curso redes de computadores

Redes de Computadores

Profesor: Marcelo Mujica A.Ingeniero de Ejecución en Computación e Informática

[email protected]

Objetivo del Curso

Comprender los conceptos principales de la arquitectura de redes de computadores.

Objetivos específicos

● Conocer los estándares y protocolos fundamentales utilizados en los sistemas de comunicaciones de datos, así como las técnicas asociadas a la operación y utilización de una red de computadores moderna.

● Comprender los modelos de referencia ISO/OSI y TCP/IP y sus principales protocolos.

● Reconocer los distintos tipos y tecnologías de red.

● Comprender los principales aspectos de seguridad en un entorno de redes de computadores.

Contenidos

● Elementos de comunicaciones de datos● Modelos de referencia● Arquitectura de protocolos de red● Modelo ISO/OSI● Modelo TCP/IP● Aspectos de seguridad en redes

Unidades1. Introducción a las redes

2. Jerarquía de protocolos

3. Modelos de referencia

4. Funcionamiento básico de un protocolo

5.Transmisión de datos

6.Capa Física

7.Capa de Enlace

8.Capa de Red

9.Capa de Transporte

10. Capa de Aplicación

11. Elementos de seguridad en redes

Evaluaciones

● 4 evaluaciones– Fechas tentativas:

● 22/04● 20/05● 17/06● 22/07

Bibliografía

● STALLINGS, William, “Comunicaciones y redes de computadores”, 7ª Edición, Prentice Hall.

● TANENBAUM, Andrew, “Redes de Computadoras”, 4ª Edición, Prentice Hall.

● COMER,Douglas,”Redes globales de información con Internet y TCP/IP”,3ª Edición, Pearson.

● ACADEMIA DE CISCO CCNA4 Exploration 4: Aspectos básicos de networking.

● Goooooooogle.

Introducción a las redes: Necesidad de comunicación

Introducción a las redes: Usos

Introducción a las redes: Descentralización de computo

Introducción a las redes:Definición

● Conjunto de equipos informáticos y software conectados entre sí con la finalidad de compartir información, recursos y ofrecer servicios (Wikipedia).

● No necesariamente conexión física● Varios tamaños y formas● Internet es una red???

Introducción a las redes:Ventajas

● Mejora la comunicación● Compartición de RR.● Reducción de costos administrativos● Reducción de costos operativos● Gestión centralizada● Seguridad (?)

Introducción a las redes:Sistema de comunicación

● El principal objetivo de un sistema de comunicaciones es intercambiar información entre 2 o más entidades.


Elementos de un sistema de comunicación:– Fuente: Genera datos a transmitir.

– Transmisor: Transforma la información, generando señales para ser transmitidas.

– El sistema de transmisión: Transporta la información.

– Receptor: Transforma la señal recibida en información.

– Destino: Toma los datos del receptor.


Modelo simplificado para las comunicaciones de datos

Introducción a las redes:Qué es la comunicación

● Antes de comenzar la comunicación se establecen reglas que rigen la conversación (protocolos)

● Algunos protocolos:– Método de comunicación (fono,email,voz..).

– Idioma y gramática a usar.

– Velocidad y momento.


● Método


● Idioma


● Momento


● Confirmación


● ¿Qué ocurre si no se respeta el acuerdo?


Problemas de comunicación!

Introducción a las redes:Calidad en las comunicaciones

● Muchos factores pueden evitar que el mensaje llegue al receptor.

● O puede llegar distorsionado.● Pueden ser factores internos e internos


● Factores externos– Calidad de la ruta que toma el mensaje

– Número de veces que tiene que cambiar de forma.

– Cantidad de mensajes que se transmiten de forma simultanea por la misma red de comunicaciones.


● Factores internos– Mensajes claros y concisos más fácil de

entender que los complejos.

– Mensajes importantes requieren más atención

– Tamaño

– Complejidad

– Red sobrecargada, mensajes de baja importancia se pueden perder.

Introducción a las redes:Comunicación a través de

redes● La comunicación es vital en nuestra vida

personal y comercial.● Confiamos en las redes interconectadas

para el envío y recepción de información.● Todas las redes tienen 4 elementos básicos● Cuales?????


redes● Reglas o protocolos● Mensajes ● Medio de transmisión● Dispositivos de red


redes


redes

Comunicación– Emisor y Receptor Identificados

– Método de comunicación

– Idioma y gramática común

– Velocidad y momento de entrega

– Requisito de confirmación o acuse de recibo (o no)

Introducción a las redes: Elementos de una red

● Medios de conexión– Cable

● Cobre (Señales electromagnéticas)● Fibra Óptica (Luz)

– Inalámbrico● Atmósfera (microondas)


● Las aplicaciones necesitan servicios.– WWW

– Correo

– Telefonía IP

● Estos servicios se rigen por ????


● Servicios se rigen por protocolos

Introducción a las redes: La red como plataforma

● Servicios y redes múltiples

Antes TV,Fono,Radio, redes computadores tenían su propia versión de los 4 elementos básicos de una red.

Introducción a las redes: La red como plataforma

● Redes convergentes– Los avances permitieron consolidar estas redes

en una plataforma... una red convergente.

– Flujo Voz, video y datos a través de la misma red.

Introducción a las redes: Arquitectura de red

● Arquitectura de red: Tecnologías que admiten que los servicios y protocolos pueden trasladar mensajes en la infraestructura de red (Internet).

● Una red debe poseer 4 características básicas para cumplir con las expectativas de los usuarios– Tolerancia a Fallos.– Escalabilidad.– Calidad de servicio.– Seguridad.


● Tolerancia a fallas– Limita el impacto de una falla de HW o SW.

– Permite recuperarse rápidamente.

– Dependen de enlaces redundantes.

– Tanto la infraestructura física como lógica que rutean el mensaje deben ser capaces de adaptarse.


● Escalabilidad– Expandible para admitir nuevos usuarios sin

afectar o degradar el rendimiento.

– Miles de nuevas redes se conectan a Internet a diario.

– Depende de un diseño jerárquico en capas para la infraestructura física.

– Esto permite insertarse en la red sin causar interrupción en toda la red.


● Calidad de servicio (QoS)– Las nuevas aplicaciones exigen más calidad de

los servicios.

– Las transmisiones de voz y video en vivo requieren un nivel de calidad consistente e ininterrumpido.

– Cómo podemos lograr la calidad de los servicios en una red de datos convergente???


● Seguridad– Con la interconexión de redes a Internet ha pasado

de ser una red de investigación fuertemente controlada, a ser accesible para todos.

– Esto ha cambiado la forma de procesar y enviar la información (muchas veces confidencial) cuyos requisitos de seguridad se debe proporcionar de manera eficaz.

– Cada día aparecen más amenazas y herramientas para proteger la información que se transmite por las redes de datos (en especial por Internet).


● Internet en sus comienzo fue la investigación del Departamento de Defensa (DoD).

● Medio de comunicación que pudiera soportar la destrucción.

● Tolerancia fue requisito esencial.● Observaron funcionamiento de redes de

comunicación existente (red telefónica).


● Redes orientadas a conexión (conmutación de circuitos)


● Redes no orientadas a conexión (conmutación de paquetes)


● Red escalable– La infraestructura de Internet es un diseño por

capas(Tier).

– En cada capa o nivel los operadores de red (ISP: Internet Service Provider) mantienen relaciones con otros de su mismo nivel o capa.

– Esto permite que el tráfico de un segmento sea segregado.

– No necesita cruzar hasta un punto central o Backbone (troncal).


Práctica.

– Ir a sitio http://dawhois.com/

http://www.findtheip.com/– Revisar la información del ISP y Ubicación

de los ISP para● www.entel.cl● 180.20.13.25● Yahoo.com● 131.245.75.45

http://dawhois.com/


Práctica.– Ir al sitio http://dnsquieries.org

– Consultar el dominio hotmail.com

– Corrobore que existen diferentes DNS ubicados en diferentes partes del mundo (Use http://dawhois.com/).

http://dnsquieries.org/

http://dawhois.com/


● Las redes deben proporcionar servicios seguros,predecibles,medibles y garantizados.

● Las redes de conmutación de paquetes no garantizan que los pqts. Lleguen a tiempo, ordenados o.... que lleguen.

● Deben proporcionar un mecanismo para manejar las congestiones.


● Congestión surge cuando la demanda supera los recursos de la red.

● Cuando la cant. de pqts. es mayor de lo que se puede transportar, se encolan.

● Estos se retrasan● Si se llenan los buffers se descartan


● Existe alguna forma de minimizar la congestión?


● Solución– Lograr la QoS (Calidad de Servicio)

● Cómo?– Administrando parámetros como: retraso o

pérdida de pqts.

● ...Pero de qué forma?– Priorizando y administrando los pqts. de la red


● Comprometer la seguridad e integridad de los datos de una red tiene consecuencias graves:– DoS (Denegación de servicio).

– Pérdida de propiedad intelectual.

– Pérdida de confianza con clientes


● Seguridad de la infraestructura– Aseguramiento físico a los dispositivos de

conectividad:.

● Seguridad del contenido de los datos– Herramientas que permiten asegurar los datos

en tránsito desde el origen al destino.


● Medidas de seguridad– Evitar la divulgación no autorizada

– Evitar la modificación no autorizada

– Evitar la denegación de servicio

● Medios para lograr esto– Asegurar la confidencialidad

– Mantener la integridad

– Asegurar la disponibiliad


● Asegurar la confidencialidad– Autenticación (contraseñas,token de acceso)

– Encriptación

● Asegurar la integridad– Firma digital

– Funciones de hash

– Checksum


● Asegurar la disponibilidad– Cortafuegos (Firewall)

– Sistemas de Detección/Prevensión de Intrusos (IDS/IPS)

– Redundancia

– Balanceadores de carga (HW,SW)

– Antivirus/malwares/etc.


● Diferentes tipos de redes– LAN (Local Area Network)

● Generalmente cubre un área geográfica pequeña.● Proporciona servicios dentro de una organización

(empesa,campus,región).● Administrada por una organización privada.


● Diferentes tipos de redes– WAN (Wide Area Network)

● Permiten conectar LAN separadas geográficamente● Enlaces proporcionada por un ISP● Uso privado por la organización● Varios Router interconectados


● Internetwork– Red de redes

– Grandes organizaciones

– Uso Privado● Gubernamentales● Industriales

– Uso publico● INTERNET


● Simbología de redes


● Equipos de redes

Jerarquía de Protocolos

● Protocolos– Reglas que rigen las comunicaciones.

– Define qué comunicar, cómo y cuándo.

– Son diferentes para cada tipo de comunicación.

– La comunicación exitosa requiere de la interacción de varios protocolos (método, lenguaje, turnos..).

– Al grupo de protocolos necesarios para realizar una función de comunicación se le llama suite de protocolos o stack de protocolos.

– Estos se implementan tanto en el SW como HW.

– Los protocolos se muestran como una jerarquía en capas.


● Protocolos– Las Capas proporcionan una forma de fraccionar en partes

una tarea compleja (divide y vencerás).

– Capas debieran estar definidas para que el cambio en una no afecte a las otras (RIP a OSPF..etc).

– En cada capa se implementa uno o varios protocolos (Ej: Capa de red: IP,DHCP,RIP,ICMP...).

– Cada servicio de nivel superior depende de la funcionalidad de los inferiores (WWW->TCP->IP->Ethernet..).

– Las capas inferiores se encargan del movimiento de datos por la red (Direccionamiento, Enrutamiento)

– Las capas superiores se enfocan en el contenido del mensaje (Sintaxis, Semántica, Comandos).


● Protocolos– Una suite de protocolos de redes describe

entre otras cosas:● El formato o estructura del mensaje (campos de

datos)● Método de compartición de información de rutas.● Cómo y cuándo se transmiten mensajes de error

entre dispositivos● Forma de iniciar y terminar una sesión de

transferencia de datos.

