PDF de programación - Capítulo 1 - Introducción a la arquitectura de redes

Departamento de

Tecnología Electrónica

Capítulo 1
Introducción a la
arquitectura de redes

Algunas de las transparencias
tienen copyright:

Redes de
computadoras: Un
enfoque descendente
5th edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, Abril
2009.

Introducción a la arquitectura de redes

1

Capítulo 1: Introducción a la
arquitectura de redes

 Objetivos del capítulo:

 Recordar los conceptos de redes básicos para la

asignatura.

o Modelo OSI y arquitectura TCP/IP
o Conceptos acerca de la capa de transporte
o Conceptos acerca de la capa de red
o Conceptos acerca de la capa de enlace de datos

 Introducir el concepto de Redes de Área Local

Virtuales (VLAN)

Introducción a la arquitectura de redes

2

Capítulo 1: Introducción a la
arquitectura de redes

 1.1 Modelo OSI.

Arquitectura TCP/IP

 1.2. La capa de

transporte

 1.3. La capa de red

 1.4. La capa de enlace

de datos

 1.5 Redes de Área

Local Virtuales, VLANs

Introducción a la arquitectura de redes

3

Capítulo 1: Introducción a la
arquitectura de redes

 1.1 Modelo OSI.

Arquitectura TCP/IP

 1.2. La capa de

transporte

 1.3. La capa de red

 1.4. La capa de enlace

de datos

 1.5 Redes de Área

Local Virtuales, VLANs

Introducción a la arquitectura de redes

4

Arquitectura TCP/IP

 Aplicación: soporta las aplicaciones de red.

Sirve de interfaz con el usuario final
 FTP, SMTP, HTTP, DNS

 Transporte: transferencia de datos extremo a

extremo entre procesos
 TCP, UDP

 Red: direccionamiento y enrutamiento de

datagramas de origen a destino
IP, protocolos de enrutamiento


 Enlace de datos: transferencia de datos entre

elementos de red “cercanos”
 Ethernet, 802.11 (WiFi), PPP

 Física: bits “en el cable”

aplicación

A_PDU
mensaje

T_PDU
segmento

R_PDU

datagrama

paquete

E_PDU
trama

transporte

red

enlace

física

Introducción a la arquitectura de redes

5

Modelo OSI

 Presentación: permite que las aplicaciones

interpreten el significado de los datos, ej.,
encriptación, compresión, codifica datos en modo
estándar

 Sesión: sincronización, puntos de comprobación,

recuperación del intercambio de datos

 La arquitectura de Internet omite estas capas

 estos servicios, si son necesarios, deben ser

implementados en aplicación

aplicación

presentación

sesión

transporte

red

enlace

física

Introducción a la arquitectura de redes

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Encapsulación

Emisor
Emisor

Nivel N+1

Nivel N

(N)-PCI

(N+1)-PDU

(N)-SDU

E
n
c
a
p
s
u
a
c
ó
n

l

i

(N)-UD

(N)-PDU

Modelo simplificado de encapsulación

Introducción a la arquitectura de redes

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Desencapsulación

Receptor
Receptor

Nivel N+1

Nivel N

(N)-PCI

(N+1)-PDU

(N)-SDU

(N)-UD

(N)-PDU

D
e
s
e
n
c
a
p
s
u
a
c
ó
n

i

l

Introducción a la arquitectura de redes

8

Ejemplo de arquitectura en capas:
Internet

origen
aplicación
transporte

red

enlace
física

Ejemplo: Dos sistemas finales interconectados por un router.
destino

mensaje

segmento

datagrama

trama

He

Hr
Hn
Hr

M
Ht
Ht M
Ht
M
Ht
M

M
Ht M
Ht
M
Ht

M

Hr
Hr

He

aplicación
transporte

red

enlace
física

Hr

Ht

M

red

enlace
física

He

Hr

Ht

M

Nota

Hx = X_PCI
M = A_PCI(Ha) + Datos Usuario (UD)
Ejemplo UD:
Asunto/cuerpo de un e_mail
Texto de un mensaje WhatsApp

