PROGRAMA

INTRODUCCIÓN A REDES DE

COMPUTADORAS

RED DE COMPUTADORAS

Conjunto de computadores autónomos interconectados a través de una subred de comunicaciones.

Red de Computadoras VS. Sistemas Distribuidos

• Sistemas Distribuidos: la existencia de múltiples
  computadores autónomos es transparente. Las funciones
  del sistema son automáticas.

• Red de Computadores: Las funciones del sistema son
  invocadas por el usuario, se conoce el computador que
  realiza las funciones.

• Una red de computadoras proporciona la infraestructura
  para un sistema distribuido.

OBJETIVOS Y VENTAJAS

• Compartición de recursos: software y hardware disponibles al usuario independientes de su localización.

• Alta Confiabilidad: Fuentes de información redundantes.

• Ahorro económico: la relación precio rendimiento es mejor en computadores pequeños. Existe posibilidad de escalabilidad.

• Herramienta de comunicación para empleados y personas en particular: e-mail, videoconferencia, capacitación remota, etc.

• Acceso a facilidades e información de manera remota.

• Redes de computadoras han causado un gran impacto social.

CLASIFICACIÓN DE LAS REDES

Desde el punto de vista de tecnología de transmisión:

Redes de difusión:

• Todas las máquinas de la red comparten un simple canal de comunicación. La totalidad de las máquinas reciben los paquetes, pero por el campo de dirección se determina el destino (una o varias máquinas).

• Multicasting: se tiene subconjuntos de direcciones destino.

Redes Punto a Punto

• Una fuente y un solo destino (pueden haber varias máquinas intermedias).

Desde el punto de vista de cobertura o alcance:

• Computadores paralelos: Hasta 1 metro y de 10 a 100.00 nodos. Muy poca pérdida o corrupción de datos.

• Local Area Network (LAN): 10 m - 1 Km. 10 - 1000 nodos. Alguna pérdida de datos, generalmente es un simple bus de interconexión.

• Metropolitan Area Network (MAN): 1 Km - 10 Km. 100 - 1000 nodos. Más pérdidas de datos, topología irregular, enrutamiento dinámico.

• Wide Area Network (WAN): lO Km - 10.000 Km 1000 -1M nodos. Más pérdidas de datos, topología irregular, enrutamiento dinámico

• Internet: alcance mundial, 100 millones de nodos.

CARACTERÍSTICAS DE LAS REDES

Redes genéricas: Se especifican características técnicas generales que cumplen con estándares.

• Appletalk

• Ethernet

• Novell Netware -

• SNA

• ATM

• FDDI

Redes Específicas: Pertenecen a una entidad. Características específicas de cada una de ellas pueden ser señaladas.

• ARPANET

• Internet

Redes de Area Local (LANs)

Son redes privadas, localizadas dentro de un edificio o en un campus de extensión de pocos Km.

Se distinguen de otras redes por tres características:

• Tamaño­

• Tecnología de Transmisión

• Topología

El tiempo de transmisión en las peores circunstancias es conocido, lo cual facilita su administración.

LANS tradicionales corren a velocidades de 10 a lOO Mbps, teniendo retardos en el orden de décimas de us. Redes LAN últimas funcionan a velocidades mayores a los 100 Mbps.

Varias topologías son posibles para LANs de difusión:

• Bus: en cualquier instante una estación es maestra y puede transmitir. Debe haber un mecanismo (distribuido o centralizado) que resuelva el problema de 2 o más máquinas transmitiendo simultáneamente. Ejm: Ethernet de 10 y 100 Mbps.

• Anillo: Las estaciones transmiten utilizando un permiso o “token” que circula en la red. Solo la estación que mantiene el “token” puede transmitir. Ejm: Token Ring de 4 y 16 Mbps.

Las redes de difusión pueden ser divididas en estáticas o dinámicas, de acuerdo a cómo se asigna la ocupación del canal.

Redes de Área Metropolitana (MANs)

• Es una versión ampliada de LAN y normalmente utiliza tecnología similar, pero los protocolos de transmisión no son los mismos.

• Puede ser privada o pública y puede cubrir varios localidades en una ciudad.

• Puede soportar voz y datos, teniendo la posibilidad de relacionarse con la red de televisión por cable.

• Tiene uno o dos cables y no posee elementos de conmutación lo cual simplifica el diseño.

• Un ejemplo es la red DQDB (Distributed Queue Dual Bus).

Redes de Área Extendida (WANs)

• Abarca una gran cobertura geográfica, por ejemplo un país o un continente.

• Contiene una colección de máquinas para correr las aplicaciones del usuario.

• Los Host (sistemas finales) están conectados por la subred de comunicaciones.

• Los Host se relacionan con las aplicaciones y la subnet con aspectos exclusivos de comunicaciones.