Práctica

● Utilice el comando ping para comprobar conectividad con un equipo vecino

ping 1.2.3.4● Realice la operación con un equipo remoto● Compruebe que el protocolo implica que el

receptor del ping debe responder con mensaje ICMP Reply.


● Un estándar es un protocolo avalado por la industria del Networking y ratificado por una organización de estándares.– IEEE( Institute of Electrical and Electronics

Engineers): Org. Ayuda en el campo de la ingeniería Eléctrica y electrónica, supervisa el desarrollo de estándares relacionados a estas áreas .

– IETF (Internet Engineering Task Force ): Org. Ayuda al desarrollo de estándares de Internet y de proponer soluciones a los problemas de Internet.


● Ejemplo de uso de suite de protocolos– Comunicación Servidor Web y Explorador Web


● Protocolo de aplicación = HTTP: contenido y formato de las solicitudes y respuestas entre el C-S(Cliente y Servidor).

● Protocolo de transporte=TCP:Protocolo orientado a conexión que administra las conversaciones individuales entre C-S, divide los mensajes HTTP en unidades más pequeñas(segmentos) para enviar al cliente.

● Protocolo de Internet=IP:Responsable de tomar los segmentos TCP, encapsularlos en pqts. direccionarlos y enviarlos por la mejor ruta a destino.

● Protocolo de acceso a red: Encargado de tomar los pqts. IP y generar la señal física para transmitirlospor el medio.


● Los protocolos de red describen las funciones requeridas en las comunicaciones de red.

● No describen cómo lograr una función.

● Esto hace que sea independiente de la tecnología.

● Ej: HTTP no especifica qué lenguaje de prog. usar en el explorador o qué software de Webserver utilizar.

● Ni como el servidor detecta los errores, Sí describe qué hacer en caso que ocurra.


● Que beneficios tiene el uso de un modelo por capas????


● Ayuda al diseño de redes complejas.

● Información definida según la cual actúan.

● Fomenta la competencia de la industria.

● Distintos fabricantes trabajan en conjunto.

● Cambios en tecnología no afecta otras capas (Eth 10MB a GB).

● Lenguaje común de las funciones de red.

Jerarquía de Protocolos: Modelo de 3 Capas

Jerarquía de Protocolos: Unidad de datos de protocolo

● Para controlar el envío entre capas, se debe transmitir información de control junto con los datos.

● A la unión de los datos de capa superior más información de control conforman una PDU (Unidad de datos de protocolo).

● Ej. La capa de transporte segmenta los datos de la capa de aplicación.

– Cada PDU de transporte tendrá un trozo de los datos de la capa de aplicación.

– El SAP de destino (a qué aplicación par en el recep.)

– Un número de secuencia (si llegan desordenados)

– Código de detección de errores.

– ...


● Cada PDU de acceso a red tendrá

– Dirección del equipo destino

– …

Jerarquía de Protocolos: Direcciones SAP (Punto de acceso al servicio)

● Tipos de direcciones en capas– Dirección física (MAC Address) Capa acceso a

red o capa de enlace de datos.● Dirección de red LAN

– Dirección lógica (IP) Capa de Internet o de Red● Dirección de host a host

– SAP o Puerto (TCP/UDP)Capa de transporte.● Dirección de aplicación a aplicación


● Práctica– Utilice el navegador para abrir la pagina de la

uda www.uda.cl.

– Utilizando el comando netstat -nap tcp comprueba los puertos abiertos tanto en el servidor como en el cliente.

http://www.uda.cl/

Jerarquía de Protocolos: Servicios orientados y no orientados a conexión

● Las capas pueden ofrecer 2 tipos de servicios en base a sus protocolos:

● Orientado a conexión

– Concebido como el sistema telefónico.– El usuario del servicio primero establece una

conexión, luego la usa y después la abandona.– En algunos casos Tx y Rx negocian

parámetros como tamaño max. QoS solicitada. Un lado propone y el otro acepta o rechaza.


● Servicio orientado a conexión


● Servicio orientado a conexión– Ej:

● TCP (Transmision Control Protocol)


● No Orientado a conexión

– Concebido como el sistema postal antiguo.– Cada msje. lleva las dirección de destino y

se enruta independiente de los demás.– Puede suceder que los mensajes se retrasen

y los últimos lleguen primero.


● No Orientado a conexión

– Ej:● IP, UDP.


● Cada servicio se identifica por la calidad de servicio.– Algunos son confiables: nunca pierden datos.

● Se confirman los mensajes enviados (ACK)● Esto introduce sobrecargas y retardos.

– Algunos son no confiables● No se confirman● Se le llama servicio de datagramas

(analogía de telegramas)

Modelos de referencia

● Un modelo de referencia es marco referencial para la interconexión de sistemas.

● No es una especificación de implementación, ni proporciona un nivel muy detallado de lo que debe hacer un servicio.

● Ayuda a lograr un mayor conocimiento de las funciones y procesos involucrados.

● Existen 2 arquitecturas determinantes● Cuales????


● TCP/IP (Protocolos principales del stack)

– El más usado● ISO/OSI (Interconexión de sistema abierto)

– Nunca llegó a alcanzar las promesas iniciales

● Existen otras??

Modelos de referencia :TCP/IP● Se creó a principios del setenta● Se le denomina modelo de Internet● Define 4 capas de funciones● Las definiciones del estándar y los protocolos se

encuentran en documentos RFC (Solicitud De Comentarios).

● Estos tienen la especificación formal del protocolo.

Modelos de referencia :TCP/IP


● Capa de aplicación: Contiene la lógica de las aplicaciones de usuario (WWW,FTP, SMTP..)

● Capa de transporte: Ofrece servicios orientados a conexión (TCP) o servicio de datagra (UDP)

● Capa de Internet: Direccionamiento y enrutamiento entre dispositivos finales (IP,RIP,OSPF, ICMP...)

● Capa de Acceso a Red: Interfaz entre el disp. de Tx y el medio, caract. del medio de Tx , naturaleza de señales,velocidad de datos, del direccionamiento físico, del control de acceso al medio...(Ethernet,ATM,CSMA,Aloha)


● Los protocolos del modelo interactúan para brindar una entrega extremo a extremo.

● Proceso de comunicación TCP/IP.– Creación de datos en capa de aplicación.

– Segmentación y encapsulación a medida que pasa por el stack.

– Generación de datos en el medio en la capa de acceso a la red.

– Transporte de los datos a través de la red.


● El proceso de comunicación TCP/IP.– Recepción de los datos en la capa de acceso a

red del dispositivo final.

– Desencapsulación y reensamblaje de los datos a medida que sube por el stack.

– Transmisión de los datos a la aplicación de destino en el dispositivo final.


● Encapsulación– A medida que bajan los datos por el stack se le

va agregando información adicional, útil para ser interpretada por el par en el destino.

– Esto se llama encapsulación.

– En cada capa se encapsulan las PDU de las capas superiores.

– En cada etapa una PDU tiene distinto nombre


● Ej Página Web:– El protocolo de aplicación HTTP entrega los

datos de la página web en formato HTML a la capa de transporte.

– Allí los datos se dividen en segmentos TCP, a c/u se le agrega una etiqueta o encabezado.

– El encabezado contiene info. Sobre qué proceso en el receptor debe recibirlos.

– También contiene info. Para poder reensamblar los datos a su forma original.


● Ej Página Web:– Los segmentos TCP son enviados a la capa de

Internet, donde se implementa el protocolo IP.

– El segmento TCP se encapsula en un paquete IP.

– IP agrega otro encabezado que contiene la direccion IP fuente y destino y otros parámetros.

– El paquete IP es enviado a la capa de acceso a red, al protocolo Ethernet.


● Ej Página Web:– El paquete es encapsulado en una trama y un trailer o

cola (información de control) de la capa de acceso a red.– El encabezado de trama contiene la dirección física de

origen y destino (MAC).– La dirección física identifica a las estaciones en la red

LAN.– El trailer contiene información de verificaron de errores.– Finalmente los bits se codifican en el medio por la tarjeta

de red (ondas electromagnéticas, pulsos de luz, patrón de corriente).

Modelos de referencia :ISO/OSI (ISO/Open System Interconection

● Diseñado para ser un modelo para sistemas abiertos (no propietarios).

● Como TCP/IP ya estaba ampliamente utilizado por el mercado de las redes no tuvo una gran aceptación.

● Hoy se utiliza para el diseño y conceptualización de las redes y sus protocolos.

Modelos de referencia :ISO/OSI (ISO/Open System Interconnection


● ..Y la capa 8??


● Arquitectura Híbrida (5 capas) Usada solo en la literatura para facilitar la comprensión de los protocolos.

Modelos de referencia :Comparación entre OSI y TCP/IP

● Ambos comparten muchas cosas– Utilizan el concepto de stack(pila)

protocolar.

– La funcionalidad de las capas son parecidas.

● TCP/IP puede describirse en términos de OSI.


● Práctica– Use Packet Tracer y realice una conexión

entre 2 PC, asígneles IP de la misma subred.

– Envíe 1 mensaje (carta) y analice cada una de las PDU.

– Identifique en qué capas se encuentran las direcciones físicas y las IP.

Capa física

Capa física

● La capa física controla la manera en que se transmiten los datos en el medio de comunicación.

● Se encarga de codificar en señales los dígitos binarios.

● Se encarga de la Tx y Rx estas señales.● Toma la PDU de la capa superior y la

codifica como una secuencia de señales

Capa física

● El envío de bits a través del medio físico requiere de la capa física:– Medios físicos y conectores asociados.

– Una representación de los bits en el medio.

– Codificación de los datos e info. de control.

– Circuitos de Transmisión (Tx) y Recepción (Rx).

Es decir la función de la capa física es crear la señal eléctrica, óptica o de microondas

que representa a los bits.

Capa física

Capa física

● La capa física debe distinguir dónde comienza y termina una trama (PDU de capas superiores) .

● Para distinguir esto el Tx genera señales de inicio y término.

● Estos representan patrones específicos de bits.

Capa física

● La capa física es Hardware (HW) como: conectores, medios y circuitos.

● Por el contrario las operaciones y protocolos de capas superiores son Software (SW).

Capa física● Las principales organizaciones que defines los

estándares que rigen la capa fisica son:

– ISO (Organización Internacional de Estándares).

– IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos Y Electrónicos).

– ANSI (Instituto Nacional Estadounidense de Estándares).

– ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones).

– EIA/TIA (Asociación de Industriales Electrónicos, Asociación de Industriales de Telecomunicaciones).

– FCC(Comisión Federal de Comunicaciones).

Capa física

Capa física● Existen 4 áreas de estándares de la capa

física.– Propiedades física y eléctricas de los

medios.– Propiedades mecánicas de los conectores

(materiales, dimensiones,pines).– Representación de los bits mediante

señales– Definición de señales de información de

control

Capa física

Capa física

Codificación– Convertir el flujo o stream de bit en un código

predefinido.

– Los códigos son grupos de bits usados para ofrecer un patrón predecible que pueda reconocer el Tx y Rx.

– Esto permite distinguir los bits de datos de los de control.

– Esto mejora la detección de errores en los medios.

Capa física

Codificación– Los datos de control incluyen la identificaron del

comienzo y final de la trama.

Capa física

Señalización– La capa física debe generar las señales que

representen un 0 o un 1:● Eléctricas● Inalámbricas● Ópticas

– El método de representación de los bits se llama señalización.

● Pulso de voltaje● Pulso de luz● Patrón de ondas.

Capa física

Capa física

● Todos los bits de la trama se presentan ante la capa física como una unidad.

● La Tx de la trama completa se realiza mediante un flujo de bits que se envían uno a la vez.

● Cada señal cuenta con un tiempo para ocupar el medio.

● Esto es el tiempo de bit (Ej. 1ns).● En el receptor las señales se vuelven a

convertir a bits.

Capa física

● Ejercicio

Un sistema de transmisión tiene un tiempo de bit de 0.02 ms (milisegundos)

¿Cual es la velocidad de transmisión del sistema?

