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1.II.1© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de ComputadoresTema 1: Introducción a las redes de Computadores Parte II
1.II.2© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Contenido1. Introducción a las redes de computadores2. Las redes según su cobertura3. Redes de difusión y conmutadas4. Redes de Conmutación de Paquetes (RCP)
1.II.3© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
1. Introducción a las redes de computadores Noción de red de computadoresClasificación de las redes
1.II.4© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Introducción a las redes de computadoresNoción de red Definición de red de computadores:
• Es un conjunto de computadores (y otros equipos) conectados entre sí mediante dispositivos de comunicaciones y medios de transmisión .
Sistema finalHostETD
NODO
NODO
RedMedio de comunicaciones
Sistema finalHostETD
1.II.5© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Introducción a las redes de computadoresElementos de una red Sistema final o host o ETD:
• Equipo origen o destino de los datos. Es donde residen las aplicaciones de los usuarios. Nodo:
• Equipo utilizado para la conmutación de los datos . Hace labores de encaminamiento de la información. Sólo tiene los tres primeros niveles de OSI (únicamente existen en las redes de conmutación).
Sistema finalHostETD
NODO
Medio de comunicaciones
Sistema finalHostETD
NODO
Capas superiores
Red
Enlace
Físico
Red
Enlace
Físico
Enlace
Físico
Capas superiores
Red
Enlace
Físico
Red
Enlace
Físico
Enlace
Físico
1.II.6© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
La capa de red vs. la capa de transporte La capa de red provee a la capa de transporte de servicios CLNS y CONS Entre las tareas de estos servicios están:
• El encaminamiento de los paquetes por la red de datos.• El Control de congestión de los datos por la red.• La Interconexión de subredes distintas.• La Asignación de direcciones de red únicas.
Transporte Transporte
Servicios de red:Control de la Conexión, el Encaminamiento, la Congestión y el Direccionamiento
Protocolo de transporte
Sistema X Sistema Y
NSAP NSAP
NSAP: Network Service Access Point
1.II.7© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Clasificación de las redesTecnologíaAplicaciónAspectoTaxonomía
Redes
EmpresarialPúblicas
Privadas
Cobertura
De área local (LAN)
De área metropolitana (MAN)
De área extensa (WAN)
Modo de transferencia
Difusión (broadcast)
Controlada
Contienda
ConmutaciónDe circuitos
De paquetes
1.II.8© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
2. Las redes según su coberturaRedes LANRedes MANRedes WAN
1.II.9© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes LANCaracterísticas Características:
• Tecnología broadcast, medio compartido• Cableado específico• Velocidad típica de 1 a 100 Mbps • Extensión máxima típica 3km
Ejemplos:• Ethernet (IEEE 802.3): 1, 10, 100 Mbps (Fast Ethernet)• Token Ring (IEEE 802.5): 1, 4, 16 Mbps• FDDI: 100 Mbps
Origen Destino
1.II.10© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes MANCaracterísticas Características:
• Alta velocidad• Medios de transmisión: fibra óptica y par trenzado• Múltiples servicios de transmisión de datos, voz y vídeo• 10 Mbit/s ó 20 Mbit/s, sobre cobre y 100 Mbit/s, 1 Gbit/s y 10 Gbit/s mediante FO• Habitualmente interconectan LANs
10Gb
10Mb10Mb
Sede central A
Sede central B
Oficina1 Oficina2
1.II.11© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes WANCaracterísticas Características:
• Una WAN (Wide área network) es una red que abarca un área geográfica relativamente grande: una ciudad, un país, un continente, incluso el mundo (como Internet)• Alta velocidad• Medios de transmisión diversos (sobre todo satelitales)• Soportan múltiples servicios de transmisión de datos, voz y vídeo• Tiene una tasa de errores superior a las LAN• Aunque puede ser privada, la mayoría se contratan a las compañías telefónicas
1.II.12© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
3. Redes según el modo de transferencia de la informaciónRedes de difusiónRedes de conmutaciónRed de conmutación de circuitosRedes de conmutación de mensajesRedes de conmutación de paquetes
1.II.13© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de difusión Características Características:
• Los datos emitidos por un transmisor son recibidos por cualquier terminal conectado a la red• El medio físico es compartido mediante Técnicas de Acceso al Medio. • Tiene problemas de seguridad• Se puede hacer un envío a múltiples direcciones (multicast) o a todas las direcciones (broadcast).• La ubicación del destinatario es desconocida
Red cableada en bus Red cableada en anillo
Red satelital Red inalámbrica
1.II.14© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de difusiónTécnicas de acceso al medio
Dependencia del tiempo(síncrona/asíncrona)
Técnicas de control de
acceso al medio compartido
Repartición
MDF MDT
Compartición
ControladaContienda/contención
Métodos ALOHA
(sin escucha)
Métodos CSMA
(con escucha)
1.II.15© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de difusión Control de acceso al medio Control de Acceso al Medio:
• Es el conjunto de mecanismos y protocolos a través de los cuales varios sistemas (ordenadores, teléfonos móviles, etc.) se ponen de acuerdo para compartir un medio de transmisión común (cableado o inalámbrico) Hay dos métodos de control de acceso de medios de comunicación para medios compartidos:
• Controlado: Cada nodo tiene su propio tiempo de usar el medio• Basado en contención: Todos los nodos compiten por el uso del medio
Tengo que enviar un paquete, pero aún no es mi turno… Esperaré.No tengo nada que enviar.