La subnet tiene:

• Líneas de transmisión o circuitos, canales o troncales

• Elementos de conmutación computadores que conectan dos o más líneas. Estos conmutadores son llamados también nodos de conmutación de paquetes, IMP (procesadores intermedios de mensajes), centrales de conmutación de datos o genéricamente ruteadores.

• Los Host de una red pueden estar conectados a una LAN.

• Los ruteadores pueden estar conectados directa o indirectamente.

Funciones del ruteador:

• Recibe los paquetes direccionados a diferentes destinos. Comprueba que cada uno de los paquetes tenga dirección.

• Almacena los paquetes (store)

• Envía los paquetes a otros ruteadores o Host (forward)

• Multiplexacíón desde varias fuentes hacia un nodo

• Demultiplexación desde una fuente hacía varios nodos.

Una subred con las funciones indicadas del ruteador se llama Punto a Punto, “Store and Forward” o de Conmutación de paquetes.

Topologías de una subnet punto a punto:

• Estrella, anillo, árbol, mallas, irregular.

Topologías de una subnet de difusión

• Bus: canales de acceso múltiple con detección de portadora (CSMA)

• Satélite o radio: canales de múltiple acceso.

• Anillos con transceivers de alta velocidad

Redes Inalámbricas (Wireless Networks)

• Utilizadas para transmitir información desde sistemas en movimiento (auto, avión) o desde donde no existe un cableado fisico. Son diferentes a los sistemas portátiles de computación.

• La tasa de error y la interferencia pueden ser problemas.

ESTRUCTURACIÓN DEL SOFTWARE DE RED

En una red de computadores el software es altamente estructurado. Se estudiará la técnica de estructuración del software.

JERARQUÍAS DE PROTOCOLOS

• La mayoría de redes se organizan en capas o niveles.

• El número de capas, nombre, contenido y función de cada una varia de una red a otra.

• El propósito de cada capa es ofrecer ciertos servicios a las capas superiores.

• Protocolo: reglas y convenciones utilizadas en la comunicación de la capa de una máquina con la correspondiente de otra.

• Procesos Pares (peers): Entidades que forman las capas correspondientes en máquinas diferentes.

• La comunicación entre capas correspondientes es virtual. Cada capa transfiere los datos a su capa - inferior hasta alcanzar el medio físico.

• Interfaz: define los servicios y operaciones primitivas que la capa inferior ofrece a la superior. Se encuentra entre cada par de capas adyacentes.

• Arquitectura de red: Conjunto de capas y protocolos. Debe contener la información suficiente para escribir un programa o construir el hardware correspondiente a cada capa. Los interfaces no forman parte de la arquitectura

CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO DE LAS CAPAS

Cada capa añade información de control al mensaje que recibe de la capa superior y pasa el conjunto a la inferior, hasta que alcanza la capa más baja, la cual está -en contacto con el medio físico.

En la máquina de destino, cada capa lleva a cabo el proceso inverso sobre los datos recibido.

CARACTERÍSTICAS

• Direccionamiento: Mecanismo de identificación de emisores y receptores.

• Reglas para la transferencia de la información: Simplex, Half duplex, Full duplex

El protocolo debe también especificar el número de canales lógicos que corresponden a la conexión. Puede darse el caso de que se tenga más de 1 canal lógico viajando por un solo canal físico.

• Control de Errores: Total compatibilidad entre los códigos de control de error del emisor y del receptor.

• Secuenciamiento de mensajes.

• Control de Flujo

• Manejo de mensajes de diferente tamaño: Mecanismos para desensamblar, transmitir y ensamblar los mensajes.

• Capacidad de multiplexación: Usar la misma conexión para múltiples comunicaciones no relacionadas.

INTERFACES Y SERVICIOS.

• Entidades: elementos activos de cada una de las capas. Puede ser software y/o hardware. Las entidades de capas correspondientes se llaman entidades pares.

• Las entidades de la capa N implementan un servicio para la capa N + 1, distinguiéndose las capas proveedora del servicio (N) y usuaria del servicio (N±l).

• SAPs: Son los Puntos de Acceso al Servicio, esto es los lugares donde la capa N + 1 puede acceder a los servicios de la capa N. Cada SAP está asociado a una dirección.

• Las capas inferiores pueden proporcionar a las superiores dos clases de servicio:

SERVICIO ORIENTADO A CONEXIÓN

Existe un proceso de establecimiento de la conexión, transferencia de la información y liberación de la conexión. El direccionamiento solo existe en el proceso de establecimiento de la conexión.

SERVICIO NO ORIENTADO A CONEXIÓN

Cada mensaje es enrutado a través del sistema en forma independiente de los demás, existiendo un direccionamiento en cada uno de ellos. No existe un proceso de establecimiento y liberación de la conexión y los mensajes pueden llegar en desorden.