Un sistema de transmisión tiene un tiempo de bit de 2 ns (nanosegundo)

¿Cual es la velocidad de transmisión del sistema?

Capa física

● El Rx debe examinar los bits y detectar los patrones de comienzo y de final de la trama.

● El envío exitoso depende de algún método de sincronización entre Tx y Rx.

● Se deben examinar las señales en momentos específicos para determinar correctamente si es un 1 o 0.

● La sincronización se logra mediante el uso de un reloj.

Capa física

● En las LAN cada extremo mantiene su propio reloj.

● Muchos métodos de señalización usan transiciones predecibles para proporcionar sincronización entre los relojes.

Capa física

● Codificación NRZ (No Retorno a Cero)

– El stream de bit se transmite como una secuencia de Voltaje.

– Un valor de bajo V representa un 0 y uno alto un 1.

– El intervalo de voltaje depende del estándar específico de la capa física.

Capa física

Capa física

● No utiliza el ancho de banda de forma eficiente (1 bit por señal).

● Susceptible a EMI(interferencia electromagnética).

● Se puede perder sincronía por secuencias largas de 1 o 0 (transiciones largas).

Capa física

● Codificación MANCHESTER

– Los valores se representan como transiciones de voltaje.

– Ej: De un Voltaje bajo a uno alto es un 1 y de uno alto a bajo un 0.

Capa física

● Codificación MANCHESTER

Capa física

● Codificación MANCHESTER– Se realiza una transición en la mitad del tiempo de

bit.

– Esto permite que se sincronicen los tiempos de bit en el TX y Rx.

Capa física

● Codificación Manchester y NRZ

Capa física

● Ejercicio

– Codifique en NRZ y Manchester la siguiente cadena:

10010111001

Capa física:Transmisión de datos● Las señales transportan datos.● Para poder ser transmitidos por una red,

los datos se deben transformar a señales.● La señal que puede Tx datos puede ser:

– Voltaje (Cable)

– Un patrón de luz (Fibra óptica)

– Onda electromagnética (Inalámbrica).

Capa física:Transmisión de datos

Capa física:Transmisión de datos● Señal analógica

– Su amplitud varía en función del tiempo.

– Típico de la naturaleza (ejemplos??)


● Señal Digital– Amplitud varía en forma discreta en función

del tiempo(valores fijos).

– Ancho de pulsos y frecuencia se puede variar.

– Compuesto de varias ondas sinusoidales

– Típica de la tecnología.

Capa física:Transmisión de datos● Señal analógica de voz

Capa física:Transmisión de datos● Señal digital de datos


● Señal Digital– Para saber la cantidad de bits enviados por

señal se utiliza la fórmula:

log2N

– N= Niveles de señal (voltajes diferentes)


● Ejercicios– Un sistema de transmisión tiene 4 niveles

de voltaje para representar la señal ¿Cuantos bit por señal puede transmitir?

– Un sistema de transmisión tiene 16 niveles de voltaje para representar la señal ¿Cuantos bit por señal puede transmitir?

– Un sistema de transmisión envía 5 bits por señal ¿Cuantos Niveles de V usa para representar la señal?

Capa física:Transmisión de datos● Señal analógica versus digital


● Ventajas de la señal digital– Más económica que la analógica (equipos)

– Mejor resistencia al ruido

– Regeneración de señales limpias (repetidores)

– Sencillo medir y evaluar

– Mejor detección y corrección de errores

– Equipos más pequeños y de menor potencia.– Se puede encriptar con mayor facilidad.

Capa física

Ancho de banda (BW=Bandwidth)

– Ancho de banda (analógico): Medido en Hertz o ciclos por segundo, expresa el rango de una señal (Diferencia entre la mayor y menor frecuencia).

– A mayor BW mayor calidad de la señal( y mayor tasa de bits).

● El oído humano percibe frecuencias entre los 400 hz a los 20 Khz, no obstante con 4Khz la voz es comprensible.

● Ej: Un sistema telefónico permite un rango de frecuencias entre 300 y 3300 Hz, su ancho de banda es 3300 – 300 = 3000, es decir, de 3Khz.

Capa física

Ancho de banda (BW=Bandwidth)

– Ejercicio:● Si se descompone una señal periódica en 5

ondas seno con frecuencias 100, 300, 500,700 y 900 Hz ¿Cuál es su ancho de banda?

● Una señal tiene un BW de 20 Hz. La frecuencia más alta es de 60Hz ¿Cuál es la frecuencia más baja?

Capa física

Ancho de banda efectivo

– Ancho de banda donde se concentra la mayor potencia de la energía de la señal.

– Los medios de transmision permiten ciertos anchos de banda determinados por el material de construcción, grosor (cobre), distancias máximas.

– Como no se dispone de todo el espectro para una señal, estas se limitan a su ancho de banda efectivo

Capa física

Ancho de banda

Capa física:Transmisión de datos● Práctica

– Utilice el osciloscopio 1 virtual para modificar los parámetros de la onda senoidal

● Frecuencia● Amplitud

– Verifique con el osciloscopio 2 que la señal cuadrada se compone de frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental.


Relación entre el ancho de banda y velocidad de transmisión.

● Componentes en frecuencia de onda cuadrada



f,3f,5f (primeros 3 armónicos)

f,3f,5f,7f (primeros 4 armónicos)



BW=5f-f =4f

BW=7f-f =6f


Relación entre el ancho de banda y velocidad de transmisión. T= 1/f =Período

Ej: Si f=1Mhz

BW=5Mhz - 1Mhz =4Mhz T=1/1Mhz=>T=1Si 2 bit por T=>1bit x 0.5=>Veloc.Trans=2Mbps

Ej: Si f=2MhzBW=10Mhz - 2Mhz =8MhzT= 1/2Mhz=>T=0.5Si 2 bit por T=>1bit x 0.25=>Veloc.Trans=4Mbps



Por tanto:Si se duplica el BW dejando los otros parámentros iguales se duplica la velocidad de transmisión.


Relación entre el ancho de banda y velocidad de transmisión. T= 1/f =Período

Ej: Si f=1Mhz

BW=5Mhz - 1Mhz =4Mhz T=1/1Mhz=>T=1Si 2 bit por T=>1bit x 0.5=>Veloc.Trans=2Mbps

Ej: Si f=2MhzBW=6Mhz - 2Mhz =4MhzT= 1/2Mhz=>T=0.5Si 2 bit por T=>1bit x 0.25=>Veloc.Trans=4Mbps



Por tanto:Para un mismo ancho de banda pueden existir diferentes velocidades de transmisión.



Del análisis anterior se obtiene que:● Para transmitir una señal sin deformación se requiere un

ancho de banda infinito.● Todo medio de transmisión disminuye el ancho de banda,

razón por la cual todas las señales sufren alguna deformación.

● Cuanto mayor es el ancho de banda mayor es la velocidad de transmisión que puede obtenerse.

● Cuanto mayor es la frecuencia de la señal, mayor es la velocidad de transmisión puesto que cada bit tiene un menor tiempo de duración y ello hace que sea posible enviar mayor cantidad de bits en el mismo tiempo.

Transmisión de datos:Conceptos● Tiempo de propagación

– Tiempo que demora el desplazamiento de la señal a través del medio desde el origen al destino.

– El tiempo de propagación depende del material, estructura del medio y de la frecuencia de los pulsos.

– El tiempo que tarda un bit en ir y regresar se llama Tiempo de Ida y Vuelta (RTT=Round Trip Time).

– Si no hay retardo, el tiempo que toma un bit hasta el otro extremo es RTT/2.

Transmisión de datos:Conceptos● Tiempo de propagación

Tpropagación=Distancia/Velocidad de Prop

– La velocidad de propagación de las señales electromagnéticas depende del medio de TX y de la frecuencia de la señal

– Luz en el vacío= 3 x108 m/s, esto es menor en el aire y mucho menos en un cable.

- Ejercicio: ¿Cuál es el tiempo de propagación de una señal si la distancia entre 2 puntos es 12.000 Km? (Asuma Velocidad de propagación de 2,4 x108 m/s en el cable)

Capa física:Transmisión de datos● Práctica (analogía)

– Utilice el comando ping para determinar el RTT de:

– El equipo de su compañero

– www.uda.cl

– www.google.cl

http://www.uda.cl/

Capa física:Transmisión de datos● Algunos problemas que se presentan en

envío de señales (digitales o analógicas).– Atenuación

– Ruido

– Distorsión de retardo


envío de señales.

– Atenuación● Pérdida de fuerza de la señal● Una señal de voltaje de 1 bit pierde amplitud

a medida que se propaga por el cable (lo mismo ocurre con una onda)

● Las frecuencias altas se atenúan más que las bajas.

● Inevitable para cualquier tipo de medio de Tx.


envío de señales.

– Atenuación● La señal Tx debe contener suficiente

energía para ser detectada en el Rx .● Debe tener un nivel mayor que el ruido (alto

SNR=Relación señal a Ruido).● Para controlar estos problemas se usan

ecualizadores, amplificadores o repetidores.● Se debe controlar los tamaños máximos de

enlaces. (cable,fibra,ondas)


Decibelio● Unidad que indica pérdida o ganancia

de potencia.● Mide las potencias relativas de entrada

y salida de una señal por un medio.● Un resultado negativo indica perdida,

uno positivo indica ganancia.


Decibelio● Ej: Una señal viaja por un medio de Tx y

su potencia se reduce a la mitad. Calcule la atenuación en dB.

P2=0,5P1, entonces

Capa física:Transmisión de datos● Ejercicio:

La señal del ejemplo anterior se amplifica y su potencia se incrementa 8 veces cuál es la ganancia en dB?.


Decibelio

Una ventaja de usar dB es que los cambios de portencia se pueden sumar o restar.

Capa física:Transmisión de datos● Ruido

Adiciones no deseades de las señales

– Ninguna se produce sin ruido

– Importante mantener la relación Señal a Ruido alto.

– Demasiado ruido puede corromper bits.

– El ruido es el factor de mayor importancia en los sistemas de comunicaciones.

– Existen diferentes tipos de ruido.

Capa física:Transmisión de datos● Ruido

– Ruido térmico (Movimiento de electrones en el medio)

– Ruido inducido (Motores, electrodomésticos.)● Estos actuan como antenas emisoras● El medio como antenas receptoras.

– Ruido entre cables adyacentes

Capa física:Transmisión de datos● Ruido diafonía

– Ruido generado por señales de otros cables

– Cable cercas y no trenzados.

– Parte de la energía de uno se traspasa al otro.

● Ruido térmico– Se debe a la agitación de los

electrones.

– Presente en todos los dispositivos y medios.

– Es relativamente insignificante en comparación a las señales.

Capa física:Transmisión de datos● Ruido EMI/RFI (Interferencia electromagnética,

interferencia de radiofrecuencia).

– Fuentes externas de impulsos eléctricos que atacan la calidad de la señal.

● Motores● Sistemas de radio● Iluminación● Rayos

– Cada alambre puede actuar como una antena

– Absorbe las señales eléctricas de los demás alambres y fuentes externas.

Capa física:Transmisión de datos● Relación señal a ruido

– Relación entre la potencia de la señal y la del ruido.

– SNR=Relación Señal a Ruido

– Relación entre lo que se quiere y lo que no se quiere

– Una SNR alta indica que la señal está menos corrompida

Capa física:Transmisión de datos● Distorsión de retardo

– Cambio en la forma de la onda.

– Debido a que la velocidad de propagación de una señal por el medio varía con la frecuencia.

– Las distintas componentes de frecuencia de la señal llegaran en instantes diferentes (desfasadas).

– Algunas componentes de una señal se desplazará provocando interferencia.


● Una consideración importante en la transmisión de datos es la rapidez.

Se denomina capacidad del canal a la velocidad máxima a la que se puede transmitir datos bajo unas condiciones dadas

● La tasa de bits está determinada por:● El ancho de banda disponible● Los niveles de señal que se utilizan● La calidad del canal (nivel de ruido)


● Canal sin ruido: Tasa de bits de Nyquist.