router

Medio físico

Introducción a la arquitectura de redes

9

Multiplexión

 Un protocolo de nivel inferior puede tener distintos usuarios de nivel

superior

¿Cómo identificar al cliente?
 TCP y UDP: campo Puerto.
 IP: campo Protocol
 Ethernet: campo Ethertype
(Tipo/longitud)
 IEEE 802.3 (MAC) emplea LLC (IEEE
802.2)
 IEEE 802.2: DSAP y SSAP
Puede emplearse SNAP junto con IEEE
802.2 para identificar con Ethertype

Introducción a la arquitectura de redes

10

Multiplexión. Ejemplo (I)

Introducción a la arquitectura de redes

11

Multiplexión. Ejemplo (II)

N.E.D.

Mensaje

H

Datos

C

Introducción a la arquitectura de redes

12

Multiplexión. Ejemplo (III)

N.E.D.

Red

Mensaje

H

Datos

C

H

Datos

Introducción a la arquitectura de redes

13

Multiplexión. Ejemplo (IV)

N.E.D.

Red

Transport

e

H

Datos

H

Datos

Introducción a la arquitectura de redes

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Capítulo 1: Introducción a la
arquitectura de redes
 1.1 Modelo OSI.

 1.4. La capa de enlace

Arquitectura TCP/IP

de datos

 1.2. La capa de

transporte

 1.3. La capa de red

 1.5 Redes de Área

Local Virtuales, VLANs

Introducción a la arquitectura de redes

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Servicios de transporte y sus protocolos

 Proporcionan comunicación lógica entre los procesos de

aplicación que corren en diferentes hosts

 Los protocolos de transporte tienen lugar en los extremos de

la comunicación
 Se dividen los mensajes de la aplicación en segmentos, que se

pasan a la capa de red

Introducción a la arquitectura de redes

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Protocolos de internet de la capa de
transporte

TCP

UDP

 Existe más de un

protocolo de
transporte
disponible para
las aplicaciones
 Internet: TCP y

UDP

Orientado a conexión No orientado a

Fiable

Agrupación en
segmentos
Rx ordena los
segmentos
ACKs y
temporizadores
Control de flujo

conexión

No fiable

Mensajes sin
fragmentar
Datagrama de usuario

Sin ACKs

Sin control de flujo

Control de la
congestión

Sin control de la
congestión

Introducción a la arquitectura de redes

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Protocolos de internet de la capa de
transporte

 Puerto: identifica la aplicación
 Números de puerto:

http://www.iana.org/assignments/port-numbers

Protocolo de

aplicación

Números de puerto

Protocolo de

transporte

FTP
Telnet
SMTP
DNS
TFTP
HTTP
POP3
RIP

20, 21

23
25
53
69
80
110
520

TCP
TCP
TCP

UDP (TCP (*))

UDP
TCP
TCP
UDP

Introducción a la arquitectura de redes

18

UDP_PDU

T_PCI

T_UD

La cabecera
(T_PCI) solo tiene 4
campos.
La longitud es en
bytes y es la de la
T_PDU completa,
con cabecera.

32 bits

Nº puerto origen

Nº puerto destino

longitud

checksum

Datos del nivel
de aplicación

(mensaje)

Formato de la T_PDU

de UDP

Introducción a la arquitectura de redes

19

TCP: Características RFCs: 793, 1122, 1323,
2018, 2581

 Punto a punto:

 Un emisor, un receptor

 fiable, flujo de datos

ordenado:
 Sin “límite de mensaje”

 Procesamiento en cadena o

pipeline:
 Control del flujo y la
congestión en TCP
mediante ventanas

 Buffers de Tx y Rx

 Comunicación full duplex:

 Flujo de datos

bidireccional en la misma
conexión

 MSS: Maximum Segment

Size

 Orientado a conexión:

 handshaking (intercambio
de mensajes de control).
Protocolo de inicio de
conexión

