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UNIDAD
1
INTRODUCCIÓN Capítulo 1: Conceptos Básicos
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Distinguir conceptos de redes de datos
Conocer las técnicas de conmutación y sus aplicaciones en redes de transmisión de datos
Identificar los diferentes tipos de redes
Clasificar las diferentes redes de transmisión
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INTRODUCCIÓN Las grandes transformaciones en el estilo de vida actual en nuestra sociedad son el resultado de descubrimientos sucesivos y relacionados que han convergido en el desarrollo tecnológico especialmente en campos como las telecomunicaciones y las redes de datos. La invención de los diferentes mecanismos de comunicación han causado un gran impacto y han llevado a muchas naciones a un grado de desarrollo en muchos campos. Las tecnologías de la información y de las comunicación TIC y la telemática están actualmente pasando por una era de apogeo en el que todos tenemos que ver y estamos relacionados de alguna manera. Bienvenido pues este cambio y adoptémoslo con responsabilidad. 1. 1
Conceptos de Telecomunicaciones
Los sistemas de transmisión permiten la conexión física entre los terminales conectados a una red de telecomunicación, ofreciendo circuitos de comunicación que se denominan enlaces. Tienen que garantizar la correcta emisión y recepción de la señal soporte de la información, independientemente del medio físico utilizado. En un sistema de comunicación se diferencian los siguientes subsistemas básicos: Fuente o emisor: dependiendo de la información que suministra, puede ser análoga o digital. Sin embargo, aunque la fuente sea cualquiera de ellas, el sistema puede optar por convertirla en digital muestreándola, cuantificándola y codificándola antes de transmitirla.
Las fuentes de información digital se caracterizan por poseer un alfabeto (conjunto de símbolos elementales) finito, de tamaño M, lo que significa que está compuesta por M elementos (símbolos) diferentes. Si cada uno de los símbolos está
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codificado en binario se define velocidad binaria o régimen binario como la velocidad con que la fuente emite los bits representan un símbolo. Se mide como el inverso de la duración de un bit (1/Tbits fuente bits por segundo). Transmisor: procesa la señal que suministra la fuente de información para que la transmisión a través del medio sea lo más eficaz posible. Debe transformar la señal para adaptarla al medio, para defenderse ante posibles perturbaciones, para utilizar el medio más eficazmente y para simplificar el proceso de transmisión. En el caso de una fuente digital genera señales eléctricas que se corresponden con los bits generados en la fuente; a este proceso se le denomina codificación en línea. La velocidad con la que el codificador de línea emite las diferentes señales (niveles eléctricos) a la línea se la denomina velocidad de transmisión o velocidad de modulación. Se mide como el inverso del tiempo que dura un nivel (1/Tnivel de línea baudios). Medio: el medio representa el canal por el que circulan las señales eléctricas que emite el transmisor. Se modela como un sistema sin memoria con una determinada función de transferencia. Receptor: subsistema destinado a recoger la señal y entregar la información al usuario. En los sistemas digitales, el receptor, tras observar la señal que llega al mismo, debe decidir qué símbolos, de entre los que puede generar la fuente, es el que se ha transmitido. La naturaleza estadística de la fuente de información y el comportamiento aleatorio del medio de transmisión conducen a considerar al receptor digital como un detector de sucesos probabilísticos. Destino: es el elemento que recibe la información. Tomemos como ejemplo el caso de una llamada telefónica: Fuente de información: la persona que realiza la llamada. Transmisor: el aparato telefónico que representa mediante señales eléctricas las ondas de presión acústica que recibe de la fuente.
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Medio: son los hilos por los que viajan las señales eléctricas. En el circuito de abonado son hilos de pares y posteriormente circulan por cables coaxiales o de fibra óptica. Receptor: el aparato telefónico que traduce las señales eléctricas que recibe en ondas de presión audibles. Destino: la persona que recibe la llamada. Clasificación de los sistemas de transmisión La clasificación de los sistemas de transmisión se realiza según tres conceptos independientes: el medio utilizado, el carácter de la transmisión y el tipo de señal empleada. La clasificación en caa uno de estos grupos es la siguiente: •
Según el medio que utilizan:
Transmisión por línea, es decir, aquellos medios que utilizan como soporte físico el cable. Este tipo de medios se clasifican en: cable de pares(de este tipo son los cables telefónicos del tramo particular del abonado), coaxial (cable de la antena de televisión) y fibra óptica(son los cables que conectan directamente los equipos reproductores de CD con los amplificadores que tienen entrada directa digital en las modernas cadenas) Transmisión por radio: radioenlaces fijos(de este tipo son los radioenlaces que se pueden observar en las torres de comunicaciones de las ciudades o en los repetidores de televisión que se encuentran situados en algunas montañas), móviles (de este tipo son los equipos que llevan los soldados o corresponsales de guerra) y satélites. •
Según el carácter de la transmisión:
Símplex: unidireccional. Sólo se transmite del emisor al receptor, por ejemplo, la televisión o las emisoras de radio.
