PDF de programación - Tema 1 - Redes de Ordenadores e Internet

Bloque I: Introducción

Tema 1: Redes de Ordenadores

e Internet

Índice

• Bloque I: Introducción

– Tema 1: Redes de Ordenadores e Internet

• ¿Qué es Internet?
• Introducción a las redes de ordenadores

– Extremos de la red
– El núcleo de la red

• Arquitectura de red
• Modelo OSI

• Referencias

– Capítulo 1 de “Redes de Computadores: Un enfoque

descendente basdado en Internet”. James F. Kurose, Keith
W. Ross. Addison Wesley, 2ª edición. 2003.

– IEFT: http://www.ietf.org

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¿Qué es Internet?

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¿Qué es Internet?

•

•

•

•

Desde el punto de vista hardware y software:
– Host, routers y enlaces de comunicación
– Protocolos: TCP/IP
Desde el punto de vista de los servicios:
–

Internet permite a aplicaciones distribuidas intercambiar datos entre ellas. Por ejemplo:
telnet, e-mail, navegación Web, aplicaciones P2P, juegos, …
Internet proporciona dos servicios para las aplicaciones distribuidas: fiable y orientado
a conexión y no fiable sin conexión.

– En Internet no es posible establecer cuánto tiempo se necesita para enviar datos

–

desde el emisor al receptor.

Tipos de redes (cableadas o inalámbricas):
– Broadcast: canal de comunicación compartido posibilidad de múltiples

destinatarios (broadcast o multicast). Redes pequeñas en general.

– Punto a punto: canales de comunicación dedicados para la comunicación entre dos

máquinas.

Tipos de redes según su longitud:
– Redes de Área Local (10m-1Km): LAN (Local Area Network)

• Medio compartido, 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps (p.e. Ethernet/IEEE802.3)

– Redes de Área Metropolitana (10Km): MAN (Metropolitan Area Network)

• Suelen utilizar tecnologías similares a las LAN.

– Redes de Área Extendida (>10 Km): WAN (Wide Area Network)

• Compuestas habitualmente de líneas de transmisión y elementos de

• Las líneas transportan los bytes y los elementos de conmutación conectan dos o

conmutación.

más líneas de transmisión.

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¿Qué es un protocolo?

• Toda actividad en Internet que implica a dos o más entidades remotas

que se comunican está gobernada por un protocolo.

• Protocolo: formato y orden de los mensajes intercambiados entre dos

o más entidades que se comunican, así como las acciones que se
toman en la transmisión y recepción de un mensaje o evento.
– Conjunto de mensajes válidos
– Significado de cada mensaje:

• Sintáctico (campos que contiene + formato)
• Semántico (significado + acciones)

• Un protocolo también se puede ver como un proveedor de servicio:

– Entidades pares usan un protocolo para ofrecer un servicio a una

entidad superior.

– La interfaz de servicio (de las entidades pares) oculta los detalles

del protocolo(s) usados para proveer el servicio.

– Por ejemplo, el protocolo FTP ofrece un servicio de transferencia

• Arquitectura de red: conjunto de protocolos y niveles que permiten la

de ficheros fiable.

comunicación.

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En los extremos de la red

• Hosts: extremo de Internet.

– PC, Mac, portátiles, PDA, servidores (Web, correo electrónico, …), clientes

ligeros y aparatos domésticos (TV web, consolas, frigoríficos, …).

• Modelo cliente-servidor: Web, e-mail, FTP, telnet, …
•

Aplicaciones P2P: Napster, KaZaA, emule, proyecto SETI@home, …
– Cada extremo actúa como cliente y servidor
Servicios:
– Orientado a Conexión (TCP) = servicio telefonía fija.

•

• Transferencia fiable de datos, control de flujo y control de congestión

– No Orientado a Conexión (UDP) = servicio de correos.

• Diferencia entre Servicio y Protocolo:

– Las entidades utilizan los protocolos para implementar el servicio que ha

sido solicitado por el usuario.

– Deben ser independientes: podría cambiarse el protocolo sin necesidad de

que lo note el usuario (sin cambiar el servicio).

– Concepto similar a Definición e Implementación de módulos en los

lenguajes de programación.

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El núcleo de la red

• Conmutación de circuitos: cuando dos nodos se quieren

comunicar se establece una conexión terminal a terminal.
– Los recursos (buffers, ancho de banda, …) necesarios se

reservan a lo largo del recorrido.

– La reserva se mantiene durante la sesión.
– Por ejemplo: redes de telefonía.

• Conmutación de paquetes:

– No hay reserva de recursos.
– Los mensajes de la sesión utilizan los recursos bajo

demanda Pueden tener que esperar para poder utilizar
los recursos.

– Por ejemplo: Internet.

• Mixtas: ATM Aunque una conexión haga una reserva puede

tener que esperar por los recursos.

