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Version Jan 25, 2015
Computer Networks I
application
transport
link
physical
networkArquitecturas de Red
aplicación
transporte
enlace
física
red
Redes de Computadores I 2
Prefacio
¿Qué es una red?
Clasificación de Redes
Inter-redes
Conceptos básicos de redes
Modos de conmutación de paquetes
Arquitecturas de red
Modelos de referencia Modelo OSI
Modelo TCP/IP
Fundamentos de direccionamiento
Referencias
3
La naturaleza de Internet
Las comunicaciones son la base de la sociedad,e Internet ha cambiado definitivamente la formaen que nos comunicamos.
Los protocolos de Internet se diseñaron para quefuesen abiertos, escalables e interoperables.
La mayoría de los estándares y protocolos deInternet son de dominio público (RFC).
A día de hoy, nadie puede controlar Internet, peroesto podría cambiar pronto...
Computer Networks I 4
Internet hoy
Forouzan 5ed
Computer Networks I 5
Administración de Internet
Forouzan 5ed
Computer Networks I 6
Administración de Internet
Forouzan 5ed
ISOC (Internet Society). Organización internacional formada en1992 para apoyar los procesos de normalización de Internet
IAB (Internet Architecture Board). Consejero técnico de la ISOC.Supervisa el continuo desarrollo del TCP/IP y asesora en aspectostećnicos en las investigaciones de los miembros de la comunidadde Internet. También gestiona la edición de las RFCs
IRTF (Internet Research Task Force). Investiga en asuntosrelacionados con protocolos, aplicaciones, arquitectura ytecnologías
IETF (Internet Engineering Task Force). Identifica problemasoperativos y propone soluciones. Desarrolla y revisaespecificaciones. Se divide en áreas específicas
Computer Networks I 7
Request for Comment (RFC)
Forouzan 5ed
Computer Networks I 8
Request for Comment (RFC)
Forouzan 5ed
Computer Networks I 9
Forouzan 5ed
Estándar de Internet. Especificación probada útil paraquienes trabajan en Internet
Niveles de madurez:
Estándar propuesto: especificación conocida y de interés para lacomunidad, probada e implementada por diversos grupos
Borrador: propuesta probada con éxito dos veces
Estándar de Internet: borrador probado con éxito dos veces
Histórico: perspectiva histórica, tanto si ha llegado a ser estándar o no
Experimental: trabajo relacionado con una situación experimental queno afecta al funcionamiento de Internet
Informativo: información general, histórica o tutorial relacionada conInternet
Request for Comment (RFC)
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¿Qué es una red?
Esto es un conjunto de ordenadores autónomosinterconectados que pueden intercambiarinformación.
Los usuarios de la red son conscientes de que sondiferentes ordenadores cada uno con sus recursos.
La red por lo general serepresenta por una nube, paraindicar que no sabemos bien suestructura interna
i
11
Clasificación de redes
Por tipo de enlace
Por tamaño
Por topología
12
Una conexión punto-a-punto establece un enlaceque sólo puede ser usado por dos extremos.
Normalmente usan cables, pero también puedenusar enlaces de microondas o por satélites.
Redes por tipo de enlace
13
Redes por tipo de enlace
En una conexión multipunto varios nodos (más dedos) comparten un enlace
Normalmente, se permiten diferentes modos dedireccionamiento:
Unicast. La dirección identifica a un único host destino.
Broadcast. La dirección identifica a todos los hosts en la red.
Multicast. La dirección identifica a un subconjunto de hosts.
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IPN: InterPlanetary y Delay Tolerant Networks (DTN).
Global (Internet).
WAN: Wide Area Network – un país o enlaces intercontinentales.
MAN: Metropolitan Area Network – Una ciudad o parte de ella.
LAN: Local Area Network – Un departamento o edificio.
PAN: Personal Area Network – Ordenadores y escritorios.
SAN: System Area Network – Clusters y sistemas empotrados.
NoC: Network On Chip – Red en un circuito integrado
Redes por tamaño
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Redes por tamaño: LAN
La LAN se administra de forma privada.
Alta velocidad (100Mbps – 1Gbps), concebidas con recursos compartidos y las necesidades de los usuarios.
Usa una topología y tecnología de transmisión sencilla.
Computer Networks I 16
Involucra a hosts y sub-redes (que usan enlaces punto a punto).
Una subred se compone de:
Líneas de enlace
Routers
El router debe almacenar mensajes y encaminarlos aldestino adecuado. El mecanismo de “almacenar yencaminar” (o “conmutación de paquetes”) es lo contrariode “conmutación de circuitos”.
Redes por tamaño: WAN
Computer Networks I 17
Redes por topología
Fully connected mesh
n(n-1)/2 links
Ring
BusStar
Computer Networks I 18
Inter-redes
Una inter-red es un conjunto de redes (heterogéneas)conectadas entre sí.
Redes con diferentes tecnologías de software y hardwarepueden compartir información gracias a un protocolo dered lógico y a pasarelas.