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Semidúplex: unidireccional con posibilidades de conmutación del flujo. Sólo se transmite en una dirección pero ésta se puede cambiar. Por ejemplo, las emisoras de radioaficionados, donde para cambiar la dirección de transmisión se establece un protocolo: al terminar de emitir una información, la fuente dice corto y cambio, con lo que suelta un botón y se queda a la escucha. Dúplex: bidireccional. Se transmite y se recibe al mismo tiempo, por ejemplo, el teléfono. •
Según la naturaleza de la señal:
Analógicos: la señal transmitida tiene una variación temporal, bien sea de amplitud bien sea de fase, continua y proporcional al valor que se desea transmitir. Digitales: la señal transmitida tiene variaciones discretas de amplitud o fase, que codifican en un conjunto finito de valores, todos los valores posibles que desean transmitir. Redes de transmisión Los canales de comunicación abarcan las redes de transmisión de datos sobre las que se integran los terminales y computadores. En general, una red de transmisión es un conjunto de sistemas de telecomnicaciones que funcionan permitiendo la comunicación entre abonados conectados a la red.
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Un abonado es un transmisor, un receptor o ambas cosas, si el canal es dúplex, que se conecta a través de un adaptador a una red de comunicación. El tráfico en un punto de la red se define como la cantidad de datos que transporta la red en este punto. La saturación o congestión de la red se produce cuando los abonados piden el establecimiento de más comunicaciones de las que la red puede admitir. El bloqueo de la red ocurre cuando está tan congestionada que pierde tanto tiempo en atender a los abonados que no puede establecer ninguna comunicación. La conexión de un usuario a la red se realiza por una línea de acceso que puede ser de dos tipos: Privada o alquilada: cuando existe una conexión física extremo a extremo de la comunicación de modo permanente. Conmutada: cuando es necesario realizar una llamada para poder establecer la comunicación.
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1.2
Conmutación de circuitos
Es un método de conmutación WAN en el que se establece, mantiene y termina un circuito físico dedicado a través de una red de transporte para cada sesión de comunicación. La conmutación de circuitos maneja dos tipos de transmisiones: transmisiones de datagramas, que están compuestas de tramas direccionadas de manera individual, y transmisiones en ráfagas de datos, que están compuestas de una ráfaga de datos para la que la verificación de direcciones sólo se presenta una vez. Utilizada de manera muy generalizada en las redes de las compañías telefónicas, la conmutación de circuitos opera de forma muy parecida a una llamada telefónica normal. ISDN Red Digital de Servicios Integrados es un ejemplo de una tecnología WAN de conmutación de circuitos Cuando se dispone de varios dispositivos, se tiene el problema de encontrar la forma de conectarlos para que la comunicación uno a uno sea posible. Una solución es instalar una conexión punto a punto entre cada par de dispositivos (una topología en malla) o entre un dispositivo central y cada dispositivo(una topología en estrella). Sin embargo, estos métodos, son impracticables cuando se aplican a redes muy grandes. El número y longitud de los enlaces requiere mucha infraestructura para que el coste sea efectivo, y la mayoría de estos enlaces estarían inactivos la mayor parte del tiempo. Otras topologías que emplean conexiones multiplunto, como por ejemplo un bus son excluídas debido a que las distancias entre los dispositivos y el número total de dispositivos se incrementa más allá de las capacidades del medio y de los equipos. La conmutación aparece como una solución mejor. Una red conmutada consta de una serie de nodos interconectados, denominados conmutadores. Los conmutadores son dispositivos hardware y/o software capaces de crear conexiones temporales entre dos o más dispositivos conectados al conmutador. En una red conmutada, algunos de estos nodos se conectan a dispositivos de comunicación. El resto se utiliza sólo para realizar el encaminamiento.
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En una red de conmutación de circuitos la red establece la comunicación y ésta permanece, no se interrumpe, hasta que uno de los dos abonados decide terminar, pudiendo estar los abonados transmitiendo o no mientras la comunicación está establecida; por ejemplo, la red telefónica. La conmutación de circuitos crea una conexión física directa entre dos dispositivos. Un conmutador de circuitos es un dispositivo con n entradas y m salidas que crea una conexión temporal entre un enlace de entrada y un enlace de salida. El número de entradas no tiene que coincidir con el de salidas. Red telefónica conmutada: Un ejemplo de red telefónica por conmutación de circuitos es la red telefónica conmutada (PSTN, Public Switched Telephone Network) de Norteamérica.
