 3/60  360  370  XA  390. La primera arquitectura de redes, llamada SNA (Systems Networks Architecture), fue definida por IBM en 1974 mediante un modelo de 7 capas.

17 Fundamentos Modelo de Capas Actualmente todas las arquitecturas de red se describen utilizando un modelo de capas. El más conocido es el Modelo de Referencia OSI de ISO, que tiene 7 capas (como el SNA). Los objetivos fundamentales del modelo de capas son lograr: Sencillez: hace abordable el complejo problema de la comunicación entre ordenadores. Modularidad: permite realizar cambios con relativa facilidad a una de sus partes sin afectar al resto. Compatibilidad: La comunicación entre dos entidades de una capa puede realizarse independientemente de las demás. Mediante esta analogía explicaremos los principios básicos que rigen el diseño de cualquier red según el modelo de capas.

18 Fundamentos Arquitectura de Redes La arquitectura es un patrón común al que han de ceñirse unos productos (hard y soft) para mantener un cierto grado de compatibilidad entre sí. La necesidad de diseñar arquitecturas de redes surgió en los 70s por razones parecidas a las que provocaron las primeras arquitecturas de computadores. La primera fue SNA (Systems Networks Architecture) de IBM en 1974 que utilizó un modelo de 7 capas. Actualmente todas las arquitecturas utilizan un modelo de capas. El caso más conocido y que suele utilizarse como referencia es el de OSI, que también tiene 7 capas.

19 Fundamentos Arquitectura de Redes El modelo de capas se basa en los siguientes principios: La capa n ofrece sus servicios a la capa n+1. La capa n+1 solo usa los servicios de la capa n. La capa n solo habla con la capa n de otro sistema. (comunicación de igual a igual o peer to peer) siguiendo el protocolo de la capa n. La comunicación entre dos capas adyacentes se realiza a través de la interfaz. Esta no forma parte de la arquitectura. El conjunto de protocolos que interoperan en todos los niveles de una arquitectura se conoce como pila de protocolos o protocol stack. Ejemplos: la pila de protocolos OSI, SNA, TCP/IP, etc.

20 El Modelo de Referencia OSI de ISO (OSIRM)Fundamentos El Modelo de Referencia OSI de ISO (OSIRM) Definido entre los años 1977 y 1983 por la ISO (International Standards Organization) para promover la creación de estándares independientes de los fabricantes. Define 7 capas: Capa de Aplicación Capa Física Capa de Enlace Capa de Red Capa de Transporte Capa de Sesión Capa de Presentación

21 Capa Física N=1 Transmite los Datos Medio FísicoFundamentos Transmite los Datos Especificación de medios de transmisión mecánicos, eléctricos, funcionales y procedurales Medio Físico N=1

22 Proporciona el control de la capa físicaFundamentos Capa de Enlace Proporciona el control de la capa física Detecta y/o corrige Errores de transmisión Datos puros Driver del dispositivo de comunicaciones N=2

23 Suministra información sobre la ruta a seguirFundamentos Capa de Red Suministra información sobre la ruta a seguir ¿Por dónde debo ir a w.x.y.z? Routers N=3

24 Capa de Transporte N=4 ¿Son estosFundamentos ¿Son estos datos buenos? Verifica que los datos se transmitan correctamente Error de comprobación de mensaje Conexión extremo a extremo (host a host) Este paquete no es bueno. Reenviar Paquetes de datos N=4

25 Sincroniza el intercambio de datos entre capas inferiores y superioresFundamentos Capa de Sesión Sincroniza el intercambio de datos entre capas inferiores y superiores Me gustaría enviarte algo Gracias Buena idea! De nada! Cerrar Conexión Establecer Conexión N=5

26 Capa de Presentación N=6Fundamentos Capa de Presentación Convierte los datos de la red al formato requerido por la aplicación Datos de capas bajas (independientes de la máquina) N=6 Datos de la aplicación (dependientes de la máquina)

27 Capa de Aplicación N=7 ¿Que debo enviar?Fundamentos Capa de Aplicación WWW (HTTP) ¿Que debo enviar? Transf. Ficheros (FTP) Es la interfaz que ve el usuario final. Muestra la información recibida. En ella residen las aplicaciones. Envía los datos de usuario a la aplicación de destino usando los servicios de las capas inferiores. (SMTP) Videoconferencia (H.323) N=7

28 Modelos TCP/IP e HíbridoFundamentos Modelos TCP/IP e Híbrido Los protocolos TCP/IP nacieron por la necesidad de interoperar redes diversas (internetworking). El modelo TCP/IP se diseñó después de los protocolos (puede decirse que primero se hizo el traje y después los patrones). Por eso a diferencia del OSI en el modelo TCP/IP hay unos protocolos “predefinidos”. A menudo se sigue un modelo híbrido siguiendo el OSI en las capas bajas y el TCP/IP en las altas. Además en LANs el nivel de enlace se divide en dos subcapas. Esto da origen a lo que se le denomine como modelo híbrido.