SERVICIOS Y PRIMITIVAS

Desde el punto de vista de Calidad del Servicio (confiabilidad respecto a pérdida de datos) se puede hablar de 6 diferentes tipos de servicio:

• Flujo de Mensajes confiable: se mantienen los límites del mensaje.

• Flujo de bytes confiables: no se mantienen los limites del mensaje.

• Conexión no confiable: algunos proceso no aceptan la confirmación del mensaje (ejemplo, transmisión de voz digitalizada)

• Datagrama no confiable: se usa en ciertos mensajes cortos donde no interesa establecer una conexión, ni una confiabilidad del 100%, como por ejemplo en correo electrónico.

• Datagramas con confirmación: se utiliza en el caso de requerir un acuse de recibo de los datagramas enviados. -

• Pregunta - respuesta: se envía un datagrama sencillo que contiene una solicitud; la respuesta contendrá una contestación a la misma.

Un servicio es especificado por un conjunto de operaciones llamadas primitivas puestas a disposición de un usuario o de otra entidad para acceder al servicio.

Las primitivas indican al servicio que debe efectuar una acción o notifican la acción tomada por una entidad par.

A las primitivas se las puede clasificar en 4 clases:

• Solicitud: una entidad desea que el servicio realice un trabajo.

• Indicación: una entidad es informada acerca de un evento.

• Respuesta: una entidad desea responder a un evento.

• Confirmación: una entidad va a ser informada acerca de su solicitud.

Los servicios pueden ser confirmados o no confirmados, dependiendo de si cumplen o no con lo anterior.

MODELO DE REFERENCIA ISO

• Creado por la Organización Internacional de Estandarización (OSI).

• Es un modelo para Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI), conexión de sistemas heterogéneos.

Características del modelo ISO/OSI:

• Está estructurado en 7 niveles o capas

• La función de cada capa tiende a definir protocolos normalizados internacionalmente.

• No es una arquitectura de red, no específica servicios y protocolos que se utilizarán en cada una de las capas, sólo indica lo que cada capa debe hacer.

• Ninguna de las arquitecturas implementan el modelo OSI en su totalidad actualmente.

CAPA FÍSICA

• Se ocupa de la transmisión de bits a lo largo de un canal de comunicación.

• Provee características mecánicas, eléctricas, funcionales y los procedimientos necesarios para establecer, utilizar y liberar un circuito físico entre dos dispositivos (DTE, DCE, etc.)

• Su unidad de información es el bit

CAPA ENLACE

• Responsable de transformar un medio de transmisión común en una línea sin errores de transmisión para la capa red, estableciendo una conexión lógica entre dos nodos adyacentes de la red.

• Se encarga del control de flujo, mediante un mecanismo de regulación de tráfico.

• Recibe los paquetes de información de la capa Red y los transmite dentro de una TRAMA (“FRAME”).

• Resuelve los problemas causados por daño, pérdida o duplicidad de tramas, así como del direccionamiento y secuenciamiento de tramas.

• Hace su trabajo por cada nodo que atraviesa.

CAPA RED

• Se ocupa del control de la operación de la subred.

• Provee los procedimientos para garantizar que los paquetes de información lleguen del nodo origen al nodo destino sin errores, a través de la subred.

• Realiza funciones de enrutamiento, conmutación, control de flujo y recuperación de fallas de las capa Enlace.

• Resuelve problemas de interconexión de redes heterogéneas.

• Su unidad de información es el paquete.

CAPA TRANSPORTE

• Conocida como la capa HOST-HOST.

• Acepta los datos de la capa sesión, los divide si es necesario y los pasa a la capa Red, asegurándose que lleguen correctamente a su destino.

• Aísla de la capa sesión los cambios inevitables a los que está sujeta la tecnología del hardware.

• Puede multiplexar varias conexiones de transporte sobre la misma conexión de red, cuando hay varios usuarios que quieren transmitir usando el mismo camino.

• Si la conexión de transporte necesita gran caudal, puede crear múltiples conexiones de red, dividiendo los datos entre las conexiones de la red con el objeto de mejorar dicho caudal.

• Se ocupa del establecimiento y liberación de conexiones a través de la subred.

• Realiza un control de flujo de información entre HOST.

• La unidad de información es el mensaje.

CAPA SESIÓN

• Permite que los usuarios de diferentes máquinas puedan establecer sesiones entre ellos.

• Se encarga de la puesta a punto y control del diálogo entre tareas o procesos de usuarios distantes.

• Maneja localizaciones de archivos para la transferencia, establecimiento de puntos de sincronización para comprobaciones intermedias y recuperaciones durante transferencias o actualizaciones.