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1.3
Conmutación de paquetes
La conmutación de circuitos se diseñó para la comunicación de voz. En una conversación telefónica, por ejemplo, una vez establecido el circuito, permanece conectado durante toda la conversación. La conmutación de circuitos crea enlaces temporales mediante marcación o permanentes(alquilados) que son muy adecuados para este tipo de comunicación. La conmutación de circuitos es menos adecuada para datos y transmisiones sin voz. Las transmisiones sin voz tienden a realizarse en ráfagas, lo que significa que los datos se envían con intervalos de tiempo de separación entre ellos. Cuando se utiliza un enlace de conmutación de circuitos para transmisión de datos, por tanto, la línea permanece durante esos intervalos inactiva, gastando recursos. Una segunda debilidad de la conmutación de circuitos para la transmisión de datos se encuentra en su velocidad de transmisión. Un enlace de conmutación de circuitos crea el equivalente a un único cable entre dos dispositivos y, por tanto, asume una tasa fija de datos para ambos dispositivos. Esto limita la flexibilidad y utilidad de la conmutación de circuitos para redes que interconectan una gran variedad de dispositivos digitales. En tercer lugar, la conmutación de circuitos es inflexible. Una vez establecido un circuito, este es el camino utilizado en la transmisión, sea o no el más eficiente o disponible. Finalmente la conmutación de circuitos trata a todas las transmisiones por igual. Cualquier petición es aceptada siempre que haya un enlace disponible. Pero con frecuencia en las transmisiones de datos se quiere la posibilidad de priorizar. En una red de conmutación de paquetes, los datos son transmitidos en unidades discretas formadas por bloques de longitud potencialmente variable denominados paquetes. La red establece la longitud máxima del paquete. Las transmisiones grandes se dividen en paquetes. Cada paquete contiene no sólo datos, sino tambien una cabecera con información de control (como código de prioridad y las direcciones del origen y del destino). Los paquetes son enviados por la red de un nodo a otro. En cada nodo, el paquete es almacenado brevemente y encaminado de acuerdo a la información presente en la cabecera. Hay dos enfoques tradicionales en la conmutación de paquetes: datagramas y circuitos virtuales.
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Enfoque basado en datagramas En la conmutación de paquetes basado en datagramas, cada paquete es tratado de forma independiente de los otros. Incluso cuando el paquete representa únicamente un trozo de una transmisión de varios paquetes, la red (y las funciones del nivel de red) trata al paquete como si sólo existiera él. En esta tecnología a los paquetes se les denomina datagramas. Este enfoque puede hacer que los datagramas de una transmisión lleguen a su destino desordenados. El nivel de transporte tiene la responsabilidad, en la mayoría de los protocolos, de reordenar los datagramas antes de pasarlos al puerto destino. Enfoque basado en circuitos virtuales En la conmutación de paquetes basado en circuitos virtuales, se mantiene la relación que existe entre todos los paquetes que pertenecen a un mismo mensaje o sesión. Se elige al comienzo de la sesión un única ruta entre el emisor y el receptor. Cuando se envían datos, todos los paquetes de la transmisión viajan uno después de otro por la misma ruta.
1.3
Redes y servicios
La función principal de una red es llevar a cabo la transmisión de información entre usuarios conectados a ella o a la interconexión de la que forman parte.
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Entre las motivaciones más significativas para la utilización de sistemas distribuidos y redes de área local pueden citarse las siguientes: • • • • • • •
•
Despliegue de la Informática personal Organización distribuída Organización de grupos de trabajo Programas y datos compartidos Recursos compartidos Modularidad: crecimiento incremental y estructurado Agilización de la comunicación: correo electrónico, transferencia de archivos y documentos Racionalización del cableado.
