PDF de programación - Redes de Comunicaciones

Redes de Comunicaciones

José Manuel Vázquez Naya

Contenido

Introducción a las redes
• Introducción a las redes
▫ Conceptos básicos
▫ Ventajas de las redes
▫ Clasificación según su ubicación (LAN , MAN, WAN)
▫ Componentes básicos de una red

j

l

• Protocolos de red
d d
• Protocolos de transporte
• Pila de protocolos
• Pila de protocolos

Conceptos básicos

á

Una red informática consiste en dos o más ordenadores
• Una red informática consiste en dos o más ordenadores
interconectados entre sí, a través de tarjetas de red, con transmisión
por cable o inalámbrica, para compartir ficheros, recursos,
p
,
aplicaciones, conexión a Internet, etc.

, p

p

,

Ventajas de las redes

Compartir información
• Compartir información
▫ Antes, sneakernet (red a zapato)
Compartir recursos
• Compartir recursos
▫ Periféricos (impresoras, escáneres, etc.)
▫ Almacenamiento
▫ Aplicaciones

• Ayudar a la colaboración

▫ Varias personas pueden trabajar en el mismo proceso a la vez
▫ Varias personas pueden trabajar en el mismo proceso a la vez

• Facilitar la gestión centralizada

Clasificación de las redes según su ubicación
ó

ú

ó

Redes de área local (LAN Local Area Network)
• Redes de área local (LAN, Local Area Network)
▫ Cubren una zona relativamente pequeña, como una clase, una escuela o

un edificio

▫ Tecnología: Ethernet, WiFi

• Redes de área metropolitana (MAN, Metropolitan Area Network)
k)

N t
R d d á
▫ Cubren una distancia aproximada equivalente a una típica zona

(MAN M t

lit

lit

A

t



metropolitana

p

▫ Tecnología: WiMax



t

(WAN Wid A

• Redes de área extensa (WAN, Wide Area Network)
k)

R d d á
▫ Cubren zonas de mayor extensión que una ciudad
▫ Tecnología:
Tecnología:
 ADSL, cable modem, GPRS, UMTS, … ( de acceso)
 SDH, DWDM, … (entre proveedores)

N t

Componentes básicos de una red

á

En una red de comunicaciones intervienen diferentes tipos de
• En una red de comunicaciones intervienen diferentes tipos de
elementos para lograr que emisor y receptor intercambien
información. Estos dispositivos pueden clasificarse en 3 tipos:
3 p
▫ Dispositivos finales o “hosts”: Estaciones de trabajo, servidores,

p

p

teléfonos IP, PDAs,…

▫ Dispositivos intermedios dispositivos de interconexión o elementos
▫ Dispositivos intermedios, dispositivos de interconexión o elementos

activos de red
 Facilitan el envío de la información entre los dispositivos finales origen y

d
destino

i

 Hubs, switches, routers, firewalls, puntos de acceso, …

,

▫ Elementos pasivos (medios de transmisión): Cable coaxial, fibra óptica,
,

p

p

(

)

par trenzado, …

Medios de transmisión
ó

Cable coaxial tipo RG58

Cable trenzado con terminal RJ45

Fibra óptica

Tarjeta de red o NIC (Network Interface Card)

• Se conecta directamente a la unidad de sistema del ordenador y
• Se conecta directamente a la unidad de sistema del ordenador y

proporciona un punto de conexión de red.

• Proporciona la conexión física en la que conectar el cableado (u otro medio
de red) al dispositivo en red y es el dispositivo que, en último término, crea
y envía la señal desde un dispositivo en red al siguiente

Tarjeta PCI Ethernet para RJ45

h

j

Tarjeta WiFi PCI

i

j

i

Dirección MAC

ó

Cada tarjeta de red o NIC tiene un identificador único conocido
• Cada tarjeta de red o NIC tiene un identificador único, conocido
como dirección MAC (siglas en inglés de Media Access Control o
control de acceso al medio)

• Una dirección MAC es un identificador de 48 bits que se representa

en notación hexadecimal

• Ejemplo:

IEEE

fabricante

00-03-FF-F9-0F-63

0000 0000 0000 0011 1111 1111 1111 1001 0000 1111 0110 0011

HEX
BIN

2

3

1

0
F
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

A

B

C

D

E

4

5

6

7

8

9

Tecnologías de Red: Ethernet

í

¿Cómo se entienden entre sí los distintos dispositivos de una red
• ¿Cómo se entienden entre sí los distintos dispositivos de una red
informática?
▫ Gracias al estándar Ethernet (IEEE 802)
)
▫ Se encarga de garantizar la compatibilidad física de los equipos de la Red
▫ Las tarjetas de red Ethernet utilizan un método de control de acceso al

(

medio denominado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision
medio denominado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision
Detect)
 Todos los equipos de una red respetan rigurosamente el turno de palabra, de
d

manera que cuando un equipo quiere transmitir escucha la red hasta que nadie
transmita

h l

d

d h

Tecnologías de Red: Legacy Ethernet

í

• Implementaciones antiguas de Ethernet basadas en cable coaxial
• Implementaciones antiguas de Ethernet basadas en cable coaxial
• Dominio de colisión: Es el conjunto de dispositivos que comparten un

medio físico de transmisión y que, por lo tanto, compiten por él.