19
Conceptos básicos de redes
Direccionamiento
Detección y corrección de errores
Control de flujo
Multiplexación
Enrutado
...
Computer Networks I 20
Redes de conmutación físicas
Red de conmutación de circuitos
El “viejo” sistema telefónico
Extremo a extremo
3 fases: Llamada (conexión), conversación, cuelgue (desconexión)
Red de conmutación de mensajes
El “viejo” sistema telegráfico
Extremo a oficina, oficina a oficina,...
oficina a extremo
1 fase: intercambio de mensajes
Red de conmutación de paquetes
Similar al correo postal
Redes de ordenadores “Modernos”
Computer Networks I 21
Comparación
Computer Networks I 22
Hoy “todas” las redes de ordenadores
Similar al correo postal
Los mensajes se trocean en pequeños mensajes llamados PAQUETES
Forouzan 5ed
Modos de conmutación de paquetes
Computer Networks I 23
Modos de conmutación de paquetes
Forouzan 5ed
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Modos de conmutación de paquetes
Medio de comunicación compartido
Servicio no orientado a conexión
Servicio orientado a conexión
No orientado a conexión
Cada mensaje se envía como una unidad individual aislada. Elmensaje incluye dirección de destino (y puede que también de origen)y otra información para su entrega. Ej: carta postal.
Orientado a conexión
Antes de transmitir datos entre emisor y receptor, se necesita
establecer previamente una conexión. Una vez establecida, la
comunicación funciona como un flujo continuo de bytes, normalmente
en modo de transmisión duplex. Al final se desconecta. Ej: teléfono.
25
Arquitectura de red
Es un entorno que describe una red decomunicación, sus componentes y susprotocolos.
El diseño de red se organiza como una pilade capas.
Cada capa proporciona servicios a la capasuperior y pide servicios a la capa inferior.
La capa 'n' de un nodo mantiene unaconversación virtual con la misma capa delnodo destino. Dicha conversación debeconocer un protocolo específico.
26
Ejemplo de capas
Tanenbaum
Analogía de los filósofos
27
Modelos de Referencia
Modelo OSI
Modelo TCP/IP
El modelo de referencia y la implementación del protocolo son cosas muy distintas. No deben confundirse.
i
28
Modelo OSI
La OSI (Open System Interconnection) es unanorma ISO (International Organization forStandardization)
Proporciona un modelo conceptual general paradescribir y estudiar cualquier pila de protocolo.
El modelo define tres conceptos básicos:
servicio: la función que puede proporcionar una capa.
interfaz: la forma de conseguir los servicios de la capa.
protocolo: el conjunto de reglas entre puntoshomogéneos.
29
Capas del modelo OSI
aplicación
presentación
sesión
transporte
red
enlace
física
aplicación
presentación
sesión
transporte
red
enlace
física bits medio físico
tramas
paquetes
segmentos
30
1. Capa Física
Define las características eléctricas, mecánicas y temporalespara los dispositivos necesarios en una determinadatecnología de comunicación de datos.
2. Capa de Enlace
Soporta transferencias de datos entre nodos directamenteaccesibles (vecinos). Proporciona direcciones físicas.
3. Capa de Red
Soporta la comunicación extremo a extremo con mensajesindividuales de longitud variable. Proporciona direccioneslógicas.
Capas del modelo OSI
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Capas del host del modelo OSI
4. Capa de Transporte
Proporciona un canal de comunicación fiable sin error entre usuarios finales. También la multiplexación de procesos.
5. Capa de Sesión
Permite crear sesiones entre hosts y gestionar la sincronización.
6. Capa de Presentación
Define la representación de datos en el cable y su semántica.
7. Capa de Aplicación
Protocolos específicos de aplicación como correo, noticias,comandos remotos, etc.
32
Modelo TCP/IP
El modelo TCP/IP llega añosdespués de las primerasimplementaciones. El objeto esformalizar y normalizar su uso ydesarrollo.
Está íntimamente relacionado con los protocolos de pila TCP/IP, y no se puede usar para describir otros protocolos o redes.
red subyacente(host to net)
Inter-red
transporte
aplicación
33
Modelo TCP/IP
Capa de Aplicación
Protocolos de alto nivel como DNS, SMTP, HTTP, FTP y otros muchos.
Capa de Transporte
Define protocolos de transporte TCP (Transport Control Protocol) y UDP(User Datagram Protocol).
Capa de inter-red
Proporciona mecanismos para interconexión de redes y enrutado depaquetes. Define el protocolo IP, que ofrece un servicio de entrega noorientado a conexión.
Capa red subyacente (host to net)
Proporciona (o rechaza) los mecanismos necesarios para posibilitar que “un paquete IP alcance otro host en la red”.