El servicio de red puede ser orientado a conexión o no orientado a conexión. Un servicio no orientado a conexión es muy sencillo, y presenta sólo dos interacciones básicas entre la capa de transporte y la de red: una solicitud a la red acerca del envío de un paquete, y una indicación desde ésta acerca de la recepción de un paquete. El usuario pude solicitar la transmisión de un paquete en cualquier instante de tiempo y no necesita informar a la capa de red acerca de su intención de transmisión a lo largo del tiempo. En un servicio no orientado a conexión, toda la responsabilidad en torno al control de errores, secuenciamiento y control de flujo es de la capa de transporte del sistema final
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1.4 Factores clave en la evolución de las redes de comunicación Un axioma clásico en las telecomunicaciones decía que un servicio nuevo de telecomunicaciones sólo podría tener éxito si verificaba tres condiciones. En primer lugar, la tecnología debía ser capaz de implementar el servicio con un costo razonable. En segundo lugar, el marco regulador debía permitir que el servicio fuera ofrecido. Tercero, debía existir mercado que demandara el servicio. Estas tres condiciones eran de aplicación en entornos de monopolio en los que un único operador tomaba todas las decisiones relativas al diseño e implementación de la red. El abandono del régimen de monopolio, tanto en lo que se refiere a proveedores de servicios, como la aparición de múltiples productores de equipamientos, ha hecho que el cumplimiento de los estándares sea una cuestión esencial. La disponibilidad de tecnología para implementar un servicio no garantiza su éxito siempre. Muchos de los fallos en la implantación de nuevos servicios pueden achacarse a factores no tecnológicos. Con frecuencia, los nuevos servicios caen en zonas muertas en las que el marco regulador no está nada claro. Por ejemplo, la mayoría de las normas que regulan la emisión de televisión están pensadas para la emisión mediante sistemas de radiodifusión y por cable; sin embargo, no está claro si esta normativa será de aplicación para la televisión en Internet. Igualmente, muy pocas veces está claro con anticipación la existencia de un mercado para un servicio determinado. Por ejemplo el desarrollo de la videotelefonía ha fracasado varias veces en el pasado debido a la poca demanda que planteaba el mercado.
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ACTIVIDADES
Internet está duplicando su tamaño aproximadamente cada 18 meses. Aunque no se sabe a ciencia cierta, una estimación indicaba que en el año 2001 habría 100 millones de hosts en Internet. Utilice estos datos para calcular la cantidad esperada de hosts para el año 2010. Cree que esto es real? Explique por qué. Justifique su respuesta.
Haga una lista de sus actividades cotidianas en las cuales intervengan las redes de computadoras. De qué manera se alteraría su vida si estas redes fueran súbitamente desconectadas?
Averigue cuáles redes utilizan en su Institución o lugar de trabajo. Describa los tipos de red, las topologías y los métodos de conmutación que utilizan.
Enumere los factores que afectan el rendimiento de una red
Cómo se usan las redes en marketing, ventas y servicios financieros?
Qué tiene que ver el FCC con las comunicaciones?
Qué topología necesita un concentrador?
Cuáles son las funciones de un DTE y un DCE?
Indique las diferencias entre comunicación y transmisión
Defina el término protocolo en relación a la transmisión de datos
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Investigue: será posible realizar una implementación de SS7 basada en conmutación de circuitos en lugar de en conmutación de paquetes? Cuáles serían las ventajas relativas de esta aproximación?
Explique el punto débil del siguiente razonamiento: la conmutación de paquetes requiere que a cada paquete se le añadan bits de control y de dirección, lo que provoca un costo adicional en esta técnica. En conmutación de circuitos se establece un circuito transparente, no siendo necesario el uso de bits suplementarios. a) No existe por tanto costo adicional en la técnica de conmutación de circuitos, por lo que b) La utilización de la línea es más eficiente que en conmutación de paquetes.
El rincón del erudito
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ALCALDE, EDUARDO Y JESÚS GARCÍA TOMÁS (1993) . Introducción a la Teleinformática, McGrawHill. GARCÍA, LEÓN Y WIDJAJA ( 2002). Redes de comunicación, McGrawHill.
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STALLINGS, WILLIAM (2000). Comunicaciones y redes de computadores, Prentice Hall. http://www.cisco.com
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INTRODUCCIÓN Capítulo 2: Repaso de otros Modelos de Referencia
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer la estructura jerárquica de algunos modelos de referencia
Distinguir los diferentes servicios y funciones de algunos modelos y arquitecturas de redes
Saber aplicar los conocimientos de los distintos modelos y arquitecturas de redes.
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INTRODUCCIÓN Las redes se caracterizan por el conjunto de servicios que proporcionan a los usuarios. Estos servicios son el soporte del intercambio de datos entre niveles lógicos en diferentes máquinas y hosts de la misma o de distinta red.
2.1 Modelo de Referencia OSI OSI es el nombre del modelo de referencia de una arquitectura de capas para redes de computadores y sistemas distribuidos que ha propuesto la ISO como estándar de interconexión de sistemas abiertos.
El modelo de referencia OSI propone una arquitectura de siete capas o niveles, cada una de las cuales ha sido diseñada teniendo en cuenta los siguientes factores: •
• •
Una capa se identifica con un nivel de abstracción, por tanto, existen tantas capas como niveles de abstracción sean necesarios. Cada capa debe tener una función perfectamente definida. La función de cada apa debe elegirse de modo que sea posible la definición posterior de protocolos internacionalmente normalizados.
