PDF de programación - Introducción a las Redes IP

Universidad del Cauca

Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones

Departamento de Telemática

Sistemas de Conmutación

Internet

Introducción a las

192.168.0.0/16

Redes IP

Dr. Ing. Álvaro Rendón Gallón

Popayán, abril de 2013

Temario

2

• Generalidades del modelo TCP/IP
• Capa de acceso a la red: Ethernet
• Capa de red: Internet
• Capa de transporte: TCP y UDP
• Protocolos de enrutamiento
• Dispositivos de red

18/04/2013

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18/04/2013

Temario

• Generalidades del modelo TCP/IP

– Comunicación orientada y no orientada a conexión
– Redes de datagramas y de circuitos virtuales
– Tipos de redes
– Arquitectura de protocolos TCP/IP
• Capa de acceso a la red: Ethernet
• Capa de red: Internet
• Capa de transporte: TCP y UDP
• Protocolos de enrutamiento
• Dispositivos de red

Redes de comunicaciones

Redes de Comunicación

3

4

Redes de Comunicación

Conmutadas

Redes de Comunicación

por Difusión
• Ethernet
• Redes de radio-paquetes
• Redes satelitales

Redes de Conmutación

de Circuitos

Redes de Conmutación

de Paquetes

• Red telefónica
• Red de enrutamiento por

longitud de onda

Redes Orientadas a

Conexión

• X.25
• Frame Relay
• ATM
• MPLS

Redes No Orientadas a

Conexión

• Red IP

H.G. Perros. Connection-Oriented Networks: SONET/SDH, ATM, MPLS and Optical Networks.
John Wiley & Sons, Chichester (England), 2005. (Fig. 1-1, pag. 2).

2

5

6

Conmutación de Circuitos vs
Conmutación de Paquetes

A

C

E

B

D

F

Conmutación de Circuitos

Un circuito (físico o un canal) dedicado para la
comunicación entre los usuarios (apropiado para telefonía)
Requiere establecimiento y liberación
El establecimiento requiere capacidad disponible de
circuitos y conmutadores

Conmutación de Circuitos vs
Conmutación de Paquetes

A

C

E

B

D

F

Conmutación de Paquetes

Los circuitos son compartidos entre las diferentes
conexiones (uso más eficiente en transmisión de datos)
Todos los datos son agrupados en paquetes
La velocidad de transferencia de los paquetes varía en
función del estado de la red

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Comunicación Orientada a Conexión

vs No Orientada a Conexión

Comunicación No Orientada a Conexión (Connectionless)

Cada paquete se procesa en forma independiente en los
nodos y puede seguir una ruta distinta: Datagrama
Cada paquete lleva la identificación del destino
Los paquetes pueden llegar en desorden o perderse
El receptor reordena y recupera los paquetes

http://www.tcpipguide.com/free/t_CircuitSwitchingandPacketSwitchingNetworks.htm

Comunicación Orientada a Conexión

vs No Orientada a Conexión

7

8

Comunicación Orientada a Conexión (Connection-Oriented)

Los paquetes siguen una ruta establecida antes de iniciar
la transferencia: Circuito Virtual (conmutado o permanente)
Requiere establecimiento y liberación
Cada paquete lleva la identificación del circuito virtual
La red puede hacer secuenciación y control de errores

http://www.tcpipguide.com/free/t_CircuitSwitchingandPacketSwitchingNetworks.htm

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Circuitos físicos vs Circuitos

virtuales

STM-1

IT0

E1

Circuito virtual

Canal

IT16

IT31

Circuito físico

Redes de datagramas

• En una red de datagramas cada paquete contiene en

su cabecera la dirección de destino (y de origen)

• Los conmutadores de paquetes de la red

(enrutadores) examinan la dirección destino de cada
paquete, consultan una tabla (de enrutamiento) y con
base en ella deciden cuál es el siguiente enrutador
adonde enviar ese paquete

• Los paquetes pueden llegar en desorden (o perderse):

se les asigna un número de secuencia

• La red no mantiene información de estado de los

flujos de paquetes que circulan por ella

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9

10

5

Redes de datagramas

11

Destino

Prox. salto

B
C

R2
R5

Destino

Prox. salto

B

R4

R2

Destino

Prox. salto

R6

B

R4

R3

A

R1

R5

Destino

Prox. salto

B

R6

--

B

C

(Cota et al., 2011)

Redes de datagramas

12

Destino

Prox. salto

B

R3

R2

R4

R3

A

R1

R5

B

R6

C

(Cota et al., 2011)

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6

Redes de circuitos virtuales

• Los paquetes viajan de origen a destino siguiendo un

Circuito Virtual (VC: Virtual Circuit)

• El VC está conformado por los conmutadores/enrutadores

y las conexiones virtuales entre ellos (saltos)

• Cada paquete contiene en su cabecera la identificación de

la conexión virtual asignada (etiqueta) en cada salto

• Los conmutadores/enrutadores mantienen una tabla de

asignación interfaz-etiqueta de entrada a interfaz-
etiqueta de entrada salida para cada VC

• Con la interfaz y la etiqueta de entrada del paquete, el
conmutador/enrutador obtiene la interfaz y la etiqueta
de salida (próximo salto)

• Las tablas de interfaz-etiqueta controlan el estado de los

flujos de paquetes que circulan por la red

13

14

Redes de circuitos virtuales

Intf Etiq
i2

3

Intf Etiq
i3
10

Intf Etiq
i0
10

Intf Etiq
i3
26

Intf Etiq
26

i1

Intf Etiq
i6

5

3

A

i2

R1

i3
i1

i0

R5

Circuito Virtual

R2
i3

i2

R4

i6

i1

R3

Intf Etiq
i4

5

Intf Etiq
i0

8

i4

R6
i0

B

8

C

(Cota et al., 2011)