Tasa de bits = 2 x Ancho de banda x log2 N

Ancho de banda = Ancho de banda del canal

N = Niveles de señal para representar los datos.

Tasa de bits en bps


● Ejercicio 1● Considere un canal sin ruido (utopía) con un

ancho de banda de 3000Hz con 2 niveles de señal, calcule la tasa de bits.

● Considere el mismo canal anterior pero con 4 niveles de señal.

● Ejercicio 2● Se necesita enviar a 256Kbps por un canal sin

ruido con ancho de banda de 20Khz ¿Cuantos niveles de señal son necesarios?


● Canal con ruido: Capacidad de Shannon.

Capacidad= Ancho de banda x log2 (1 + SNR )

Ancho de banda = Ancho de banda del canal

SNR = Relación Señal a Ruido

Capacidad en bps


● Ejercicio:– Calcule la Capacidad del canal para un canal

ruidoso en que SNR=0.

– Una linea telefónica permite frecuencias entre 300 a 3300Hz, la SNR es de 35db, Calcule la capacidad del canal.


En la práctica se relacionan ambos métodos (Nyquist y Shannon):

– Ej: El espectro de un canal va entre 3Mhz y 4Mz y su nivel de SNR=24dB

BW = 4-3=1MHz

24db=10log(SNR)

=>SNR=251Capacidad Shannon = BW x log2(1+SNR)

Capacidad Shannon = 106 x log2(1+251)

Capacidad Shannon = 106 x log2(252) = 8 x 106

Capacidad Shannon = 8 Mbps


Capacidad Shannon = 8 Mbps

● Según Nyquist cuantos niveles de señales para alcanzar estos 8 Mbps dadas las condiciones impuestas?.

Tasa Nyquist= 2 x BW x log2N

8Mbps = 2 x 106 x log2N

log2N = 8 x 106/2 x 106

log2N = 4

N = 16

Es decir, para un ancho de banda de 1 Mhz y un nivel de SNR de 251 podemos obtener una tasa de 8Mbps con 16 niveles de señal.

Capa física:Modulación y Codificación

● La capa física debe encargase de solucionar dos problemas:– Cómo expresar el mensaje (señal= codificación

o modulación).

– Cuál es el medio que se debe usar para transportarlo.


Elemento de dato versus elemento de señal

● En las comunicaciones de datos el objetivo es enviar elementos de datos (bits).

● En comunicaciones digitales un elemento de señal transporta elementos de datos.

● Los elementos de datos es lo que se quiere transmitir, los elementos de señal es lo que se transmite.


Elemento de dato versus elemento de señal● Sea r la tasa de elementos de datos enviados por cada

elemento de señal.


Tasa de datos versus tasa de señal● La tasa de datos es la cantidad de elementos de datos

enviadas en un segundo, la unidad es bps.

● La tasa de señales es el número de elementos de señal enviados en un segundo, la unidad es baudio.

● Existe una relación entre la tasa de datos y la tasa de señales

● Donde S es la tasa de señales, N la Tasa de bits y r es la cantidad de bits por señal


Tasa de datos versus tasa de señal

● Es necesario considerar además el patrón de datos ya que la tasa de señales será diferente si son todos 1 o todos 0 o alternados(peor caso).

● Por tanto se tiene al peor, el mejor y el caso medio.

● En comunicación de datos se está interesado el caso medio.

● A la fórmula anterior se le incluye un factor de caso c quedando:


● Ejercicios:

– Una señal transporta datos de forma que un elemento de datos se codifica en un elemento de señal, Si la tasa de bits es de 100Kbps ¿Cuál es la tasa de baudios considerando el caso medio (c=1/2)?.

– Un sistema de comunicación tiene una Tasa de señal de 50KBaudios y una Tasa de bits de 200Kbps, considerando el caso medio ¿cual es la tasa de bits por señal (r)?. Si la señal se representa por niveles de voltaje ¿Cuantos niveles diferentes ocupa este sistema?


● Trasmisión en Banda Base (Codificación de línea) = Enviar datos digitales mediante señales digitales (pulsos de voltaje).

● Transmisión en Banda Ancha (Modulación) = Enviar datos digitales utilizando señales analógicas (ondas moduladas).


● Trasmisión en Banda Base (Codificación de línea) = Enviar datos digitales mediante señales digitales (pulsos de voltaje).

– Utilizado en sistemas de cortas distancias debido a su bajo costo.

– Es convertir un stream(flujo) de bits en un código digital predefinido.

– La mayoría de las LAN utilizan TX en banda base (Excepto redes LAN inalámbricas)


● Trasmisión en Banda Base (Codificación de línea)

– Un sistema de codificación de banda base debe proporcionar un método de sincronización entre Tx y Rx.

– Es deseable un sistema de codificación de línea que incluya autosincronización. (En general transiciones de la señal)



– Un sistema de codificacion de línea debe evitar las variaciones en la Linea Base.

● Al decodificar una señal, el Rx calcula la media de la potencia recibida, esta es la Línea base. La potencia de la señal recibida se evalúa contra la línea base para determina el valor (0 o 1). Una larga cadena de 0 o 1 (V+ o V-) puede desviar la línea base dificultando la decodificación correcta.



– Un esquema de codificacion en banda base debe evitar las señales con Componente Continua (DC)

● Cuando un nivel de V es constante por mucho tiempo se crean frecuencias bajas (cercanas a 0) lo provoca que sistemas de TX que no permiten el paso de bajas frecuencias deforme la señal (Fourier).


● Algunos esquemas de codificación binaria (banda base)


● TareaInvestigar como funciona el esquema NRZI


● Algunos estandares de redes LAN que utilizan la codificacion en banda base:


● Transmisión en Banda Ancha (Modulación) Enviar datos digitales utilizando señales analógicas

● Proceso en el cual se cambia una de las características de una señal de base analógica que permite representar datos digitales.

● Se utiliza para Tx información digital cuando es imposible utilizar codificación en banda base (atenuación,ruido, frecuencias ).

● Permite un mejor aprovechamiento del canal (más información simultanea)

● Principalmente para transmisiones aéreas.


● Transmisión en Banda Ancha (Modulación) ● Una onda seno es analógica. Al variar alguno (o varios) de los

parámetros de esta onda (Amplitud, Frecuencia o Fase) en base a la información digital, se obtiene una onda modulada que representa los datos digitales.


● Por tanto se podría tener al menos 3 mecanismos para modular:

– Modulación por desplazamiento de amplitud o ASK= Amplitude Shift Keying.

– Modulación por desplazamiento de frecuencia o FSK=Frecuency Shift Keying.

– Modulación por desplazamiento de fase o PSK= Phase Shift Keying.

– Existe un cuarto mecanismo que combina cambios en fase y amplitud (más eficiente) es Modulación por amplitud en Cuadratura QAM= Quadrature Amplitude Modulation


● Esquemas de modulación digital a análogo


● Para la transmisión analogica, la relación entre Tasa de bits y Tasa de señal es:

● Donde S es la Tasa de señales en baudios y N es la Tasa de datos en bps, r es la cantidad de elementos de datos transportados por un elemento de señal.

● El valor de r en transmisión analógica es:

● Donde L es el tipo de elemento de señal, no el nivel.


● Ejercicio

– Una señal analógica transporta 4 bits en cada elemento de señal, si se envían 1000 elementos de señal por segundo calcule la tasa de bits.

– Una señal analógica tiene una tasa de bits de 8000 bps y de baudio de 1000 baudios ¿Cuantos elementos de datos son transportados por cada elemento de señal?, ¿Cuantos elementos de señal son necesarios?


● Modem (Modulador/Demodulador)

– Equipo que realiza el proceso de modular la señal en el TX y demodularla en el Rx.


● Señal Portadora

– En la transmisión analógica el Tx produce una señal de alta frecuencia que actúa como base para la señal de información, esta es la Señal Portadora.

– El Rx se ajusta (sintoniza) a la frecuencia de la señal portadora.

– La información digital se modula sobre la señal portadora, modificando uno o más parámetros de la portadora, generando una señal modulada.


● Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK)

– La amplitud de la señal portadora se cambia para crear elementos de señal.

– Tanto la frecuencia como la fase permanecen constante.


BASK (Binary ASK)

– Aunque se pueden tener varios niveles diferentes, en general sólo se utilizan 2.

– Cuando el bit es 1 la amplitud de la señal portadora se mantiene.

– Cuando el bit es 0 la amplitud de la señal portadora es 0


Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK)

– La frecuencia de la señal portadora se modifica para representar los datos.

– Tanto la amplitud como la fase permanecen constantes.


BFSK(Binary FSK)

– BFSK se puede representar usando 2 portadoras.

– Se usa f1 si el bit es 0 y f2 si es un 1.


Modulación por desplazamiento de Fase (PSK)

– La Fase de la señal portadora se modifica para representar los datos.

– Tanto la amplitud como la frecuencia permanecen constantes.


BPSK(Binary PSK)

– BPSK más simple es la binaria.

– Un bit se representa con fase de 0º y el otro con fase de 180º.

– Similar a BASK pero menos susceptible al ruido.En ASK el criterio para detectar 1 bit es la amplitud; el ruido puede cambiar la amplitud de la señal pero difícilmente la fase.

– BPSK supera a BFSK en el sentido que no necesita 2 portadoras (menos BW).


QPSK(Binary PSK)

– La sencillez de BPSK llevó a los diseñadores a usar 2 bits por elemento de señal.

– Esto permitió disminuir la tasa de baudios y eventualmente el ancho de banda.

– QPSK usa dos modulaciones separadas: una en fase y la otra en cuadratura (desfasada).

– En la primera portadora el 0 parte en 180° y el 1 en 0°

– En la segunda portadora el 0 parte en 270° y el 1 en 90°

– Los bits que deben modularse pasan primero a un conversor serial-paralelo que envía 1 bit a un modulador y el siguiente bit al otro.


QPSK(Binary PSK)


Quadrature PSK(QPSK)– Las señales compuestas por el multiplicador son ondas seno con

la misma frecuencia pero con fases distintas.

– Cuando se suman el resultado es otra onda seno pero con fases de 45°(Π/4), 135(3Π/4), -45(-Π/4),-135(-3Π/4)

– Hay 4 tipo de elementos de señal, por tanto se envían 2 bits por elemento de señal.


Diagrama de constelación

– Permite ayudar a definir la amplitud y la fase de un elemento de señal, cuando se usan 2 portadoras.

– Útil para ASK, PSK y QAM.

– El diagrama tiene 2 ejes: el X relacionado con la portadora en fase y el Y relacionado con la portadora en cuadratura (desfasada).

– El elemento de señal se presenta como un punto.

– El bit o combinación se escribe junto a él.


Diagrama de constelación


Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)

– Es una combinación de ASK y PSK

– Altera 2 características de una onda

– Al igual que QPSK se utilizan 2 portadoras: una en fase y otra en cuadratura, con distintos niveles de amplitud para cada portadora.

– Existen muchas posibilidades (constelaciones) con QAM.


Modulación por amplitud de cuadratura (QAM)


Ejercicio

– Calcule la tasa de bits por señal (r) para 16QAM, 64QAM y 256QAM.

– Dibuje el diagrama de constelación para la modulación QAM en que r=5.


● Ejercicio:– Represente en forma gráfica el siguiente flujo

de bits modulados en BASK,BFSK y BPSK y QPSK(dibuje los patrones de señal al comienzo de la hoja).

1100101110

Capa física:Medidas de transferencia de datos

Capacidad de transportar datos

– Los diferentes medios físicos admiten transferencias de bits a distintas velocidades.

– La trasferencia se puede medir en:● Ancho de banda● Rendimiento (Throughput)● Capacidad de trasferencia útil (Goodput).


Ancho de banda● Ancho de banda analógico (Ya visto, rango de frecuencias

de una señal o canal de comunicaciones).

● Ancho de banda digital (Tasa de transferencia)

Capacidad que posee un medio de transportar datos.