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•
Se disminuirá al máximo posible el flujo de información entre las capas a través de los interfaces. Las capas serán tan numerosas como sea necesario para que dos funciones muy distintas no tengan que convivir en la misma capa. Los nombres que reciben estas siete capas son: física, enlace de datos, red, transporte, sesión, presentación y aplicación.
El modelo OSI no especifica cómo son los protocolos de comunicaciones, no es una verdadera arquitectura, sencillamente recomienda la manera en que deben actuar las distintas capas. NO obstante, la ISO ha recomendado normas para protocolos en cada una de las capas. Estrictamente hablando, estas normas o realizaciones concretas de los protocolos no pertenecen al modelo OSI; de hecho, se han publicado como normas internacionales independientes. El diálogo entre las diferentes capas se realiza a través de interfaces existentes entre ellas. Esta comunicación está perfectamente normalizada en forma de un sistema de llamadas y respuestas que OSI denomina primitivas. De este modo, cada servicio está nominado por un SAP que le identifica unívocamente dentro de cada interface y un conjunto de operaciones primitivas, al servicio de la capa superior, utilizadas para solicitar los servicios a que se tienen acceso desde cada SAP. El modelo de referencia OSI es un modelo teórico. No hay ninguna red que sea OSI al cien por cien. Los fabricantes se ajustan a este modelo en aquello que les interesa.
2.2 Arquitectura SNA SNA Systems Networks Architecture es el nombre de la arquitectura de redes propia de IBM. El Modelo OSI se configuró a partir de SNA, de la que toma el número y funciones aproximadas de sus capas. SNA vino a resolver la complejidad producida por la multitud de productos de comunicaciones de IBM. Una vez que SNA se concretó en un producto d ered, sirvió para resolver la casi totalidad de las situaciones en que fueran necesarias las comunicaciones de computadores en el entorno IBM.
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La historia de la SNA La primera versión de SNA apareció en 1974 y sólo tenía capacidad para gestionar redes centralizadas en forma de árbol con un solo host al que se conectaban sus terminales. La segunda versión es de 1976, en ella se permitían varios hosts con sus respectivos árboles, pudiendo establecer comunicaciones entre ellos. Se fueron añadiendo sucesivas mejoras en 1979 y 1985, año este último en el que se incluyeron el resto de las topologías y cualquier relación entre hosts y otras redes de área local. Organización de la SNA Una red SNA está constituída por un conjunto de máquinas conectables a la red que se denominan nodos. SNA define cuatro tipos de nodos: terminales, controladores, procesadores frontales y los hosts. Cada uno de estos nodos tiene al menos una NAU Network Address Unit, unidad direccionable de red, que es el software por el que un proceso puede utilizar la red. Para entenderlo mejor podríamos decir que una NUA en SNA es equivalente a un SAP en OSI. Para poder utilizar la red, debe conectarse a un proceso directamente a una NAU, a partir de aquí podrá utilizar los recursos de la red. Por tanto, las NAU son los puntos de entrada a la red para los procesos de usuario. Estructura de capas de la SNA Aunque el número de capas en SNA es el mismo que en OSI, no hay una correspondencia exacta entre ellas, difieren especialmente en las capas 3, 4 y 5. En el gráfico podemos apreciar las diferentes capas de la arquitectura SNA y su correspondencia en OSI.
2.3Arquitectura TCP/IP TCP/IP no es una arquitectura OSI, se pueden establecer algunas comparaciones.
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La familia de protocolos TCP/IP, usada en Internet, se desarrolló antes que el modelo OSI. Por tanto los niveles del Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Red no coinciden exactamente con los del modelo OSI. La familia de protocolos TCP/IP está compuesta por cinco niveles: físico, enlace de datos, red, transporte y aplicación. Los priemeros cuatro niveles proporcionan estándares físicos, interfaces de red, conexión entre redes y funciones de transporte que se corresponden con los cuatro primeros niveles del modelo OSI. Sin embargo, los tres modelos superiores del modelo OSI están representados en TCP/IP mediante un único nivel denominado nivel de aplicación.