 Control de flujo:

socket
door

application
writes data

TCP

send buffer

application
reads data

TCP

receive buffer

socket
door

segment

 El tx no desborda al rx

Introducción a la arquitectura de redes

20

Estructura segmento TCP

URG: datos urgentes

Puerto fuente

Puerto dest

32 bits

Nº secuencia

Nº ACK

Long
cab

Sin
uso

FSRPAU

Ventana

checksum

Puntero urgente

Opciones (longitud variable)

Datos de la aplicación

(longitud variable)

ACK: nºACK
válido

PSH: para pasar datos a
la aplicación
urgentemente

RST, SYN, FIN:
Establecimiento de
la conexión
(reinicio,
establecimiento y
fin)

checksum
(como en UDP)

Cuenta de los
datos por bytes
(no por
segmentos)

Nº bytes
que el rx puede
aceptar

Introducción a la arquitectura de redes

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Nº de secuencia TCP y ACKs

Host A

Host B

El cliente empieza
la apertura activa

El cliente
confirma la
apertura del

servidor

El servidor está en

apertura pasiva, empieza

conexión y confirma la

apertura del cliente

Conexión
establecida

tiempo

Introducción a la arquitectura de redes

22

Capítulo 1: Introducción a la
arquitectura de redes
 1.1 Modelo OSI.

 1.4. La capa de enlace

Arquitectura TCP/IP

de datos

 1.2. La capa de

transporte

 1.3. La capa de red

 1.5 Redes de Área

Local Virtuales, VLANs

Introducción a la arquitectura de redes

23

La capa de red

Funciones de la capa
de red:

•Enrutamiento de paquetes
•Direccionamiento lógico
•Multiplexión
•Fragmentación de paquetes

Introducción a la arquitectura de redes

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Protocolo IPv4

 Es el protocolo de red más

extendido

 Direcciones de 32 bits

 Parte de red
 Parte de host

 Las partes de red y host

vienen definidas por la
máscara de red.
 Los primeros x bits están a 1

y definen el número de bits de
la parte de red

 Los últimos 32-x bits están a
0 y definen el número de bits
de la parte de host

Introducción a la arquitectura de redes

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Direcciones especiales IPv4

Direcciones

Significado

Uso

0.0.0.0/32

El propio host de la propia red

Usado como dirección fuente si un nodo no

conoce su IP

10.0.0.0/8

172.16.0.0/12
192.168.0.0/16

Direcciones

privadas

Conectividad IP, pero sin acceso a internet

127.0.0.0/8

Interfaz loopback

Uso de IP sin acceder al medio físico

169.254.0.0/16

Autoconfiguración

Un nodo no dispone de una IP mediante una
asignación manual ni existe un servidor DHCP

224.0.0.0/4

Multicast

Multicast a nivel IP (clase D)

240.0.0.0/4

Reservado

Reservado para uso de IANA (clase E)

255.255.255.255

Broadcast limitado

Broadcast destino para la red

Introducción a la arquitectura de redes

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Formato de la IP_PDU

Prioridad de la R_UD

Para fragmentación/Reensamblado

(4 bits) IP Header
Length. Longitud

cabecera IP (IP_PCI) en

palabras de 32 bits

(4 bytes)

(4 bits)Versión
Protocolo IP

Número máximo de
saltos (se decrementa en
cada router) (1 byte)

Multiplexión/
Demultiplexión

P.e. marcas de
tiempo,
Registro de la ruta
seguida, lista de
routers por los que
pasar.

32 bits

IHL

ver

Tipo de
Servicio

Identificador (16 bits)

flags

Tiempo de

vida

Protocolo

longitud

Offset del
fragmento

Checksum
cabecera

Dirección IP fuente

Dirección IP destino

Opciones (si hay)

Datos del nivel superior

(longitud variable,

en general, T_PDU, TCP

o UDP)

Nº total bytes
IP_PDU

IP_PCI

¿Cuánta PCI se añade
con TCP/IP a los
A_UD?

 20 bytes de TCP
 20