Estación 1

Estación 2

Estación 3

LAN A

Tecnologías de Red: Legacy Ethernet

í

Dispositivos intermedios:
• Dispositivos intermedios:
▫ Repetidor: Permite superar los límites físicos impuestos por los

medios de transmisión (atenuación de la señal)

▫ Concentrador, hub o repetidor multipuerto: Repite la señal y

concentra la conectividad de la red
 Recibe datos por un puerto y los
 Recibe datos por un puerto y los

reenvía por todos los demás

Estación 1

Estación 2

Estación 3

LAN A

LAN B

REPETIDOR

Estación 11

Estación 12

Tecnologías de Red: Legacy Ethernet

í

Problemas sin resolver:
• Problemas sin resolver:
▫ Los dispositivos de interconexión no procesan los datos. Simplemente

regeneran y resincronizan la señal que reciben

▫ Ancho de banda compartido
▫ Colisiones:

 Retransmisiones
 Retransmisiones
 Retardo en los envíos
 Limitaciones de tamaño (Tiempo de propagación en la red)

• Solución: Creación de múltiples dominios de colisión por medio de

la utilización de dispositivos de red más avanzados: puentes y
la utilización de dispositivos de red más avanzados: puentes y
switches
▫ Tecnología Ethernet Conmutada

g

Tecnologías de Red: Ethernet Conmutado

í

• Un puente es un dispositivo de interconexión de redes que trabaja
• Un puente es un dispositivo de interconexión de redes que trabaja

tomando decisiones sobre el envío de tramas en base a direcciones MAC

• Cada dirección MAC conocida
está asociada a un puerto del
puente
• Al recibir una trama se
Al recibir una trama se
examina la dirección de
destino de la misma:
▫ Se conoce el puerto de
▫ Se conoce el puerto de

destino:
 Es la propia interfaz de origen:

 No se reenvía
 No se reenvía
 Es otra interfaz:

 Se reenvía por dicho puerto

Se desconoce el puerto de destino
▫ Se desconoce el puerto de destino


“Unicast MAC Flooding”
• Creación de 2 dominios

d
li ió
de colisión

Tabla de Conmutación

Estación 1

Estación 2
Estación 2

Estación 3

Estación 11

ó 12
Estación 12

Puerto 1

Puerto 1
Puerto 1

Puerto 1

Puerto 2

Puerto 2
2

Tecnologías de Red: Ethernet Conmutado

í

Aprendizaje de direcciones:
• Aprendizaje de direcciones:
▫ Normalmente, es dinámico:

 El puente examina la dirección MAC origen de las tramas entrantes y asocia

dicha MAC al puerto por el que ha recibido la trama

 Tiempo de vida limitado (300 segundos, en muchas configuraciones)

• Problemas derivados de la utilización de puentes:
• Problemas derivados de la utilización de puentes:

▫ Incremento de la latencia. Los puentes suelen ser dispositivos lentos que

tardan en procesar las tramas

▫ No permiten concentrar la conectividad de grandes cantidades de

dispositivos, puesto que disponen de un número limitado de puertos, 2,
4 u 8 …
4

▫ Solución: Utilización de switches o conmutadores Ethernet

Tecnologías de Red: Ethernet Conmutado

í

Un conmutador o switch es un dispositivo de interconexión de
• Un conmutador o switch es un dispositivo de interconexión de
red que, además de actuar como un puente, permite concentrar la
conectividad de la red

• La diferencia fundamental entre un conmutador y puente

redes corporativas

d

ti

▫ Suelen presentar una densidad de puertos mucho mayor que los puentes

• Un switch es un dispositivo de naturaleza “full-duplex”

di

o

j d di

multipuerto es que el conmutador realiza todas las funciones de
t
ió
aprendizaje de direcciones, determinación de puerto y conmutación
de la trama por hardware, mientras que un puente realiza estas
operaciones por software
op
▫ Los switches son mucho más rápidos que los puentes
▫ Son los dispositivos utilizados actualmente en las capas de acceso de las

ió d

d t

po

t



i

o

i

Tecnologías de Red: Ethernet Conmutado

í

En muchas de las tecnologías de acceso múltiple como por ejemplo
• En muchas de las tecnologías de acceso múltiple, como por ejemplo
Ethernet, se utilizan un tipo de tramas/paquetes especiales
denominados de difusión o broadcast inundado
▫ Dichos paquetes se caracterizan por tener como dirección MAC de

destino FF-FF-FF-FF-FF-FF

▫ Estas tramas son recibidas y procesadas por todos los dispositivos
▫ Estas tramas son recibidas y procesadas por todos los dispositivos

de la red

▫ Este tipo de tráfico es necesario para el funcionamiento de la propia red

y, por lo tanto, no puede ser eliminado

▫ Cuantos más dispositivos, más tráfico de broadcast se generará,

afectando al rendimiento de la red en general y de todos los equipos en
afectando al rendimiento de la red en general y de todos los equipos en
particular

• Conclusión: Es necesario mantener el tamaño de los dominios de

broadcast limitado. ¿Cómo?

Tecnologías de Red: Ethernet Conmutado

í

Problemas sin resolver:
• Problemas sin resolver:
▫ Limitar el tráfico de difusión o broadcast

 Solución: Reducir el tamaño de los dominios de difusión. Pero, ¿cómo se

comunican dos o más dominios de difusión o broadcast diferentes?
 Utilizando dispositivos que sean capaces de pasar datos de un dominio de

difusión a otro: enrutadores (routers)

▫ Además, con direcciones MAC, espacio de direccionamiento p