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Conmutación de circuitos

• Multiplexación por división en frecuencia (FDM)

Frecuencia

B

Señal 1
Señal 2
Señal 3

Bandas de

guarda

Tiempo

• Multiplexación por división en el tiempo (TDM)

Frecuencia

B

Intervalos de
sincronización

Señal 1

Señal 2

Señal 3

Señal 1

Tiempo

Una trama

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Conmutación de paquetes

•
•
•

•

Se dividen los mensajes originales en paquetes.
Los paquetes se envían a través de los enlaces y los routers.
Los routers utilizan la técnica de transmisión de almacenamiento y reenvío:
– El router debe recibir el paquete completo antes de poder transmitir el
primer bit hacia el siguiente destino Retardo de almacenamiento y
reenvío

Para cada enlace, el router dispone de un buffer de salida (o cola de salida),
que almacena los paquetes a enviar por ese enlace.
– Retardo de cola: si el enlace está ocupado con la transmisión de otro

mensaje Esperar

– Pérdida de paquetes: si la cola está llena Es necesario descartar algún

paquete (p.e. el último en llegar).

• Redes de datagramas: el envío de paquetes se realiza en base a la dirección de

destino.
– No se mantiene información sobre el estado de las conexiones en los

routers.

• Redes de Circuito Virtual (CV): el envío de paquetes se realiza en base al

número de circuito virtual.
– Los conmutadores mantienen información del estado de las

comunicaciones entrantes: interfaz de entrada - etiqueta de entrada –
interfaz de salida – etiqueta de salida (p.e. X.25, Frame Relay, ATM)

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Conmutación de paquetes

• Segmentación de mensajes

– Una red de conmutación de paquetes realiza conmutación

de mensajes si las fuentes no segmentan los mensajes
(mensaje = paquete).

• Conmutación de mensajes = transmisión secuencial
• Conmutación de paquetes = transmisión paralela

(pipelining).

– Mejor rendimiento de la conmutación de paquetes.
– Retransmisión sólo de los paquetes en caso de errores.
– Mayor sobrecarga por cabeceras en el caso de la

conmutación de paquetes.

• Ejemplo de segmentación vs. conmutación de paquetes

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El núcleo de la red: resumen

• Redes de telecomunicación:

– Redes de conmutación de circuitos

• Multiplexación por división en frecuencia (FDM)
• Multiplexación por división en el tiempo (TDM)

– Redes de conmutación de paquetes

• Redes con Circuitos Virtuales
• Redes de datagramas

•

Entonces, ¿cuál es mejor … para conectar dos ordenadores?
– Enlace de 1 Mbps compartido por varios usuarios.
– Cada usuario pasa por períodos de actividad (genera datos a 100 Kbps) e

inactividad.

– Un usuario está activo el 10% del tiempo.
– Conmutación de circuitos: máximo 10 usuarios (10 x 100 Kbps = 1 Mbps).
– Conmutación de paquetes: si hay 35 usuarios, la probabilidad de que haya

más de 10 usuarios activos simultáneamente es de 0.0004.

• El 99.96% de los casos, la tasa de llegada de datos será inferior a 1

Mbps.

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Redes de acceso y medio físico

•

El acceso a la red se divide en tres clases:
– Acceso residencial: conecta sistemas terminales del hogar a la red.

• Modem telefónico, acceso de banda ancha (DSL – Digital Subscriber

Line o HFC – Hybrid Fiber Coaxial Cable)

– Acceso de empresa: conecta sistemas terminales de una empresa u

organismo a la red.

• Se utilizan LANs para conectar al sistema terminal al router.
• Ethernet conmutada (10 – 100 Mbps, o incluso 1 ó 10 Gbps).

– Acceso móvil: conecta terminales móviles a la red.

• Wireless LAN: los usuarios móviles transmiten y reciben a través de

una estación base (punto de acceso).

• Redes de acceso sin cable de área amplia: WAP (Wireless Access

Protocol), UMTS

• Medios de transmisión:

– Guiados

• Par trenzado: UTP y STP
• Cable coaxial
• Fibra óptica

– No guiados

• Canales de radio terrestres (p.e. WIFI, GPRS, 3G, …)
• Canales de radio satélite

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Retardos en conmutación de paquetes

• Tipos de retardo:

buffer de salida).

paquete al enlace

– Retardo de procesamiento: tiempo requerido por el router para
examinar la cabecera y determinar hacia donde seguir el paquete.

– Retardo de cola: tiempo de espera para ser transmitido (en el

– Retardo de transmisión: tiempo para transmitir todos los bits del

– Retardo de propagación: tiempo necesario para propagarse
desde el inicio del enlace hasta el final del enlace (= siguiente
router).

• Ejemplo retardo de propagación vs retardo de transmisión

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Arquitectura de red

Protocolo

Interfaz

Servicio

• Arquitectura de red: conjunto

de protocolos y capas que
permiten la comunicación entre
ordenadores.

• Protocolo: formato de
mensajes + reglas de
intercambio de estos mensajes
entre entidades pares de una
arquitectura de red.
Interfaz: comunicación definida
por un conjunto de primitivas y
servicios que ocurre entre pares
de capas adyacentes.

•

• Pila de protocolos (Protocol

Stack): lista de protocolos
usados por un sistema.

• Medio físico: el medio a través
del cual la comunicación ocurre.

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Medio físico

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Arquitectura de red

Capa N+1

Interfaz

Capa N

ICI

IDU

SDU

SAP

ICI

SDU

Cabecera

PDU

SDU

Capa N

IDU: Interface Data Unit

• SAP: Service access point
•
• PDUs: Protocol data units
• SDUs: Service data units