● Ancho de banda digital (Tasa de bits): Cantidad de información en un período de tiempo dado o velocidad de transmisión, medido en bits por segundo (bps).

● Ej:– El ancho de banda de una red FastEthernet es de

100 Mbps.

Capa física


● Rendimiento (Throughput)

– Medida de la transferencia de bits a través de los medios durante un periodo de tiempo .

– Debido a varios factores no coincide con el ancho de banda digital (siempre es menor).

● Cantidad de tráfico en el medio.● Tipo de tráfico.● Cantidad de dispositivos conectados...

– En una internetwork el rendimiento no puede ser mejor que el enlace mas lento.



– Ejemplo:● Se tiene un enlace de 1Mbps de ancho de banda

digital pero los extremos del enlace pueden manejar sólo 200 Kbps.

● Análogo a una autopista que permite 1000 autos por minuto (en teoría) pero producto de un corte sólo permite 100 autos por minuto.

El ancho de banda digital es 1000 autos el rendimiento en ese instante es de 100 autos.



– Ejercicio:

● Una red con ancho de banda (digital) de 10 Mbps puede pasar como promedio 12.000 tramas(PDU capa enlace OSI) por minuto, llevando como promedio 10000 bits C/U. ¿Cuál es le rendimiento de la red?


Goodput :Capacidad de transferencia útil

– Cantidad de datos utilizables durante un periodo de tiempo dado.

– Medida de mayor interés para los usuarios de la red.

– Mide trasferencia efectiva de la capa de aplicación.

– No considera los bits de sobrecarga del protocolo (PDU de capas inferiores).

Capa física


● Ejemplo

Considere dos estaciones que transfieren un archivo en una LAN de 100Mbps de ancho de banda digital.

Debido al uso compartido y a los encabezados de tramas el Rendimiento es de 60Mbps.

Con la sobrecarga del proceso de encapsulan TCP/IP, la Capacidad de transferencia útil es de 40MBps.


● Práctica

– Compruebe la capacidad de transferencia● Utilizando algún test de velocidad (

www.test-velocidad.net)● Descargando algún archivo desde algún sitio.

http://download.redstone4business.co.uk/● Analice ambas pruebas

– ¿Qué factores inciden en las diferencias?

http://www.test-velocidad.net/

Capa física: Medios de Transmisión

● La capa física se ocupa de la señalización y los medios de red.

● Muchas organizaciones establecen los estándares

– Definen las propiedades mecánicas

– Eléctricas

– Físicas● Esto garantiza que los dispositivos, cables y

conectores funcionen según lo previsto.


Ej:Estándares de medios de cobre se definen según:

– Tipo de cableado de cobre utilizado

– Ancho de banda de la comunicación

– Tipo de conectores utilizados

– Diagrama de pines(patas) y códigos de colores

– Distancia máxima.


Algunas especificaciones de estándares de red Ethernet


Algunas especificaciones de estándares de redes inalámbricas


● Medios de transmisión


● Tipos de medios de transmisión:

– Guiados (Cables)● Cobre

– Par trenzado– Coaxial

● Fibra

– No Guiados (Inalámbricos)● Espacio abierto


● Medios de cobre


● Medios de cobre

– Es el medio más utilizado en comunicaciones de datos.

– El tipo de medio de cobre elegido se especifica mediante el estándar de la capa física necesario para enlazar las capas de enlace de datos de dos o más dispositivos de red.

– Cada tipo de conexión y sus dispositivos complementarios incluyen requisitos de cableado estipulados por los estándares de la capa física.


● Interferencias en medios de cobre

– Susceptibles a ruido de diferentes tipos (ya vistos)

– Los tipos de cable con blindaje o trenzado de pares de alambre están diseñados para minimizar la degradación de señales debido al ruido .


● Cable de par trenzado no blindado (Unshielded Twisted Pair UTP)


● Cable de par trenzado no blindado (Unshielded Twisted Pair UTP)

– Cuando dos alambres de un circuito eléctrico se colocan uno cerca del otro, los campos electromagnéticos externos crean la misma interferencia en cada alambre

– El trenzado hace que el ruido le afecte de manera uniforme, es decir, el retorcido mantiene el balance.

– Por lo anterior el trenzado por unidad de longitud crea un efecto que mejora la calidad del cable.

– Cada par tiene diferentes magnitudes de trenzado por longitud.


● Cable de par trenzado no blindado (Unshielded Twisted Pair)


● Estándares de cableado UTP (Unshielded Twisted Pair)

– Definidos por la Asociación de Industrias de las Telecomunicaciones.(TIA) y la Asociación de Industrias Electrónicos(EIA)

– La norma EIA/TIA 568A define:● Tipos de cable● Longitudes máximas● Conectores● Terminación de cableado ● Métodos para probar cables


● El cable UTP con terminación RJ-45 es muy utilizado para conectar dispositivos de red: PC, switches, routers, etc.

● El cable UTP necesita usar algún tipo de convención de conexionado, es decir, las terminaciones deben estar estandarizadas (código de colores).

● Dependiendo de la convención utilizada, estas pueden ser

– Cable directo (straight through)

– Cable cruzado (crossover)

– Traspuesto (Cisco)


● Cable directo (straight through)


● Cable cruzado (Crossover)


● Conexiones entre dispositivos


● Estándares de cableado UTP (Unshield Twisted Pair)

– El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) define las características eléctricas del cableado de cobre.

– IEEE califica el cableado UTP según su rendimiento– Los cables se dividen en categorías según su capacidad

para transportar datos a diferentes velocidades.● Las categorías se determinan según la calidad (a mayor

categoría, mayor calidad del cable)● C/U define la capacidad para transportar datos● C/U define el ancho de banda del cable (rango de

frecuencias).● C/U adecuada para ciertos tipos de usos

Capa física: Medios de TransmisiónCategorías de cable UTP

Capa física: Medios de TransmisiónRendimiento UTP


● Práctica– Realice la conectorización de un cable

directo UTP utilizando la norma T568B.

– Realice la conectorización de un cable cruzado UTP utilizando la norma T568B.

– Realice pruebas con el tester y corrobórelo con los equipos de red.


● Cable Coaxial (Coax)– COAXIAL=Todos comparten el mismo eje

– Conductor de cobre rodeado de una capa aislante y flexible.

– Sobre el aislante hay una malla metálica que actúa blindaje del conductor interior (protege del ruido).

– La malla también sirve como segundo conductor, lo que completa el circuito.

– Todo el cable está protegido por una cubierta de plástico


Cables coaxial y conectores


● Características de cable coaxial– Gran ancho de banda (Permite transportar un

rango de frecuencias más alto que el UTP)

– Mayor distancia que UTP– Menor interferencia (Blindaje)– Un sólo conductor (elimina la interferencia

entre cables)


● Estándares de cable coaxial– Coaxial están categorizados por sus capacidades, en

especial por el material dieléctrico o aislante.

– Coaxial se rige bajo la norma RG (Radio Government) que define las características físicas y sus aplicaciones.

– Usos:● Anteriormente Telefonía analógica (10.000 señales

de voz)● Transmisión de TV● Anteriormente Redes LAN● Transporte de energia de Radiofrecuencias (en

conjunto con antenas)


● Estándares de cable coaxial


● Rendimiento de coaxial


● Fibra Óptica


● Fibra Óptica– La energía electromagnética puede viajar a través

de varios medios y materiales como el vidrio, cobre o el espacio.

– Una propiedad de toda onda de energía es su longitud de onda definida por λ

– λ representa la distancia recorrida por una onda en un período.


● Fibra Óptica

– λ enlaza la frecuencia (o el período) a la velocidad de propagación del medio.

– Mientras la frecuencia es independiente del medio, la longitud de onda depende de la velocidad de propagación en el medio.

– Donde C es la velocidad de propagación en el medio y λ está expresada en metros (o submúltiplos).

Capa física: Medios de Transmisión● Si se ordenan todos los tipos de ondas

electromagnéticas por su longitud de onda, se obtiene el espectro electromagnético.


● Práctica

Revise la animación del espectro electromagnético y analice las longitudes de ondas para las diferentes frecuencias.


● Todas estas ondas viajan a la velocidad de la luz en el vacío (300.000 Km/s).

● Los ojos humanos perciben las longitudes de onda entre 400 y 700 nanómetros (nm), esta recibe el nombre de luz visible.

● Un nanómetro (nm) es la mil millonésima parte de un metro (0,000000001 m o 10-9 m).

Capa física: Medios de Transmisión● Las λ más larga cerca de los 700 nm se perciben de

color rojo.

● Las λ cortas, alrededor de los 400 nm se perciben como color violeta.

Capa física: Medios de Transmisión● Las λ usadas para transmitir datos a través de F.O son

levemente más largas que las de la luz roja.

● A estas se les llama luz Infrarroja.

● Algunos valores de λ estándar en F.O

– 850nm

– 1310nm

– 1550nm

● Se seleccionaron estas λ porque la “luz” pasa más fácil que en otras longitudes de onda.

Capa física: Medios de Transmisión● Cuando las ondas electromagnéticas se alejan de una

fuente viajan en línea recta (rayos).

● En el vacío la velociad de la luz viaja a 300.000 km/s.

● Pero Viaja a velocidades diferentes (más lentas) en otros materiales como el vidrio o agua.

Capa física: Medios de Transmisión● Cuando un rayo incidente cruza por un material a otro,

parte de su energía se refleja.

● Este es un rayo reflejado.

● La energía de luz que incide y no se refleja entra en el medio (Ej. vidrio,agua..) , este es un rayo refractado.

● Este rayo se dobla en un ángulo desviándose de su trayectoria original.

Capa física: Medios de Transmisión● El grado en que se dobla el rayo depende del

ángulo al incidir en la superficie.● También depende de las diferentes velocidades

a la que viaja la luz a través de las 2 diferentes sustancias. (aire/vidrio...)

● Esta desviación de los rayos de luz en los limites de 2 sustancias es la razón por la que la luz puede recorrer la F.O (Fibra Óptica).


● La densidad óptica se refiere a cuánto la velocidad del rayo disminuye al atravesar una sustancia.

● Cuanto mayor es la densidad óptica más se desacelera la luz.

● El índice de refracción se define como la velocidad de la luz en el vacío dividido por la velocidad de la luz en el medio.

Capa física: Medios de Transmisión● Por tanto la densidad óptica de un material es el

índice de refracción.

● Un material con un alto índice de refracción es ópticamente más denso y desacelera más la luz.

● En una sustancia como el vidrio es posible aumentar el índice de refracción o densidad óptica agregando productos químicos.


● Práctica

Revise la animación y modifique las sustancias para observar las diferentes velocidades con la que atraviesa la luz.

Capa física: Medios de Transmisión● El grado de refracción depende del índice de

refracción de los 2 materiales transparentes.

● Si el rayo parte de una sustancia cuyo índice de refracción es menor entrando a uno con índice mayor, el rayo refractado se desvía hacia la normal (respecto de la proyección del rayo).

● En el otro caso se desvía en sentido contrario a la normal.

Capa física: Medios de Transmisión● Práctica

– Revise la animación y compruebe los diferentes ángulos de refracción para cada elemento.

Capa física: Medios de Transmisión● Un rayo de luz en la F.O tiene que permanecer dentro

hasta que llegue al destino.

● El rayo no debe refractarse en el material que envuelve la fibra.

● Es necesario que la superficie externa actúe como un espejo para el rayo interior de la fibra.

● Si un rayo trata de salir por el costado se refleja hacia dentro en un un ángulo tal que lo envíe al otro extremo

Capa física: Medios de Transmisión● Para esto se deben cumplir 2 condiciones:

– El núcleo debe tener un índice de refracción mayor que el material que lo envuelve(revestimiento).

– El ángulo de incidencia del rayo debe ser mayor que el ángulo crítico para el núcleo y revestimiento.

Capa física: Medios de Transmisión● Este fenómeno se llama reflexión interna total.

● El ángulo de incidencia que entra a la fibra puede ser controlado, Cómo?

– Inyectando la luz en el límite de su ángulo crítico o apertura numérica.