Es mi turno para enviar. Transmitiré una trama ahora.
Trama
Estoy preparado. Transmitiré ahoraTransmitiré cuando esté preparado.
Estoy preparado. Transmitiré ahora
TramaTrama
colisión
Acceso controlado
Acceso basado en la contención
1.II.16© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación Las Redes de conmutación son una colección de nodos interconectados, a través de los cuales los datos van de fuente a destino, sin que les concierna el contenido de los mismos Los datos que entran en la red procedentes de una estación origen se encaminan hacia el destino mediante su conmutación de nodo en nodo.
1.II.17© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutaciónde circuitos [1]
Central telefónica
Marcando
Llamando
Aunque varias rutas son posibles, se selecciona una
sola por llamada
1.II.18© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutaciónde circuitos [2] Fases de la comunicación:
• 1. Establecimiento del circuito.• 2. Transferencia de datos.• 3. Liberación del circuito.
Inconvenientes:• La capacidad del canal se desaprovecha cuando no se envían datos.• Origen y destino deben transmitir a la misma velocidad.• Congestión de red: el nº de canales es limitado.• Consume muchos recursos de red
1.II.19© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutaciónde circuitos. Cronograma
Origen A Destino B
BA
Aceptación
13
4
2
Datos
Proceso de la central
Petición de desconexión
Petición de conexión
1.II.20© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutaciónde mensajes [1] El almacenamiento y reenvío es una técnica de conmutación con conexiones punto a punto estáticas, en virtud de la cual los datos (el mensaje) se envían a un nodo intermedio, donde son retenidos temporalmente hasta su posterior reenvío, bien a su destino final, bien a otro nodo intermedio. Cada nodo intermedio se encarga de verificar la integridad del mensaje antes de transferirlo al siguiente nodo Cada mensaje debe incluir en la cabecera de dicho mensaje la dirección del destinatario Nodo de conmutación
de mensajes(almacenamiento y reenvío)
1.II.21© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutaciónde mensajes [2]
Nodo de conmutación de mensajes(almacenamiento y reenvío)
Mensaje 1
Mensaje 2
A
B
1
2
3 4
Origen A
A
Datos
Almacenamiento y reenvío
B
Datos
Datos
Cabecera
Cabecera
Cabecera
1.II.22© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación de paquetesConcepto Una red de Conmutación de Paquetes es aquella que posibilita un intercambio de bloques de información (o “paquetes”) entre dos puntos, un emisor y un receptor. En el origen (extremo emisor), la información a enviar se divide en “paquetes” que contienen los datos de usuario y la información de control (dirección de origen y destino, etc.)
RCP
Paquete3
Datos de usuario
Paquete2Paquete3 Paquete1
Información de control
Paquete3
Datos de usuario
Paquete2Paquete3 Paquete1
1.II.23© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
4. Redes de Conmutación de Paquetes (RCP)Ventajas de la RCPRCP mediante datagramasRCP mediante Circuitos VirtualesEncaminamientoControl de la congestión
1.II.24© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación de paquetesVentajas vs. inconvenientesVentajas Inconvenientes
Consume recursos del
sistema cuando se envía
(o se recibe) un paquete
Intercambio de paquetes
entre hosts de diferentes
velocidades
Mayor eficiencia: enlace
compartido dinámicamente
Tolerancia a fallos de las líneas
Ancho de banda no
garantizado (no apto para
voz y video en TR)
Pérdida y retardo de los
paquetes
Información de control
necesaria
1.II.25© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación de paquetesMediante datagramas
Conmutador de nivel 3 (router)
1
1
1
1
1
23
22
2
4
3
4
4
4
3
3
Paquetes desordenados. El host de destino se encarga
de reordenarlos
Todos los paquetes tienen en su cabecera la dirección
origen y destino
Encolamiento y encaminamiento
independiente de los paquetes
Red
Enlace
Físico
Red
Enlace
Físico
1.II.26© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación de paquetesMediante datagramas. CronogramaOrigen A
A
Datos
Encolamiento y enrutamiento
B
Datos
Datos
Cabecera
Cabecera
Cabecera
Retardo de propagación
1.II.27© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación de paquetesMediante Circuitos Virtuales
Conmutador de nivel 3 (router)
Paquetes siempre ordenados.