29 Comparación de ModelosFundamentos Comparación de Modelos OSI, TCP/IP e Híbrido Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física Aplicación Transporte Internet Host-red Aplicación Transporte Red Enlace LLC MAC Física Progr. de usuario Software Firmware Sist. Operativo Hardware Aunque el modelo OSI especifica siete capas, aquí exponemos un modelo simplificado de cinco capas que es actualmente el más utilizado para describir la Internet, ya que dos de las capas OSI ( las de sesión y presentación, que se ubican entre la de transporte y la de aplicación) quedan a menudo embebidas en su función por la capa de aplicación. En la transparencia mostramos diversos ejemplos de protocolos posibles para cada capa. Todos los protocolos enumerados aquí coexisten en mayor o menor medida en la Internet actualmente. WAN LAN OSI TCP/IP Híbrido

30 Protocolos y Redes del Modelo TCP/IP InicialFundamentos Protocolos y Redes del Modelo TCP/IP Inicial Capa (nombre OSI) Telnet Aplicación FTP DNS SMTP Protocolos TCP UDP Transporte IP Red Física y Enlace Redes ARPANET SATNET Packet LAN

31 Comparación OSI-TCP/IPFundamentos Comparación OSI-TCP/IP En OSI primero fue el modelo, después los protocolos; en TCP/IP primero fueron los protocolos, luego el modelo. En OSI el modelo es bueno, los protocolos malos; en TCP/IP ocurre al revés. En OSI los productos llegaban tarde, eran caros y tenían muchos fallos. En TCP/IP los productos aparecían rápido, estaban muy probados (pues los usaba mucha gente) y a menudo eran gratis. Se seguirá el modelo OSI (modificado) pero se verán los protocolos del modelo TCP/IP.

32 Comparación OSI-TCP/IPFundamentos Comparación OSI-TCP/IP El modelo que se usará es el siguiente: 5: Capa de aplicación (incluye sesión y presentación). 4: Capa de transporte. 3: Capa de red. 2: Capa de enlace. 2.2: Subcapa LLC (Logical Link Control). 2.1: Subcapa MAC (Media Acess Control). 1: Capa física.

33 Acceso a un Servidor Web desde un Cliente en una LAN EthernetFundamentos Acceso a un Servidor Web desde un Cliente en una LAN Ethernet Capa HTTP 5 Aplicación Aplicación Sockets Sockets TCP 4 Transporte Transporte IP 3 Red Red Winsock Winsock IEEE 802.3 2 Enlace Enlace IEEE 802.3 1 Física Física Cliente Servidor

34 Protocolos e Información de ControlFundamentos Protocolos e Información de Control Normalmente todo protocolo requiere el envío de algunos mensajes especiales o información de control adicional a la que se transmite. En general esto se hace añadiendo una cabecera (a veces también una cola) al paquete a transmitir. La información de control reduce el caudal útil, supone un overhead. Cada capa añade su propia información de control. Cuantas mas capas tiene un modelo más overhead se introduce.

35 Según el tipo de red puede haber pequeñas variacionesFundamentos Elementos de Datos en el Modelo TCP/IP 20 bytes Cabec.TCP Datos aplicación Segmento TCP 20 bytes Cabec.IP Segmento TCP Datagrama IP 14 bytes 4 bytes Cabecerade enlace Datagrama IP Cola de enlace Trama Los valores que aparecen para el nivel de enlace se aplican al caso de Ethernet. Según el tipo de red puede haber pequeñas variaciones

36 Acceso a un Servidor Web Mediante una Conexión RemotaFundamentos Acceso a un Servidor Web Mediante una Conexión Remota Capa HTTP 5 Aplicación Aplicación TCP 4 Transporte Transporte IP IP IP 3 Red Red Red Red IEEE 802.3 IEEE 802.5 PPP 2 Enlace Enlace Enlace Enlace IEEE 802.3 IEEE 802.5 V.35 1 Física Física Física Física Cliente LAN Token Ring Servidor LAN Ethernet