● Rango de ángulos que son reflejados en su totalidad.

Capa física: Medios de Transmisión● Práctica

– Revise los vídeos y compruebe el fenómeno de Reflexión Interna Total

https://www.youtube.com/watch?v=QG-5mvV86uU

https://www.youtube.com/watch?v=BMG8Stpn1uc

https://www.youtube.com/watch?v=BMG8Stpn1uc

Capa física: Medios de Transmisión● Una vez ingresados los rayos al núcleo hay un

número limitado de recorridos que pueden seguir.

● Estos recorridos se llaman modos.

Capa física: Medios de Transmisión● El cable de fibra contiene 2 fibras: una para TX y otra

para RX.

● Comunicación full duplex

● No existe el problema de diafonía (cobre).

Capa física: Medios de Transmisión● Aunque la F.O es mejor que todos los medios de Tx al

transportar gran cantidad de datos también tiene dificultades.

– La luz también se atenúa con la distancia.● Defectos microscópicos que dispersan la luz.● Cuando choca con algunas impurezas se

absorbe energía.● Asperezas o irregularidades de fabricación

(núcleo/revestimiento) no permite la reflexión total.

Capa física: Medios de Transmisión● La fibra multimodo de índice graduado compensa las

diferentes distancias de los modos de luz, llegando cada uno cerca del otro.

● Esto se hace disminuyendo gradualmente el índice de refracción del núcleo (mes denso en el centro, disminuyendo su densidad hasta el borde).

Capa física: Medios de Transmisión● Rendimiento de la F.O.

Capa física: Medios de Transmisión● Principales características de la F.O

– Ampliamente usada en redes troncales (Campus o Redes de TV híbridas F.O y Coaxial).

– Menor atenuación, lo permiten distancias mayores que el cobre sin la necesidad de regenerar la señal (100Km).

– Mayor ancho de banda (Mayor Tasa de bits).● El BW está limitado por la tecnología no por el medio.

– Mayor inmunidad a los “pinchazos”

– Más ligero que cobre

– Inmunidad a perturbaciones electromagnéticas

– No produce interferencias

Capa física: Medios de Transmisión● La principal problemática de la F.O

– Es más costoso que los medios de cobre● Tanto en la misma F.O como en los dispositivos.

– Se necesita equipo especializado (electrónico y RRHH)para terminar y empalmar la infraestructura de cable (más caro).

– La manipulación debe ser más cuidadosa.

Capa física: Medios de Transmisión● Medios no guiados (inalámbricos)

– Permite la comunicación a través de ondas electromagnéticas.

– Señales se radian a través del aire.

– Funcionan bien en entornos abiertos

– En altas frecuencias las estructuras limitan la cobertura

– Susceptible a interferencias


– Onda entre los 3Khz a 1 Ghz se le llama ondas de radio.

– Por encima de 1Ghz hasta aproximadamente los 300 Ghz se le denomina microondas.

– Sobre los 300Ghz hasta los 400 Thz se le llama Infrarrojos


– Pueden viajar desde el origen al destino de diferentes formas, dependiendo principalmente de la frecuencia

● En superficie● Por el cielo● En linea de visión


● Propagación en superficie terrestre

– A más bajas frecuencias las ondas de radio (3Khz a 1 Ghz) viajan en forma omnidireccional (en todas las direcciones) desde la antena de Tx siguiendo la curvatura del planeta.

– La distancia o alcance depende de la potencia de la señal (a mayor potencia mayor alcance).


● Propagación por el cielo

– A frecuencias un poco mas altas las ondas se radian hacia la Ionosfera donde se reflejan hacia la superficie de la Tierra.

– Este tipo de Tx permite distancias mayores con menor potencia de señal.


● Propagación por línea vista Terrestre

– A muy alta frecuencia del espectro las ondas de microondas se transmiten directamente de antena a antena en linea recta.

– Las antenas deben ser direccionales (enfrentadas entre sí).

– Este tipo de Tx se complica por la direccionalidad de las antenas.

– Otro problema es la absorción por las partículas de agua en el ambiente.


● Propagación por línea vista Satélite

– La comunicación se realiza por microondas entre el satélite y la estación base terrestre.

– El Satélite recibe las Tx en una banda de frecuencias y las retransmite en otra.

– Se utilizan satélites geoestacionarios y de orbita baja.

– El principal problema es el retraso de RTT (aprox. 280ms )

Capa física: Medios de Transmisión● Existen varios estándares definidos por IEEE que abarcan

la capa física(1) y la de enlace de datos(2) para redes inalámbricas.

– IEEE 802.11 :Coloquialmente llamado Wifi

● Tecnología WLAN● Utiliza método de contención para ocupar el canal.● Varias versiones que mejoran el rendimiento y

compatibilidad (802,11b,n,...).● Diferentes modulaciones,multiplexación y mejoras de

SNR....● Opera en las frecuencias de 2,4 y 5,725 Ghz de las

bandas ISM (bandas libres) del espectro electromagnético.

Capa física: Medios de Transmisión● Existen varios estándares definidos por IEEE que abarcan la

capa física(1) y la de enlace de datos(2)

– IEEE 802.15: Bluetooth● Tecnología PAN (Personal Area Network)● Pequeña cobertura● También utiliza banda ISM

– IEEE 802.16: Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access (interoperabilidad mundial para acceso por microondas)

● Tecnología WMAN (Red de Area metropolitana Inalámbrica)● Cobertura de ciudad (50Km)● Banda ancha inalámbrica

Capa de Enlace de Datos● Su función es preparar los paquetes de la capa de red

para su transmisión y controlar el acceso a los medios físicos (protocolos MAC).

● Servicios básicos

– Permitir a las capas superiores acceder a los medios usando tramas.

– Controlar cómo se ubican los datos en el medio.

Capa de Enlace de Datos● Funciones de la capa de enlace de datos

– Entramado● Convertir los datos de la capa de red en tramas

– Direccionamiento físico● Asignar y reconocer direcciones físicas de las

estaciones (adyacentes)– Controlar el flujo

● Controlar el flujo entre estaciones adyacentes.– Controlar los errores en la Tx de tramas

● Detectar errores y solicitar re Tx, prevenir duplicados.– Controlar el acceso al medio

● Determinar quién ocupa el medio de Tx en un instante.

Capa de Enlace de Datos● La capa de enlace de datos es responsable del

intercambio de tramas entre nodos a través de los diferentes medios físicos de la red.

Capa de Enlace de Datos● Especifica cómo se encapsula un paquete (de la capa de red )

en una trama.

● Especifica la técnica para utilizar el medio de Tx, colocar la trama en el medio se llama Control de acceso al Medio (MAC).

● Entre tecnologías de redes diferentes puede que se requieran diferentes métodos de control de acceso al medio. (Ej Ethernet—Wifi—Satélite—Celular).

Capa de Enlace de Datos● La capa de enlace de datos prepara los paquetes(Capa3) para

su transporte a través de los medios encapsulándolos con un encabezado y un trailer(cola).

● Una trama Incluye

● Datos: El paquete de la capa de red (...y los superiores)● Encabezado: Info.de sincronización y de control como

direcciones Origen y Destino( ubicado al comienzo)● Trailer o Cola: Info. De control , Código de control de

errores

Capa de Enlace de Datos● Cuando los datos viajan por una red se convierten en un stream

(flujo) de bits.

● Los receptores deben determinar dónde comienza y termina la trama, o qué bits son la dirección fuente/destino de los datos?.

● El entramado rompe el stream en agrupaciones que permiten determinar estas interrogantes.

● Los campos comunes de una trama son:

– Campos de arranque y detención (Inicio/Fin)

– Campos de direcciones físicas (o direcciones MAC)

– Tipo de PDU que contiene la trama (informa al Rx de qué se tratan los datos para poder interpretarlos)

– Datos de control de flujo (N° secuencia)

– Datos de la capa de red.

Capa de Enlace de Datos

Capa de Enlace de Datos● Tramas

– No existe una trama para todos los medios

– Según el entorno la cantidad de información de control varía y de la topología lógica.

Capa de Enlace de Datos● Por tanto en cada cambio de tecnología de red se

requiere cambiar el formato de trama adecuándose a la tecnología subyacente (Ej: De Ethernet a Wifi, de Wifi a GBEthernet, de GBEthernet a 3G...).

Práctica

– Revise la simulación de Packet Tracer y compruebe que al pasar por diferentes interfaces físicas las TRAMAS de la capa de enlace de datos cambian su formato adecuándose a la tecnología de red subyacente.

Capa de Enlace de Datos● Formato de trama genérico

● Inicio de trama: Indica el comienzo o preámbulo de trama (secuencia de sincronizaron).

● Dirección: Origen/Destino de la trama (Direcciones MAC).● Tipo: Tipo de la capa superior (0x0800 IP, 0x0806 ARP,0x86DD IPV6)● Longitud: Longitud de los datos (Sin Encabezado ni trailer)● Datos: de la capa superior ● FCS: Frame Check Secuence: Comprueba la integridad de la trama● Trailer o Detener Trama: Secuencia para indicar que la trama terminó● Dependiendo de la tecnología de capa 2 pueden tener otros campos

Capa de Enlace de Datos● Para dar soporte a una variedad de funciones de red la

capa de enlace de datos a menudo se divide en 2 subcapas.

– Subcapa de Control de Enlace Lógico (LLC= Logical Link Control)

● Entrama el paquete (divide el flujo de bits en tramas y calcule el FCS=Frame Check Secuence..CRC).

● Identifica el protocolo de la capa de red– Control de acceso al Medio (MAC= Medium Access

Control)● Direcciona la trama (le indica la Direcciones físicas)● Marca el comienzo y final de tramas

Capa de Enlace de Datos● Separar la capa de enlace de datos en 2 subcapas

permite que puedan interoperar diferentes tecnologías de red distintas (LLC puede operar con varias subcapas MAC).

● Subcapa de Control de Enlace Lógico (LLC):

– Agrega a la trama información acerca del protocolo de capa de red (IP,IPX..) que usa la trama(campo llamado Ethertype).

– Se encarga del control de flujo

– Del control de errores en las tramas

– Se encarga de realizar el entramado

Capa de Enlace de Datos● Subcapa de Control de Acceso al Medio(MAC):

– Delimitación de los datos de acuerdo con el sistema de señalización física.

– De controlar quien usa el medio para Tx (Protocolo de control de Acceso al Medio).

– Agregar las direcciones MAC de TX y RX a la trama

Capa de Enlace de Datos● Los protocolos de la capa de enlace de datos

generalmente no están definidos por RFC, La IETF no define los protocolos de esta capa.

● La capa de enlace de datos OSI es equivalente a la capa de acceso a red TCP/IP.

● Los servicios y especificaciones de la capa de enlace de datos están definidos para muchas tecnologías (IEEE802.2,IEEE802.3,IEEE802.11...).

● Algunos integran las Capas 1 y 2.

● Los servicios de la capa de enlace de datos están implementados tanto en HW como en SW.

Capa de Enlace de Datos● Control de Enlace Lógico (LLC)

Control de flujo

– Controla el flujo de datos para que una estación que transmite no sature al receptor.

– Cuando se reciben datos el receptor reserva memoria para la transferencia, antes de pasarlo a las capas superiores.

– En ausencia de control de flujo, la memoria podría llenarse y se desbordaría.


– Control de Flujo mediante parada y espera

● Una entidad Tx una trama● Tras la Rx, el destino indica su deseo de aceptar otra

trama, enviando una confirmación(ACK = Acknowledgment).

● El origen espera el ACK antes de enviar la sgte trama.● De este modo el receptor controla el flujo al controlar los

envíos de ACK.


– Control de Flujo mediante parada y espera● Si se usan muchas tramas, este proceso es

ineficiente.● Sólo puede haber una trama en tránsito.● Puede que el receptor tenga capacidad para

almacenar más tramas en su memoria, lo cual no ocurre.