Todos los paquetes tienen su identificador de circuito
virtual VCI
Encolamiento. No hay que tomar decisiones de
encaminamiento
Red
Enlace
Físico
Red
Enlace
Físico
1234
124 312
3
4
A
B
1.II.28© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación de paquetesMediante Circuito Virtual. CronogramaOrigen A
Petición de llamada
Conexión
A
1
B
1
1
2
1
2
2
2
3
3
3
3
4
4
4
4
Desconexión
Trasferencia de datos
Paquete de aceptación
Liberación del Circuito Virtual
1.II.29© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación de paquetes vs. conmutación de circuitosCaracterísticasRedes de conmutación de
circuitos
• Ruta de transmisión dedicada• Transmisión de datos continua• Los mensajes no se almacenan• La ruta se establece para toda
la conversación• Retardo de establecimiento de
la llamada• No existe conversión de
velocidad ni de código• Ancho de banda fijo• No existen bits suplementarios
añadidos a los datos
RCPMediante datagrama
• Ruta no dedicada• Transmisión de paquetes• Los paquetes se almacenan• La ruta se establece para cada
paquete• Retardo en la transmisión de
los paquetes• Existe conversión de velocidad
y de código• Ancho de banda dinámico• Uso de bits suplementarios en
cada paquete
RCPMediante C.Virtuales
• Ruta no dedicada• Transmisión de paquetes• Los paquetes se almacenan• La ruta se establece para toda
la conversación• Retardo de establecimiento de
llamada y de transmisión pqts.• Existe conversión de velocidad
y de código• Ancho de banda dinámico• Uso de bits suplementarios en
cada paquete
1.II.30© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación de paquetesEncaminamiento La función principal de una red de conmutación de paquetes es aceptar paquetes procedentes de una estación emisora y enviarlos hacia una estación destino. Para ello se debe determinar una ruta (encaminamiento) a través de la red, siendo posible generalmente la existencia de más de una. Es necesario fijar un criterio con el que poder establecer cuál es la mejor ruta:
• Criterios de rendimiento (coste, retardo, nº de saltos, etc.) • Entidad que toma la decisión: Cada nodo (distribuido), nodo central (centralizado) y nodo origen (fuente).• Fuente de información de la red: Ninguna, local, nodo adyacente, nodos a lo largo de la ruta, todos los nodos.• Tiempo de actualización de la información de la red: Continuo, periódico, cambio importante en la carga, cambio en la topología.
1.II.31© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación de paquetesAlgoritmos de Encaminamiento• Las tablas no cambian con el tiempo• Aplicable a redes en las que el tráfico y la topología
permanecen en el tiempoEstáticos
• Las tablas se calculan en un solo nodo de la redCentralizados
• La tablas se calculan en cooperación con todos los nodos de la redDistribuidos
• El encaminamiento cambia con las condiciones de la red
• Los principales determinantes son: los fallos y la congestión
Adaptable
1.II.32© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Redes de conmutación de paquetesLa congestión La congestión se produce cuando el número de paquetes que se transmite a través de una red comienza a aproximarse al límite de la capacidad de proceso de paquetes de la misma El objetivo del control de congestión es mantener el número de paquetes en la red por debajo del nivel para el que decaen dramáticamente las prestaciones Medidas primarias para controlar la congestión
• Con circuitos virtuales Reserva de Buffers En la fase de establecimiento de la conexión, cada nodo intermedio del circuito virtual hace una reserva de buffers adecuada. Si no se puede garantizar la reserva de buffers, no se establece la conexión.
• Con datagramas Descartado de paquetes Si un nodo no puede colocar un paquete en un buffer de salida, lo descarta
1.II.33© UPM-ETSISI-RC Tema 1: Introducción a las redes de Computadores. Parte II
Referencias[1] William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall[2] J Kurose & K Ross: Computer networking (2009)