PDF de programación - Clases de Arquitectura de Redes

Para Ingeniería Informática

15-11-2016

Martes 14 de noviembre

TEORÍA LIBRO

TEORÍA CONCRETA

FORMULARIO

PROBLEMAS

2
2

Martes 14 de noviembre

Temario del libro:
Capítulo 1: Redes de computadoras e Internet.
Capítulo 2: La capa de aplicación.
Capítulo 3: La capa de transporte.
Capítulo 4: La capa de red.
Capítulo 5: La capa de enlace y las redes de área local.
Capítulo 6: Redes inalámbricas y móviles.
Capítulo 7: Redes multimedia.
Capítulo 8: Seguridad en las redes de computadoras.
Capítulo 9: Gestión de redes.

3
3

Martes 14 de noviembre

Temario del libro:
Capítulo 1: Redes de computadoras e Internet.

Objetivo
1.1 ¿Qué es Internet?
1.2 Frontera de la red
1.3 Núcleo de la red
1.4 Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en las redes de
conmutación de paquetes
1.5 Capas de protocolos y modelos de servicio

Modelo de referencia ISO/OSI
1.6 Ataques a las redes: seguridad
1.7 Historia


Teoría de colas

4
4

Martes 14 de noviembre

Temario del libro:
Capítulo 2: La capa de aplicación.

Objetivo
2.1 Principios de las aplicaciones en red
2.2 Web y HTTP
2.3 FTP
2.4 Correo electrónico
2.5 DNS
2.6 Aplicaciones P2P
2.7 Programación de sockets con TCP
2.8 Programación de sockets con UDP

5
5

Martes 14 de noviembre

Temario del libro:
Capítulo 3: La capa de transporte.

Objetivo
3.1 Servicios de la capa de transporte
3.2 Multiplexación y desmultiplexación
3.3 Transporte sin conexión: UDP
3.4 Principios de transferencia de datos fiable
3.5 Transporte orientado a conexión: TCP
3.6 Principios de control de congestión
3.7 Control de congestión TCP

6
6

Teoría similar al

Capítulo 1: Redes de computadoras e

Internet.

ÍNDICE

7

Redes de comunicaciones

BREVE REPASO DE LA TEORÍA VISTA

Sobre el modelo dela OSI:
• Su desarrollo comenzó en 1977.
• El modelo de la OSI fracasó por 4 motivos:

• Extemporaneidad.
• Tecnología infructuosa.
•
• Política infructuosa.

Implementación infructuosa.

• Este modelo está dividido en siete (7) capas o niveles:

1. Física
2. Enlace de datos
3. Red
4. Transporte
5. Sesión
6. Presentación
7. Aplicación

•
•
•
•

Regla nemotécnica 1: All People Seem To Need Data Processing
Regla nemotécnica 2: Please Do Not Throw Sausage Pizza Away
Regla nemotécnica 3: FERTSPA, en inglés es First Spa
Para saber más: OSI Reference Model Layer Mnemonics

7

6

5

4

3

2

1

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

8

Redes de comunicaciones

BREVE REPASO DE LA TEORÍA VISTA

Frame type

MTU

Layer 1 overhead

Layer 2 overhead

Layer 3
overhead

Layer 4
overhead

Payload size

Total
transmitted

Efficiency

Standard

1500

preamble

IPG

8 byte

12 byte

Jumbo

9000

preamble

IPG

8 byte

12 byte

IEEE 802.11

7935

PLCP

preamble
& header
24 byte

IPG
varies

frame
header
14 byte

frame
header
14 byte

frame
header &
security
ovhd
52 byte

FCS
4 byte

FCS
4 byte

FCS
4 byte

IPv4

header
20 byte

IPv4

header
20 byte

TCP

header
20 byte

TCP

header
20 byte

IPv4

header
20 byte

TCP

header
20 byte

1460 byte 1538 byte

94.93%

8960 byte 9038 byte

99.14%

7895 byte

8015 + IPG
size byte

< 98.5%

NOTAS: IPG = INTERPACKET GAP | FCS = FRAME CHECK SEQUENCE | PCLP = PHYSICAL LAYER CONVERGENCE PROCEDURE | SFD = START FRAME DELIMITER

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

9

Teoría de colas

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

SALTAR

10

Teoría de colas

TEORÍA

TEORÍA DE COLAS
Definición formal: La teoría de colas es el estudio matemático de las
colas o líneas de espera dentro de un sistema. Esta teoría estudia
factores como el tiempo de espera medio en las colas o la capacidad
de trabajo del sistema sin que llegue a colapsarse.

En el caso concreto de la ingeniería, la teoría de colas permite
modelar sistemas en los que varios agentes que demandan cierto
servicio o prestación.

En el contexto de la informática y de las tecnologías de la información
y la comunicación las situaciones de espera dentro de una red son
más frecuentes. Así, por ejemplo, los procesos enviados a un servidor
para su ejecución forman colas de espera mientras no son atendidos;
la información solicitada, a través de Internet, a un servidor Web
puede recibirse con demora debido a la congestión en la red;
también se puede recibir la señal de línea de la que depende nuestro
teléfono móvil ocupada si la central está colapsada en ese momento,
etc.