TCP/IP es un protocolo jerárquico compuesto por módulos interactivos, cada uno de los cuáles proporciona una funcionalidad específica, pero que no son necesariamente interdependientes. Mientras el modelo OSI especifica qué funciones pertenecen a cada uno de sus niveles, los niveles de la familia de protocolos TCP/IP contienen protocolos relativamente independientes que se pueden mezclar y hacer coincidir dependiendo de las necesidades del sistema. El término jerárquico significa que cada protocolo de nivel superior está soportado por uno o más protocolos de nivel inferior. TCP/IP define dos protocolos en el nivel de transporte: Protocolo de Control de Transmisión TCP y Protocolo de Datagramas de usuario UDP. En el nivel de red, el principal protocolo definido por TCP/IP es el protocolo entre redes IP, aunque hay algunos otros protocolos que proporcionan movimiento de datos en este nivel. Protocolo IP
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IP Internet Protocol es el protocolo de nivel de red en ARPANET, el sistema de comunicaciones que tradicionalmente han utilizado los sistemas UNÍS y que nació a principios de los años ochenta. IP es un protocolo sin conexión, por tanto, carece de seguridad en la entrega de paquetes. Cuando una comunicación que utiliza el protocolo IP para transferir los paquetes de datos necesita seguridad, ésta debe ser proporcionada por otro protocolo de capa superior, en nuestro caso el protocolo TCP, que será estudiado más adelante. Los protocolos TCP/IP se relacionan unos con otros. La idea inicial de diseño para IP fue la de confeccionar un protocolo capaz de conducir paquetes a través de distintas redes interconectadas, por tanto, es un protocolo especialmente preparado para que sus paquetes sean encaminados (utilizando routers, que son dispositivos especiales para interconexión de redes) entre las distintas subredes que componen una red global. IP es el protocolo base para las transferencias de datos en Internet.
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ACTIVIDADES 1.
Mencione dos razones para utilizar protocolos en capas
2.
Cuál de las capas OSI maneja cada uno de los siguientes aspectos? a) Dividir en tramas el flujo de bits transmitidos b) Determinar la ruta que se utilizará a través de la subred
3.
Mencione dos similitudes entre los modelos de referencia OSI y TCP/IP. A continuación mencione dos diferencias entre ellos
4.
Cómo se relacionan los niveles de la familia de protocolo TCP/IP con los niveles del modelo OSI?
5.
Identifique cada una de las funciones de las siete capas del modelo OSI
6.
Realice un cuadro comparativo entre los modelos de referencia OSI y otras arquitecturas de redes identificando las capas en el modelo OSI
7.
Dé una lista de las mayores desventajas de la técnica de creación de capas para tratar los protocolos.
8.
Discuta la necesidad o no de una capa de red de OSI en una red de difusión
9.
Dos ejércitos azules están situados en colinas opuestas preparando un ataque a un único ejército rojo en el valle. El ejército rojo puede vencer a cada ejército azul por separado pero fracasará si los dos ejércitos azules atacan juntos. Los ejércitos azules se comunican por medio de un sistema de comunicación inseguro(un soldado loco). Al comandante de un de los ejércitos azules le gustaría atacar al mediodía. Su problema es este: si envía un mensaje ordenando el ataque, no puede estar seguro de que el mensaje consiga llegar. Podría solicitar una confirmación pero ésta tampoco podría regresar. Existe un protocolo que puedan utilizar los dos ejércitos azules para evitar la derrota?
10.
Basándose en los principio de arquitecturas de capas, diseñe una arquitectura con seis capas y de un ejemplo para la misma.
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11.
Utilice un navegador para conectarse a cnn.com. Explique qué capas de la pila de protocolos están involucradas en el envío de noticias vía video.
12.
Utilice un navegador para conectarse a una emisora de radio, por ejemplo, www.rsradio.com o www.cbc.com. Indique las capas de la pila de protocolos que se encuentran involucradas. En qué se diferencian del punto anterior?
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BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ALCALDE, EDUARDO Y JESÚS GARCÍA TOMÁS (1993) . Introducción a la Teleinformática, McGrawHill. GARCÍA, LEÓN Y WIDJAJA ( 2002). Redes de comunicación, McGrawHill. STALLINGS, WILLIAM (2000). Comunicaciones y redes de computadores, Prentice Hall. http://www.cisco.com
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INTRODUCCIÓN Capítulo 3: Tecnologías de Redes
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer los parámetros que intervienen en el diseño de una LAN
Distinguir los principios de funcionamiento de cada una de las tecnologías de redes LAN
Identificar los protocolos usados en redes LAN
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INTRODUCCIÓN Las tecnologías LAN son muy populares hoy en día, y continuarán siéndolo durante el futuro próximo. Su popularidad tiene que ver con el costo de fabricación por cada puerto que con las ventajas prácticas. Hoy existen tecnologías más rápidas y seguras que permiten comunicarse a distancias muchas más grandes, pero ninguna de ellas es más barata que Ethernet. En cualquier caso, Ethernet tiene una historia bastante notable.