CAPA PRESENTACIÓN

• Maneja la sintaxis de los datos (formatos, códigos) de manera que éstos sean legibles a los procesos de aplicación.

• Permite manejar estructuras abstractas de datos (representación de los datos a intercambiar entre computadoras) y la conversión de la representación utilizada en el interior del ordenador a la representación normal de la red.

• Se encarga del formato de los datos, pero no de su significado.

CAPA APLICACIÓN

• Contiene una variedad de protocolos que se necesitan frecuentemente.

• Proporciona el interfaz final entre el usuario y la red.

• Provee al usuario cualquier proceso de aplicación que el usuario pueda utilizar. Define por ejemplo el software para terminales virtuales, la transferencia de archivos, el correo electrónico, procesadores de palabras, hojas de cálculo, etc.

• Tiene en cuenta ya no la sintaxis, sino el significado final de los datos.

MODELO DE REFERENCIA TCP/IP

• TCP/IP es una abreviatura de Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo Internet.

• Fue creado originalmente por ARPA (Agencia de proyectos de investigación avanzados) asociada al Departamento de defensa de USA, en la red ARPANET.

• La red Internet utiliza TCP/IP.

• El modelo define 4 capas:

CAPA HOST-RED

No define exactamente las funciones de esta capa. Esta capa debe permitir a un Host conectarse a una red utilizando un protocolo que permita enviar paquetes IP sobre la red. Este protocolo no es definido.

CAPA INTERNET

Permite a los Host entregar paquetes a la red y deja que éstos viajen separadamente hasta su destino (servicio no orientado a conexión).

Define un formato de paquete y un protocolo denominado IP. Las funciones de esta capa son similares a las de la capa Red en el modelo OSI.

CAPA TRANSPORTE

Permite que entidades de igual nivel en el origen y destino de los datos lleven a cabo una conversación. En esta capa se han definido dos protocolos:

• TCP: protocolo orientado a conexión que permite que los datos de una máquina sean entregados sin error a otra.

• UDP (User Datagram Protocol), protocolo no orientado a conexión, que es un protocolo no confiable utilizado en aplicaciones en las cuales es vital la entrega rápida de los datos y no su entrega sin errores. Ejm. transmisiones de voz y video.

CAPA APLICACIÓN

Consiste de programas de aplicación que usa la red.

Ejemplos: Terminal virtual (Telnet), Transferencia de archivos (FTP), Correo Electrónico (SMTP), Servicio de Dominio de nombres (DNS), Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP) para enlazar páginas de WWW (World Wide Web) y otros.

COMPARACIÓN DE LOS MODELOS OSI Y TCP

• Tienen mucho en común. Se basan en el concepto de una “pila” de protocolos independientes.

• La funcionalidad de las capas es bastante similar.

• OSI hace distinción clara entre servicios, interfaz y protocolos. TCP no lo hace.

• OSI no estuvo dirigido hacia un conjunto particular de protocolos, ya que se concibió antes de que los protocolos fueran inventados. En TCP/IP los protocolos surgieron primero y el modelo fue realmente una descripción de los protocolos existentes, por lo que no es útil para describir otras redes no TCP/IP.

• Una diferencia obvia es el número de capas. Pero ambos modelos tienen las capas Red (Internet), Transporte y Aplicación.

• El modelo 0SI soporta en la capa Red tanto comunicaciones orientadas y no orientadas a conexión, pero para la capa Transporte solo comunicación orientada a conexión.

• TCP/IP tiene solamente un modo en la capa Red (no orientado a conexión). pero soporta ambos modos en la capa Transporte, siendo importante para protocolos de simple requerimiento-respuesta.

EJEMPLOS DE REDES

NOVELL NETWARE

• Netware agrupa a una serie de sistemas operativos para LAN.

• Admite computadores centrales que trabajen con varios sistemas operativos: DOS, Windows, OS/2 y UNIX.

• Está basada en el modelo cliente-servidor.

• Las capas física y enlace pueden ser escogidas de entre varios estándares de la industria, incluyendo Ethernet, Token Ring, ARCnet.

• La capa red “corre” un protocolo no confiable no orientado a conexión (ínter-red) IPX.

• Sobre IPX está un protocolo de transporte orientado a conexión NCP (Network Core Protocol). NCP proporciona servicios adicionales a más del trasporte. Se dispone de un segundo protocolo SPX, el cual sólo proporciona transporte. TCP es otra opción. La aplicación escogerá cualquiera de ellos.

APPLETALK

• Es una serie de especificaciones que describen las conexiones entre el hardware Apple Macintosh (computadores y periféricos) y las redes de computadores.

• En su inicio aplicó el sistema de cableado propietario Local Talk, pero ahora admite las redes Ethernet Token Ring.