– Control de Flujo mediante ventana deslizante● Permite que se envíen varias tramas a la vez antes

de ser confirmadas.● El receptor informa al emisor la cantidad de tramas

que puede recibir (Ventana).● El emisor etiqueta cada trama con un número de

secuencia (SEC).● El receptor confirma las tramas incluyendo el

número de secuencia de la siguiente trama que espera recibir (ACK=SECTx+1).


– Control de Flujo mediante ventana deslizante


– Control de Flujo mediante ventana deslizante● Permite la confirmación de grupos de tramas

Ej. con una ventana de 3 tramas– Rx recibe las tramas 1,2,3, Rx retiene la

confirmación (ACK) hasta que llegue la 3 trama– Entonces confirma con numero de secuencia 4

(ACK=4)– Esto indica al emisor que recibió las 3 tramas y

que espera desde la 4 a la 6.


– Control de Flujo mediante ventana deslizante


● Cada extremo mantiene una lista con los números de secuencia

– Emisor con los que se le permite TX– Receptor con los que espera Rx


– Control de Errores● Los errores en las tramas pueden ser:

– Error de bit: Se invierte un bit de la trama.

– Error de ráfaga: Algunos bits de la trama llegan erróneos.


– Control de Errores● Las técnicas de control de errores más usuales son:

– Detección de errores: Bit de paridad, CRC (Cyclic Redundancy Check).

– ARQ (Automatic Repeat Request) Solicitud de Repetición automática

● Confirmaciones positivas (ACK): El Rx emite un ACK por cada trama o grupo de tramas exitosas.

● Confirmación negativa(NACK) y retransmisión: El Rx emite una confirmación negativa por cada trama con errores.

● Retransmisión por expiración de temporizador: La fuente reTX tramas que no se han confirmado dentro de un periodo de tiempo determinado.

Capa de Enlace de Datos● Esquema para detectar errores

Capa de Enlace de Datos● Control de Errores

– Bit de paridad (paridad par)● Esquema sencillo que consiste en agregar el bit 1 al

final de cada bloque de datos de forma tal que la cantidad de 1 del bloque sea par.

● Se agrega un 0 si el bloque de 1 es par.


– Bit de paridad (paridad par)● Permite detectar errores cuando se invierte un

numero impar de bits.● No permite detectar errores cuando se invierte un

numero par de bits.● En general la presencia de errores de ráfaga es más

usual que de bits en las Tx serie.● En general, la duración de la ráfaga de ruido es

mayor que el tiempo de bit.● A mayor velocidad de Tx, mayor afección.


– Comprobación de Redundancia Cíclica (CRC)

● Muy habitual por su potencia.● Cálculo sencillo

– Suma binaria (XOR)



● Permite detección de errores simples y dobles● Permite detección de errores impares● Permite detección de errores de ráfaga● Fácil implementación en HW y SW



● También llamados códigos polinómicos– Ej Datos 10001000001 = X10+X6+1

Divisor 10001= X4 +1– Algunos polinomios generadores (divisores) estándar



– Los datos (D) a enviar se dividen por un patrón (P o polinomio generador) acordado entre Tx y Rx (Depende del estándar)

– Antes de realizar la división, a D se le agregan bits de relleno (P - 1 Ceros)



– Se realiza la división entre los datos rellenados (con 0s) con el divisor

– La división es un XOR


– El resto de la división se concatena con los datos

– Para comprobar se realiza la misma división de T, si el resultado es 0, no hubo errores en los datos, de lo contrario sí los hubo.

Capa de Enlace de Datos● Ejercicio

– Se tiene el siguiente mensaje:

D=X5+X4+X3+X

y el siguiente polinomio generador:

P=X2+1

Calcule el CRC y los datos resultante.


– Solicitud de repetición automática (ARQ Automatic Repeat Request)

● Protocolo de control de errores● El objetivo de este protocolo es convertir el

enlace de datos no fiable en uno fiable.– ARQ con parada y espera.– ARQ con vuelta atrás N.– ARQ con rechazo selectivo.


– ARQ con parada y espera (basado en esquema de control de flujo visto)

● Pueden ocurrir 2 tipos de errores:

Primero– La trama llega al destino con error, el receptor

detecta el hecho (revisa el campo FCS=CRC) y la descarta en silencio.

– La fuente usa un temporizador, si no recibe ACK antes de que venza, entonces retransmite.


Segundo– El ACK viene deteriorado por lo que la fuente

no la reconoce y entonces nuevamente el temporizador vence, entonces reTx.

– El Receptor recibe 2 copias de la trama– Para evitar esto se etiquetan las tramas y los

ACK con 0 o 1, de manera que el emisor sepa cuando están duplicadas y pueda descartarla.

Capa de Enlace de Datos● Control de Enlace Lógico (LLC)● Simple

● Ineficiente

– Desperdicia BW


– ARQ con vuelta atrás N● Utiliza el sistema de ventana deslizante.● Permite enviar varias tramas antes de confirmarlas.● Se mantienen copias de las tramas Tx en el evento que

haya que ReTx.● Las tramas se numeran secuencialmente.● Si el receptor detecta un error en una trama, envía un

NACK(Negative ACK).● El receptor descartara esa trama y todas las siguientes

hasta que la trama errónea llegue bien.● Al recibir NACK, el emisor deberá reTx la trama errónea

y las siguientes que haya transmitido en la ventana.


– ARQ con vuelta atrás N– Simple del lado del receptor

● ARQ mas utilizado ● No almacena tramas fuera de

orden.● Menor Buffer

– Ineficiente para canal ruidoso

● Alta probabilidad de tramas dañadas.

● Múltiples ReTx.● Desperdicio de BW.● Lentitud en ReTx.


– ARQ con rechazo selectivo● Similar al mecanismo de vuelta atrás N.● Las únicas tramas reTx son aquellas para las que

se recibió el NACK.● O aquellas para las que el temporizador expiró.● Mecanismo mas complejo que el anterior

– Debe tener buffer para las tramas fuera de orden hasta poder recibir la trama rechazada.

– Lógica adicional para insertar la trama reTx en el lugar adecuado

● Mas utilizado en enlaces satelitales (tiempo)


– ARQ con rechazo selectivo

Capa de Enlace de Datos● Control de Acceso al Medio (MAC)

– Forma de ocupar el medio de transmisión

– Depende de si los nodos comparten lo medios y de qué forma lo hacen (topología de la red).

– Es equivalente a las reglas del tráfico.● Regulan la entrada de los autos a la carretera

(semáforos, pare,etc)● La ausencia de control puede producir colisiones.

Capa de Enlace de Datos● Control de Acceso al Medio (MAC)

– Existen varias categorias de protocolos acceso al medio.

Capa de Enlace de Datos● Acceso Controlado

Capa de Enlace de Datos● Acceso Distribuido

Capa de Enlace de Datos● Algunas topologías comparten el medio con varios nodos

– Ethernet Antigua ( con Hub)

– Wifi

● En algún instante habrán varias estaciones tratando de Tx.

● Existen 2 métodos básicos:

– Controlado: Cada nodo tiene su tiempo para utilizar el medio

– Por Contienda: Todos compiten por el uso

Capa de Enlace de Datos● Acceso controlado (o determinista):

– Cada estación tiene un turno para Tx.

– Si una estación no tiene nada que Tx, el turno pasa al siguiente.

– Cuando una estación pone una trama en el medio, nadie más puede Tx hasta que haya llegado al Rx.

– Método ordenado

– Ineficiente (espera de turnos)

– Redes antiguas anillo (token ring)

Capa de Enlace de Datos● Acceso por contención (o No determinista)

– Cualquier estación puede Tx si tiene datos que enviar.

– Para evitar un caos se usa el protocolo CSMA (Carrier Sense Multiple Access = Acceso Múltiple con Detección de Portadora)

● El transmisor primero detecta si existe portadora en el medio (si hay señales).

● Si es así, otro equipo está Tx, entonces esperará un tiempo y verificará nuevamente si existe portadora.

● Método de “Escuchar antes de hablar”● Si no detecta portadora entonces puede Tx.

– Ethernet (legado) y Wifi operan de esta forma.

Capa de Enlace de Datos● CSMA puede fallar si 2 estaciones Tx al mismo tiempo.

● A esto se le llama colisión (suma de energía de señales).

● Los datos quedaran inservibles y deberán reTx, por tanto el rendimiento decae.

● CSMA no escala bien (a mayor cantidad de hosts, mayor cantidad de colisiones).

Capa de Enlace de Datos● CSMA/CD (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y

Detección de Colisiones)

– El dispositivo sondea el medio para saber si está ocupado.

– Si lo está, posterga su intención de TX.

– Si está libre entonces puede Tx.

– Si en ese instante otra estación tambien Tx, se deja de transmitir (no termina de enviar la trama completa).

– Esto permite que la colisión termine mas rápido.

– Ambas estaciones esperan un tiempo aleatorio y vuelven a intentar la Tx.

– Si vuelve a ocurrir la colisión se aumenta el tiempo de espera (exponencialmente)

– Usado en red Ethernet con Hub (legado)

Capa de Enlace de Datos● CSMA/CD (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y

Detección de Colisiones)

Capa de Enlace de Datos● CSMA/CA (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y

Prevención de Colisiones)

– El Tx verifica que no haya transmisiones

– Si está libre entonces envía una notificación sobre su intensión de usar el medio.

– El receptor confirma la solicitud con un ACK (ésta le llega a otras estaciones que comparten el medio).

– Esto alerta a las otras estaciones y postergan enviar datos por un tiempo (el tiempo es enviado en la trama de solicitud de uso).

– Utilizado en redes inalámbricas (es difícil detectar colisiones).

– Provoca sobrecargas y retardos a favor de evitar las colisiones.

Capa de Enlace de Datos● Los protocolos MAC para medios no compartidos

requieren poco o ningún control antes de enviar.

● Tienen reglas y procedimientos más simples.(Ej. Enlaces punto a punto)

● En enlaces punto a punto, la capa de enlace debe determinar si la comunicación es

– Half-Duplex: Las estaciones pueden enviar y recibir, pero no a la vez(CSMA).

– Full-Duplex: Ambas pueden enviar y recibir (No requiere protocolos por contienda).


● Half-Duplex


● Full Duplex

Capa de Enlace de Datos● Topologías de red

– Configuración o relación con los dispositivos de red y la interconexión entre ellos.

– Topología Física: Forma de conectar las estaciones● Bus (Ethernet antigua, con hub)● Anillo (Redes token ring)● Estrella (Fast Ethenet... )

– Topología Lógica: Forma de transferencia de tramas entre ellas.● Conexiones virtuales entre los nodos● Influye en el tipo de trama de red y MAC.● Punto a Punto (PPP)● Acceso múltiple (Ethernet antigua, Wifi)● Anillo (Token passing)


● Funcionamiento de un switch– Dispositivo de redes Fast Ethernet

– Un switch es un dispositivo que opera en la capa 2 del modelo OSI.

– Reemplazo de los Hub (repetidores multipuerto)


● Unicast, Broadcast, Multicast


● Primeros medios Ethernet


● Trama unicast


● Trama Broadcast


● Trama Multicast


● Half-duplex, Full-Duplex


● Switch permiten la segmentación de la LAN en distintos dominios de colisiones por cada puerto.


● Brinda un ancho de banda completo a cada puerto.


● Aprendizaje de direcciones MAC


● Reenvío selectivo

– Un switch aprende las direcciones MAC desde los puertos de conexión y los almacena en una tabla en forma temporal.



– El resto de los puertos no participan en el envío, a menos que la MAC de destino sea un Broadcast



– Cuando llega una trama, el switch revisa en su tabla si existe una entrada para la MAC de destino, de ser así la envía al puerto asociado.


● Práctica

– Compruebe que al comienzo el switch no tiene entradas en su tabla de direcciones MAC.

show mac-address-table– Revise la simulación, envíe un ping desde la

estación 1 a la dirección de broadcast de la subred.

– Revise la tabla MAC del switch y compruebe que ha aprendido las direcciones de todas las estaciones.