3.1 Tecnologías Ethernet Ethernet fue creada originalmente por Bob Metcalfe en 1976, en los famosos laboratorios PARC Palo Alto Research Center de Xerox. Fue diseñada para conectar un PC a una impresora láser. Debido a su larga historia, hay muchas versiones de las tramas Ethernet y muchas especificaciones para las implementaciones del nivel Físico. Si está utilizando Ethernet en un entorno empresarial actual, existen bastantes probabilidades de que se tope con dos o más de los cuatro tipos de trama más comunes. Estos tipos pueden llegar a ser algo confusos, porque las diferentes organizaciones los designan mediante nombres diferentes. Estos formatos de trama son sencillos y proporcionan las siguientes informaciones: • • • • •
Un campo de dirección de destino Un campo de dirección de origen Un mecanismo para identificar el contenido de d e la carga útil Un campo de carga útil, que transporta los datos (por ejemplo, un paquete TCP/IP) Una suma de comprobación Ethernet versión II La primera versión de Ethernet ha sido completamente sustituída por la Versión II y ya no se emplea. La Versión II es la primera especificación que gozó de una amplia aceptación. Comúnmente se la denomina DDIX, un acrónimo formado a partir de las iniciales de las tres empresas que respaldaron el estándar Ethernet: DEC Digital Equipment Corporation, Intel y Xerox. La versión II fue especificada por el consorcio DIX y utiliza el formato de trama especificado.
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# Bytes
7
1
6
6
2
43-1500
4
PREAM
SOF
D.O.
D.D.
LG
DATOS
FCS
Los campos de dirección de origen y de destino contienen la dirección MAC de 6 bytes del transmisor y el receptor, respectivamente. Existen tres tipos de direcciones de destino: • • •
Unidifusión, que identifica un único nodo de la red Difusión, que hace que la trama se envíe a todos los nodos de la red Multidifusión, que hace que la trama se envíe a un grupo de nodos de la red. Una dirección de destino de Unidifusión comienza con el campo OUI, qque ocupa los primeros tres bytes de la dirección MAC. Estos tres bytes son asignados por el IEEE para identificar de manera unívoca a un fabricante de hardware de red. El propio fabricante determina los últimos tres bytes de la dirección MAC. Este esquema permite garantizar que cada tarjeta de interfaz de red NIC del mundo tenga una dirección hardware unívoca. Una dirección de destino de difusión está compuesta sólo por unos binarios. Un nodo de la red puede enviar un paquete de difusión cuando quiera compartir o solicitar información de todos los demás nodos de la red. Una dirección de multidifusión comienza siempre con un uno en el primer byte.. Ethernet IEEE 802.3 y Ethernet 802.2 No solo hay cuatro tipos de tramas, sino que tambien hay varias versiones diferentes de red Ethernet. Estas versiones se denominan, normalmente Ethernet 10 Mbps, Fast Ethernet de 100 Mbps y Gigabit Ethernet de 1000 Mbps. Aunque todas ellas son Ethernet, difieren enormemente en el nivel físico, porque utilizan diferentes esquemas de codificación. Modos de operación de Ethernet Los dos modos principales de operación de Ethernet se denominan dúplex y semidúplex. La diferencia es que una conexión semidúplex permite el tráfico en
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ambas direcciones, pero sólo en una dirección cada vez. Es decir, un nodo puede enviar o recibir, pero no hacer las dos cosas al mismo tiempo. El modo de operación dúplex, por el contrario, puede transmitir y recibir al mismo tiempo, lo que dobla en la práctica la tasa de transmisión. Trama: PREAM (Preámbulo): Patrón alternativo de 1 y 0 que informa a las estaciones de recepción que una trama está por llegar.
SOF (Stara of Frame): es un byte del limitador que termina en dos bits 1 , que sirven para sincronizar las porciones de recepción de tramas de todas las estaciones de la LAN.
D.O: Dirección origen.
D.D: Dirección destino.
L.G: Longitud, me informa el tamaño de los datos en bytes.