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

11

Teoría de colas

TEORÍA

TEORÍA DE COLAS

Ejemplos de colas:

• personas esperando por un servicio

(bibliotecas, bancos,

gasolineras, urgencias en hospital, . . . )

• máquinas esperando por una reparación, piezas de un producto

esperando a ser ensambladas

• programas de ordenador esperando a ser ejecutados por un

procesador, información de internet esperando en un nodo para

ser transferida a su destino

• aviones esperando a despegar o aterrizar

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

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Teoría de colas

TEORÍA

TEORÍA DE COLAS

Más ejemplos:

Servidores
Surtidor
Operarios taller

Robot de almacenamiento

Servicio
Llenar depósito
Reparación avería
Aterrizaje / despegue Pista
Transporte
Operación financiera Ventanilla

Clientes
Automóvil
Automóvil
Avión
Cajas
Clientes banco
Clientes supermercado Cobro compra
Venta artículo
Clientes tienda
Enfermos
Atención médica
Juicio
Juicios pendientes
Llamadas telefónicas
Conversación

Caja
Dependiente
Médico
Jueces
Centralitas

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

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Teoría de colas

TEORÍA

TEORÍA DE COLAS

Tipología de colas:

• en una cola los elementos son recuperados en orden FIFO

(lo primero en entrar es lo primero en salir). También se le

denomina «primero en llegar, primero en ser atendido», en inglés:

First Come, First Served (FCFS)

• en una pila los elementos son recuperados en orden LIFO

(lo último en entrar es lo primero en salir)

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

14

Teoría de colas

TEORÍA

TEORÍA DE COLAS

Problema a resolver:

• Las líneas de espera generan malestar, ineficiencia, retraso y otros

problemas, lo que origina un coste de tiempo y económico

• Es muy importante evaluar el balance entre el aumento del nivel

de servicio y el tamaño de las colas de espera

• Por tanto, es necesario entender la relación entre el número de

servidores en un sistema (o eficacia de los mismos) y la cantidad

de tiempo gastado en la cola (o cantidad de clientes en la misma)

• En sistemas de colas sencillos dichas relaciones se pueden

encontrar analíticamente

• En sistemas más complejos se pueden analizar mediante

simulación

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

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Teoría de colas

TEORÍA

TEORÍA DE COLAS
Elementos más importantes en un sistema de colas: clientes y
servicio: (luego se verán las llegas y la fuente de entrada):
• Los clientes se caracterizan por los intervalos de tiempo que

separan sus llegadas.

• Las

llegadas de clientes pueden ser deterministas o
(en este caso se modelan mediante una

aleatorios
distribución estadística.

• El servicio se caracteriza por el tipo y tiempo de servicio,
además de por el número de servidores. El tipo de servicio o
disciplina representa el orden en el que los clientes se
seleccionan de la cola.

• Los tiempos de servicio también pueden ser deterministas o

aleatorios (distribución estadística).

• Las variaciones en un sistema de colas pueden ser múltiples.
Sólo se pueden resolver de forma analítica un conjunto
reducido de sistemas.

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

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Teoría de colas

TEORÍA

TEORÍA DE COLAS
Las llegadas:
• Pueden existir una o varias fuentes.
• Se suele asumir independencia entre llegadas.
•
• Tasa de llegadas:
• Tiempo medio entre llegadas:



Intervalos entre llegadas: deterministas o aleatorios.

 (Número medio de clientes que acceden al sistema por unidad de tiempo)
1 /  (unidades de tiempo entre cada llegada de 1 cliente )

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

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Teoría de colas

TEORÍA

TEORÍA DE COLAS

La fuente de entrada:

• Puede ser

infinita o

finita

(sistemas abiertos o cerrados,

respectivamente).

• Ejemplo de sistema abierto: un banco, ya que es prácticamente

imposible que todos los posibles clientes coincidan en su llegada.

• Ejemplo de sistema cerrado: un servidor de internet con un número

relativamente pequeño de usuarios autorizados (es posible que en un

momento determinado se conecten todos los usuarios al servidor).

• Si la fuente es finita, entonces el número de clientes en la cola afecta

al número de clientes fuera del sistema.

• La llegada puede ser en bloque o de forma unitaria. Frecuentemente

el bloque se trata como un solo cliente.

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

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Teoría de colas

TEORÍA

TEORÍA DE COLAS

Los clientes:

• Si son personas. pueden ser impacientes.

• Si son paquetes de datos, pueden tener un timeout o tiempo

máximo de espera.

• Por tanto, los clientes se pueden perder, bien porque no entran

en el sistema, bien porque abandonan tras un tiempo en el

sistema.

• También, los clientes pueden percibir un ritmo más acelerado en

una cola distinta y por tanto decidir cambiarse.

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES

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Teoría de colas

TEORÍA

TEORÍA DE COLAS

La cola o canal de espera:

• Puede ser de uno o varios canales.

• Puede existir interferencia entre canales.

• Puede ser de capacidad limitada.

• Disciplina de la cola tiene mú