37 Servicio Orientado y No Orientado a ConexiónFundamentos Servicio Orientado y No Orientado a Conexión Un Servicio orientado a conexión (CONS) establece el canal antes de enviar la información. Ejemplo: llamada telefónica. Un Servicio no orientado a conexión (CLNS) envía los datos directamente sin preguntar antes. Si la comunicación no es posible los datos se perderán. Ejemplo: servicio postal o telegráfico. Un aspecto fundamental de toda red es el tipo de servicio que ofrece, que puede ser orientado a conexión o no orientado a conexión. En el servicio orientado a conexión o CONS (Connection Oriented network Service) la entidad que desea enviar la información debe en primer lugar establecer el canal de comunicación (también llamado circuito) antes de mandar los datos. Existe por tanto una llamada previa a la comunicación. Cuando la comunicación no es posible la llamada fracasa, por lo que si conseguimos conectar tenemos una seguridad razonable de que podremos comunicar. Un ejemplo de red que ofrece un servicio orientado a conexión es la red telefónica tradicional. Por el contrario en un servicio no orientado a conexión o CLNS (Connectionless Network Service) la información se envía sin efectuar ningún contacto previo. Podría suceder que la comunicación no fuera posible, en cuyo caso los datos se perderían. Un ejemplo de red no orientada a conexión es el servicio postal o el telegráfico.

38 ¿Conexión o No Conexión? Ese es el DilemaFundamentos ¿Conexión o No Conexión? Ese es el Dilema En el servicio orientado a Conexión (CONS): Se respeta el orden de los paquetes. Se mantiene la misma ruta o camino para todos los paquetes. Los paquetes no necesitan llevar la dirección de destino. Si el canal se corta la comunicación se interrumpe. En el servicio No orientado a Conexión (CLNS): No se respeta el orden. Cada paquete ha de llevar la dirección de destino. La ruta puede variar para cada paquete. La red es más robusta, ya que si una ruta queda inservible se pueden usar otras. Algunas características que diferencian un servicio CONS y CLNS son las siguientes: - Orden de los paquetes: en una red CONS el orden se respeta, mientras que en CLNS puede ocurrir que unos paquetes se adelanten a otros. Por ejemplo en la red telefónica las palabras llegan en el mismo orden en que se emite. En cambio si enviamos varias cartas a un mismo destino puede suceder que no se reciban exactamente en el mismo orden, ya que no tienen por que seguir todas exactamente la misma ruta. - Dirección de destino: en una red CLNS cada paquete ha de conocer la dirección de destino, puesto que se envía de forma independiente. En cambio en CONS solo es preciso especificar la dirección de destino en el momento de la llamada, al establecer el circuito de comunicación. - Conocimiento de los nodos intermedios: en una red CONS todos los nodos intermedios han de conocer que circuitos pasan por ellos, para poder encaminar adecuadamente el tráfico; esta información la obtienen en el momento de la llamada. En cambio en CLNS los nodos intermedios no han de mantener ninguna información, ya que cada paquete lleva la dirección de destino. - Fiabilidad: En una red CONS cuando un nodo o enlace cae todos los circuitos que pasan por él se interrumpen. En cambio en una red CLNS el tráfico se puede reencaminar por caminos alternativos (si los hay).

39 Redes CONS vs CLNS Ejemplos de redes/servicios CONS:Fundamentos Redes CONS vs CLNS Ejemplos de redes/servicios CONS: Red Telefónica conmutada (RTB, RDSI, GSM). ATM, X.25, Frame Relay. Ejemplos de redes/servicios CLNS: IP (Internet). Los paquetes IP se llaman datagramas. Ethernet. La red telefónica y todos sus ‘derivados’ (ATM, Frame Relay y X.25) son orientadas a conexión. En cambio las redes que provienen del mundo de la Informática (Internet y Ethernet por ejemplo) son no orientadas a conexión.

40 Calidad de Servicio (QoS, Quality of Service)Fundamentos Calidad de Servicio (QoS, Quality of Service) La QoS consiste en fijar unos valores límite para un conjunto de parámetros, asegurando así que la red no se va a congestionar. Por ejemplo: Throughput o ancho de banda:  256 Kb/s. Retardo o latencia:  200 ms. Fluctuación del retardo, o jitter:  100 ms. Disponibilidad:  99,95 % (21 min/mes fuera de servicio). La QoS se puede ver como el “contrato” que existe entre usuario-proveedor.