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Redes de circuitos virtuales

• El establecimiento del VC se hace antes de empezar a

enviar los paquetes. Al terminar el envío se libera

• El establecimiento y liberación de VC se realiza con

paquetes de control (señalización)

• En el establecimiento, para elegir el próximo salto

(interfaz-etiqueta de salida) se usan tablas de
enrutamiento, igual que en redes de datagramas

Tabla interfaz-etiqueta

Intf Etiq
i0
10

Intf Etiq
i3
26

i0

R1

R2
i3

i2

R3

R4

A

Destino

Prox. salto

B

R4

Tabla de enrutamiento

B

R6

Datagramas vs Circuitos Virtuales

15

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8

18/04/2013

17

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Tipos de redes

LAN: Local Área Network (red de área local)
• Desde una habitación al tamaño de un campus
MAN: Metropolitan Área Network (red de área

metropolitana)

• Hasta el tamaño de una ciudad
WAN: Wide Área Network (red de área extensa)
• Generalmente abarcan continentes
Internetworking (interconexión de redes)
• Interconexión de redes WAN y LAN
Redes avanzadas
• Académicas y de investigación

Redes de área local (LAN)

• Son redes privadas
• Principalmente para datos
• Voz usa otra red en paralelo
(hasta llegar VoIP)
• Se limitan a un edificio o una
zona local (1 ó 2 Km)
• Velocidades 10-1.000Mbps
• Conectan estac. de trabajo,
periféricos, terminales, etc.
• Muchos usuarios
• Se producen pocos errores
• Suelen ser tecnologías
basadas en medios de difusión
• Ejemplos: Ethernet, WiFi, FDDI, Token Ring, etc.

(Morató, 2010)

9

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Redes de área metropolitana

(MAN)

19

• Se extienden por áreas metropolitanas
• Interconectan LAN separadas
• Pueden ser públicas o privadas
• Las velocidades típicas van de centenares de Mbps a Gbps
• Ejemplo: DQDB, WiMax, Ethernet conmutada, MPLS, etc.

(Morató, 2010)

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Redes de área extensa (WAN)

• Cubre un área muy amplia: un país, un continente, el mundo
• Interconecta LAN y MAN
• Usa conmutadores de circuitos/paquetes
• Normalmente controlada por un operador
• Ejemplo: ATM, SDH, Frame Relay, MPLS, etc.

(Morató, 2010)

10

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Interconexión de redes

(Internetworking)

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• Puede interconectar LAN, MAN, WAN, etc..
• Las redes pueden ser de tecnologías diferentes
• Puede abarcar el globo: Internet-working

(Morató, 2010)

Redes avanzadas

22

Europa: GEANT
USA: Internet2
Latinoamérica: RedCLARA
Colombia: RENATA
Popayán: RUP

http://www.redclara.net/index.php?option=com_content&task=view&id=51&Itemid=236

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Pila de protocolos TCP/IP

Modelo OSI Modelo TCP/IP

7
6
5
4
3
2
1

Aplicación
Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace Datos

Física

Aplicación

Protocolos

Transporte
Internet

Acceso a la

Red

Redes

Pila de protocolos TCP/IP

23

24

Aplicación
• Clientes y servidores de aplicaciones concretas. Ej:

correo electrónico, navegación, FTP

Transporte
• Comunicación entre dispositivos de distintas redes.

Diferentes tipos de servicio y calidades Ej.: TCP, UDP

Internet (red)
• Encaminamiento de paquetes a través de la red para

alcanzar el destino. Ej.: IPv4, IPv6

Acceso a la red
• Transmisión de datos entre equipos directamente

conectados (enlace de datos).

• Características de cada medio particular (capa física)
• Ej: Ethernet, PPP, HDLC. También se pueden considerar
ATM, FrameRelay cuando se usan como transporte de IP

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Unidades de Datos de Protocolo

(UDP/PDU)

Aplicación

Datos

Aplicación

Transporte

Segmento (TCP)
Datagrama (UDP)

Transporte

Internet

Paquete

Internet

Enlace Datos

Trama

Enlace Datos

Física

Bits

Física

Acceso a
la Red

25

26

Encapsulamiento

• Cada capa recibe la UDP de la capa superior y le

agrega la información que corresponde a sus
funciones: direccionamiento, control de errores, etc.

Datos de correo

Datos

Datos Datos

Cabecera de
Transporte

Datos

Cabecera
de Red

Cabecera de
Transporte

Datos

Cabecera
de Trama

Cabecera
de Red

Cabecera de
Transporte

Datos

Cola
trama

1100010101000101100101001010101001

Datos

Progresión
de la pila

Segmento

Paquete

Trama

Bits

(CNA, 2009a)

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Esquemas de direccionamiento

Aplicación

Datos

Datos codificados

Transporte

Segmento (TCP)
Datagrama (UDP)

Internet

Paquete

Enlace Datos

Trama

Números de proceso

(Puertos)

de 0rigen y Destino

Direcciones de red lógicas

(Números IP)

de 0rigen y Destino

Direcciones físicas

(MAC)

de 0rigen y Destino

Física

Bits

Bits de Delimitación y

Sincronización

Acceso
a la Red

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28

Envío de datos

• El primer identificador de direccionamiento es la dirección

física del equipo, que es exclusiva de la red local.

• En la cabecera de la trama de capa 2 (enlace) viajan las

direcciones físicas de origen y destino

(CNA, 2009a)

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Transporte de datos entre redes

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• Los protocolos de capa 3 (red) están diseñados para la

transferencia de datos de una red local a otra

• Por tanto, las direcciones de capa 3 deben permitir identificar

distintas