● VLAN(LAN Virtual)

– Redes lógicas independiente de la ubicación física

– Dominio de Broadcast definido


● VLAN(LAN Virtual)

– Las VLAN usan el protocolo de encapsulamineto 801.q

– En realidad, sólo añade 4 bytes a la trama Ethernet original


● VLAN de datos

● VLAN de voz


● Práctica

– Utilice packet tracer para modelar dos VLAN para separar el tráfico de voz y datos entre 2 switch

VLAN ID 100 VOIP

VLAN ID 200 DATOS

– Compruebe las PDU entre ambos switch y entre switch y una estación (Qué diferencia existe).


● Práctica

Capa de Red

Capa de Red● Protocolos de la capa de red

Capa de Red

● La capa de red proporciona servicio a la capa de transporte.

● Para esto debe realizar 4 procesos

– Direccionamiento: Debe utilizar un mecanismo para direccionar (identificar) los dispositivos.

– Encapsulamiento: De los segmentos, agregando información relevante como dirección IP fuente/destino.

– Enrutamiento: Debe decidir hacia donde enviar la PDU de red (a nivel local o entre routers).

– Desencapsulación: Enviar los datos a la capa de transporte(En el receptor).

Capa de Red

Capa de Red● Formato IPV4 ● Ver= Versión del proto.

● Tamaño cabecera= Longitud del encabezado

● Tipo de servicio= Prioridades QoS.

● Long Total.=Long Datos+Encabezado

● Identificador=Identificador del pqte.

● Flags=Indica si vienen + fragmentos o no fragmentar pqte.

● Posición de frag.=Indica la posición del fragmento dentro del paquete completo.

● TTL=Tiempo de Vida en la red

● Protocolo = de la capa superior (TCP o UDP)

● Suma de comprobación del encabezado

● IP Origen

● IP Destino

● Opciones (Si las hay)

● Relleno (Para ajustarlo y calcular el CKS)

Capa de Red● Práctica

– Utilice Wireshark, capture el tráfico de su interfaz de red e identifique los campos del encabezado IP.

● Ejecute ping a un destino remoto , modifique el TTL y revise la captura.

● Compare los campos Largo de Enabezado y Largo total (calcule el valor de la PDU superior).

● Determine el protocolo que utiliza ping.● Determine las direcciones fuente y destino.● Determine si tiene flags activos.

– De la captura anterior revise los campos IP: ID,Flags, Fragment Offset

Capa de Red● Fragmentación IP


– Configure Wireshark para recibir tráfico de la interfaz loopback.

– Instale la herramienta hping3● Genere tráfico Ip fragmentado:

hping3 -f 127.0.0.1 -c 1 -V

– Analice los datos capturados con wireshark● Verifique el ID de los paquetes● Analice los fragmentos generados● Analice los datos de la capa superior

Capa de Red● Dirección IP

– Para que los equipos se comuniquen por una interred (Internet), se deben poder identificar.

– TCP/IP especifica que cada estación debe tener un identificador exclusivo o dirección del protocolo IP.

– El protocolo de direccionamiento actual más usado es IPv4 (IPv6 sucesor de 128 bits, implantación lenta).

– Una dirección IP es una secuencia binaria (0 o 1) de 32 bits.

Capa de Red● Dirección IP

– Para que su utilización sea sencilla se representa como 4 números decimales separados por puntos (formato decimal punteado).

– Cada una de estas partes se le llama octeto o byte (8 bits).

Capa de Red● Espacio de direcciones IP

Considerando que cada dirección IP se representa por 32 dígitos binarios, en teoría es posible tener hasta:

232 direcciones posibles

4.000+ millones de IP

En la práctica no es posible llegar a esa cantidad por varias razones.

● Direccionamiento de clases● Subnetting● Reservas

Capa de Red● Direcciones IP

...¿y quien asigna las Direcciones IP???● La Corporación de Internet para la Asignación de

Nombres y Números ICANN (anteriormente IANA)

– Funciones de ICANN:● Asignación de bloques de direcciones IP● Identificadores de protocolos● De la gestión de DNS

Capa de Red● Direcciones IP

● La distribución se realiza en forma jerárquica

Capa de Red

Conversión de direcciones IP a decimal/binario

Existen 10 clases de personas, Las que entienden los números binarios y las que no.

Capa de Red● Conversión decimal a binaria

– División por 2 en forma sucesiva, almacenando los residuos.

Conversión binaria a decimal

– Sumar los valores posicionales

Capa de Red

Práctica

Convierta las sgts. direcciones:

Binario

146.83.71.16

Decimal punteado10101101 . 11000010 . 00101010 . 00010110

Capa de Red● Clases de redes

Históricamente las redes IP de agrupaban por tamaños específicos llamado clases.

Capa de Red● Ejercicios

Identifique a que clase corresponderían las siguientes direcciones IP:– 00000001.01010100.10111000.00001111

– 14.23.30.25

– 252.10.1.32

– 146.83.74.15 (www.diicc.uda.cl)

– 192.168.1.152

http://www.diicc.uda.cl/

Capa de Red● Porción de red y de host (Netid, Hostid)

– En direccionamiento con clase en cada dirección IPv4, alguna porción de bits de orden superior(izq.) representa la dirección de red.

– En la capa de red (3) se define una “red” como un grupo de hosts con patrones de bits idénticos en la porción de la dirección de red.

● 192.168.10.1● 192.168.10.2

Capa de Red● Porción de red y de host

Capa de Red● Porción de red y de host

– Los bits que no corresponde a la porción de red representan la dirección de host individual

● Ej:

– 192.168.10.20

– 192.168.10.252

– 192.168.10.129

Capa de Red

– En las redes de clase A, 1 byte define su Netid y 3 bytes su Hostid.

– En las redes de clase B, 2 bytes definen su Netid y 2 bytes su Hostid.

– En las redes de case C, 3 bytes definen su Netid y 1 byte su hostid.

– En las clase D y E no se aplica esta representación

Capa de Red

– Ejercicio

● Determine cual de las siguientes direcciones corresponden a la misma red de clase.

– 192.168.1.241– 10.3.1.20– 146.83.74.5– 192.168.1.5– 192.168.4.20– 10.4.20.12– 146.83.71.3– 10.200.5.125– 146.81.57.58

Capa de Red

● Máscara:

– Aunque el Netid de las redes con clase está predeterminada, se puede usar una máscara de bits para representar su Netid.

– Consiste en un número de 32 bits (Igual que IP) con cierta cantidad de 1 contiguos seguidos de 0 contiguos.

– Esta es llamada Mascara por defecto (en redes con clase)

Capa de Red● Tipos de direcciones IPv4

Dirección de red


Dirección de Unicast


Dirección de Broadcast


– Utilice hping3 para enviar un unicast a otro equipo de su red.

● Analice las direcciones IP fuente y destino● Analice las direcciones MAC fuente y de destino.

– Utilice hping3 para enviar un broadcast a su red● Analice las direcciones IP fuente y destino● Analice las direcciones MAC fuente y de destino .

– Analice el tráfico ARP– Analice direcciones fuente/destino (Ip,Mac, formato

encabezado ARP) de las solicitudes y respuestas.– Determine si son de tipo broadcast o unicast.

Capa de Red● Direcciones reservadas

Para cada clase de direcciones existe un rango reservado de uso privado, para se utilizadas de forma interna (no ruteable a través de Internet)

Principalmente para NAT (Network Address Traslation) o uso en redes locales sin conexión a Intenet.

– Clase A 10.0.0.0 (8 red, 24 hosts)

– Clase B 172.16.0.0-172.31.255.255 (12 red ,20 hosts)

– Clase C 192.168.0.0-192.168.255.255 (16 red ,16 hosts)

Capa de Red● Direcciones Reservadas

– 0.0.0.0 Se utiliza como dirección fuente cuando una estación no conoce su dirección IP y necesita enviar paquetes.

– 0.0.0.0 También se usa como bloque de red para denotar una red menos específica (tabla de enrutamiento).

– 127.x.x.x Se reserva para designar la propia estación o loopback.

● Usada para realizar pruebas locales, si el stack TCP/IP está funcionando ok en el equipo.

● Para probar servicios locales, acceder desde el propio equipo a un servicio(http,ssh,etc).

Capa de Red● NAT (Network Address Traslation)

Capa de Red● Práctica (Network Address Traslation)

– Instale un servidor web (apache2)

– Capture tráfico al puerto 80 de su estación

– Compare la captura realizada por el profesor.


– Realice un ping a la dirección de loopback o localhost y compruebe conectividad interna.

– Utilice el comando route y compruebe la tabla de rutas de su equipo.

● Verifique que la red 0.0.0.0 es accesible por su puerta de enlace (router o default gateway)

Capa de Red● Direcciones IP estáticas

● Asignadas manualmente

Capa de Red● Direcciones IP dinámicas


– Utilice Packet Tracer y configure un entorno LAN con un servidor DHCP entregando direcciones dinámicas en el rango privado de clase B.

– (Tarea)Descargue y analice la captura dhcp desde

http://wiki.wireshark.org/SampleCaptures

http://wiki.wireshark.org/SampleCaptures

Capa de Red● Enrutamiento (encaminamiento o ruteo)

– La principal responsabilidad de un router es:● Determinar el mejor camino para enviar los

paquetes.● Reenviar los paquetes hacia un destino.


– El router (y cualquier dispositivo conectado a a una red IP)utiliza una tabla de enrutamiento para determinar el mejor camino para reenviar un paquete.


– Cuando el router recibe un paquete, examina la IP de destino y busca la mejor coincidencia con una dirección de red de la tabla de enrutamiento.

– El sistema de enrutamiento de un router puede ser:● Estático: Asigna las rutas manualmente y no cambian ● Dinámico: Usando un protocolo de enrutamiento

dinámico entre los routers para comunicar rutas cambiantes en el tiempo.

Capa de Red● Enrutamiento Estático

– Creación manual de la tabla de enrutamiento● Primera forma de enrutamiento de Internet● El proceso consiste en ir agregando cada una de las

redes a la tabla de enrutamiento.


– Use Packet Tracer y cree la siguiente red con sistema de enrutamiento estático.

● Compruebe conectividad completa mediante paquetes del protocolo ICMP.

● Compruebe el TTL de los paquetes de red.

Capa de Red● Enrutamiento dinámico

– Sistema autónomo (AS) = Conjunto de redes bajo una administración común, comparten estrategia de enrutmamiento.

– Para el mundo exterior cada AS es una entidad única

– Cada AS tiene un número de identificación (ASN)asignado por la IANA.


– Vaya a bgp.he.net e investigue los ASN de las siguientes direcciones

● 146.83.71.3● www.google.cl● 200.7.5.7

– Revise el grafico Graphv4 e investigue con qué otros AS se interconecta.

http://www.google.cl/

Capa de Red


– El objetivo de un protocolo de enrutamiento es crear y manenter una tabla de enrutamiento

– Los protocolos de enrutamiento aprenden todas las rutas disponibles,incluyen las mejores rutas en las tablas de enrutamiento y descartan las no válidas.

– Cuando todos los routers se encuentran operando con la misma información se dice que la red ha convergido.

– Los AS permiten la división de la red global en subredes de menor tamaño, más manejables.


– Algoritmo de enrutamiento Vector-Distancia● Cada router envía copias periodicas de las tablas de

enrutamiento a sus vecinos.● El mejor camino se determina sólo por la cantidad de

saltos para llegar a destino (no mide otros parámetros como ancho de banda o retardo).


– Algoritmo de enrutamiento Vector-Distancia


– Enrutamiento dinámico con RIP (Routing Information Protocol)

● Protocolo Vector-Distancia● En Router cisco

– El comando router <protocolo> inicia el proceso de enrutamiento.

– El comando network X.X.X.X determina qué interfaces participaran del protocolo.


– Práctica RIP Cisco● Abra la simulación y configure el protocolo RIP

siguiendo al instructor virtual.● Donde??

Capa de Red● Subredes (Subnetting)

curso redes de computadores

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