34
OSI, TCP/IP y modelos híbridos
red subyacente
TCP/IP
física
OSI
Cuando hablamos “algo de la capa x”siempre nos referimos al modelo OSI.
i
híbrido
física
enlace datos
red
transporte
aplicación
inter-red
transporte
aplicación
enlace datos
red
transporte
sesión
presentación
aplicación
5
4
3
2
1
6
7
Aunque... se usará el modelo híbrido.
i
física
red
transporte
aplicación
Encapsulado
La información de usuario no puede ir directamente “en el cable”.
La transmisión de datos necesita bytes agrupados en PDUs (Protocol Data Units). La PDU añade información de control como cabeceras y colas.
Cabecera enlace cola
Cabecera red
Cabecera transporte
Datos de usuario
trama
paquete
segmento
bits física
enlace
red
transporte
aplicación
EncapsuladoLa receta
1. Construir datos (desde una aplicación).
2. Hacer segmentos de datos para el transporteextremo a extremo.
3. Añadir direcciones de red y construir uno (ovarios) datagramas.
4. Añadir direcciones físicas de enlace y construirtramas para cada datagrama.
5. Codificar bits de tramas en señales que sepuedan enviar por medio físico.
física
red
transporte
aplicación
Ejemplo de encapsulado UDP
Enviar el texto “Redes~1” en ASCII con protocolo de transporte UDP desde ladirección IP 161.67.27.124 hasta la dirección IP 161.67.48.57, sabiendo que laMAC del host origen es 00:21:5D:E9:7F:80 y la MAC de la puerta de enlace(gateway) o router es 00:64:40:3A:C9:40. Todos los valores están en hexadecimal.
Cabecera enlace:
0064.........0800
Cola:
XXXXXXXX
Cabecera red:
4500.............7C
Cabecera transporte:
DE.................E9
Datos de usuario:
52..............49
TramaEthernet
Datagrama IP
Datagrama deusuario UDP
bits física
enlace
red
transporte
aplicaciónRelleno:
00...........00
52.............49 00............00
DE................E9 52.............4900..............00
4500...............7C DE.............E952................4900...............00
<..... 8 Bytes ….>
<.... 20 Bytes ....>
<... 14 Bytes ...>
<.. 7 Bytes ..>
<.. 4 Bytes..>
<............................................……......... 64 Bytes …...............................................................>
<......................................... 46 Bytes ……............................>
Resumen
Tabla caracteres ASCII
Cabecera y datos capa de transporte (UDP)
Internet, the IP protocol 42
Versión Tipo servicio Longitud totalIHL
Identificación
00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 01
1 2 3 4 5 6 7 8 9 02
1 2 3 4 5 6 7 8 9 03
1
DF
MF
Tiempo de vida Protocolo Comprobación cabecera
Dirección lógica origen (IP)
Opciones
Dirección lógica destino (IP)
Fragmentación offset
cabecera Carga (payload)
20 – 60 bytes
20 – 65536 bytes
Datagrama IP
20 b
yte
s0 –
40 B
Cabecera y datos capa de red (IP)
Internet, the IP protocol 43
Cabecera y datos capa de red (IP)
Cabecera y datos capa de enlace (Ethernet)
Preámbulo+ SFD
Dirección
destino
Dirección
origenTipo
Datosencapsulados
Checksum
CRC
7+1 6 6 2 46-1500 4 bytes
Dirección física
Dirección física = Dirección MAC = Dirección Ethernet
Tannenbaum
48
Formato del mensaje
dirección hard origen (6 bytes para Ethernet)
Operac. (0001 pet, 0002 resp)long protocolo
dirección protocolo origen (4 bytes para IP)
dirección hard destino (vacío en petición)
dirección protocolo destino
longitud hard
tipo hardware: Ethernet tipo protocolo: IP (0x0800)
Encapsulado Ethernet
preámbulo MACdestino
tipo(0x0806) checksumMAC
origen ARP (petic o respuesta) relleno
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 91
0 1 2 3 4 5 6 7 8 92
0 130
Protocolo ARP
49
ARPEjemplo
A B161.67.38.12
B1:34:56:23:AD:1E
161.67.38.95
46:57:92:AF:FC:21
preámbulotipo
(0x0806)CRC46:57:92:AF:FC:21
46:57:92:AF:FC:21
0x00020x04
161.67.38.95
B1:34:56:23:AD:1E
161.67.38.12
0x06
0x0002 0x0800
Respuesta ARP (de B to A)
B1:34:56:23:AD:1E
preámbulotipo
(0x0806)CRC FF:FF:FF:FF:FF:FF
B1:34:56:23:AD:1E
0x00010x04
161.67.38.12
00:00:00:00:00:00
161.67.38.95
0x06
0x0002 0x0800
Solicitud ARP (de A a todos)
B1:34:56:23:AD:1E
Dirección lógica o dirección IP
Tannenbaum
A IP origen
P IP destinoLas direcciones IP
son números, pero
por simplicidad las
ponemos como letras
en este ejemplo
Direcciones IP
Origen - Destino
Direcciones físicas:
Destino - Origen