FCS (Frame check sequense: detección de errores en la trama)
3.2 FDDI Fiber Distributed Data Interface Es un estándar ANSI que utiliza un método de acceso al anillo basado en el paso de testigo. La topología FADI es, tanto desde el punto de vista lógico como físico, un anillo aunque tambien puede ser físicamente una configuración en estrella. Sin embargo, en lugar de utilizar un único anillo, como en las redes Token Ring de IBM, FDI utiliza dos anillos duales, dispuestos en sentido contrario. El anillo secundario sólo se utiliza en caso de fallo del anillo primario. Ambos anillos operan
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a una velocidad de 100 Mbps, pero se pueden conectar hasta 500 estaciones con toma dual, en una red de 100 km. Dado el gasto que implica la implementación de dos anillos, resulta posible conectar una estación a una red FDDI mediante un único cable. Este tipo de configuración se denomina estación de conexión simple. Segmentando el anillo, pueden combinarse dos anillos, lo que permite conectar hasta 1000 estaciones. En un sistema de paso de testigo, sólo el nodo que tiene el testigo puede transmitir datos hacia la red. Cuando una estación conectada a la red FDDI quiere transmitir, espera hasta que le llega el testigo. Cuando lo recibe, elimina el testigo del anillo, deteniendo el proceso de paso de testigo. Cuando se inserta una estación en el anillo, la estación negocia la cantidad de acceso de red de que podrá disfrutar. FDDI utiliza direcciones MAC y el subnivel LLC de IEEE 802.2 al igual que Ethernet y Token Ring. Una diferencia es que en la especificación de las direcciones MAC se incluyen dos bits reservados. Una de las características de FDDI es que en estas redes se transmiten los bytes en un orden diferente al que se utiliza en Ethernet. Específicamente, FDDI y Token Ring transmiten los bits que componen un byte en el orden en que aparecen, mientras que Ethernet invierte los bits, enviando en primer lugar el bit situado más a la derecha. Esto puede causar problemas serios cuando se trate de enviar tramas a través de un puente que conecte una red FDDI y una red Ethernet, porque las direcciones MAC estarán invertidas. Otra distinción importante es que una trama FDDI puede contener hasta 4500 bytes de datos. Esto hace que FDDI pueda ser mucho más eficiente que Ethernet aunque tambien puede hacer que aparezca un retardo significativo mientras que las otras estaciones espera a que esta trama sea procesada. Y, por tanto, si se envía una trama FDDI a través de un puente hacia una red Ethernet, cuyo tamaño máximo es de 1500 bytes de datos, la fragmentación de la trama puede constituir un problema. Las redes basadas en paso de testigo, incluyendo FDDI y Token Ring, utilizan un monitor del anillo, para realizar funciones de gestión en el anillo. Sin embargo, FDDI difiere de Token Ring en que en FDDI se distribuye el papel de monitor del anillo entre una serie de dispositivos, mientras que en las redes Token Ring se designa a un único nodo como monitor activo. 3.3 DQDB IEEE 802.6
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Bus dual de cola distribuída DQDB. Se diseñó para ser utilizado en MAN. DQDB utiliza una configuración de bus dual: cada dispositivo en el sistema se conecta a dos enlaces troncales. El acceso a estos enlaces no se obtiene medianbte conexión o paso de testigo, sino mediante un mecanismo denominado de colas distribuídas. El bus dual de cola distribuída DQDB utiliza dos buses unidireccionales. Los buses viajan en direcciones contrarias. La transmisión de datos en DQDB ttiene lugar a través de la captura de una ranura vacía y la inserción de datos en ella. Una estación puede transmitir datos sólo en la dirección con flujo descendente. La reserva de una ranura se realiza en el otro bus. Mediante el empleo de colas FIFO cada estación tiene la misma posibilidad de enviar sus datos. DQDB opera en el nivel físico y en el subnivel MAC. DQDB tambien puede implementarse como una topología en anillo. En el subnivel MAC, se añade una cabecera de 5 bytes a una carga de 48 bytes. En el nivel físico, los protocolos definen los dispositivos electrónicos, el medio y las velocidades de transmisión. Es ideal para la transmisión de televisión por cable en áreas de hasta 50 km de diámetro.
3.4 SMDS Es servicio para manejar comunicaciones de alta velocidad en redes de área metropolitana. Fue desarrollado para dar soporte a organizaciones que necesitan intercambiar datos entre redes de área local situadas en diferentes partes de una ciudad o un campus grande. Antes de la introducción de SMDS, estos
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intercambios de datos normalmente eran difíciles. Una opción era suscribirse al servcio de una compañía telefónica como líneas alquiladas. Estas soluciones aunque eran adecuadas, eran costosas. SMDS es un servicio basado en conmutación de paquetes que emplea datagramas para redes de área metropolitana de alta velocidad. SSMDS es un servicio conmutado en el que los abonados sólo pagan por el tiempo que emplean el servicio. Las redes de área local de los abonados se enlazan a una red SMDS a través de encaminadores que se conectan a conmutadores que utilizan la arquitectura DQDB. DQDB está coordinado a través de un protocolo de interfaz SMDS SIP. El protocolo SIP define tres niveles: nivel físico, nivel dos o MAC del protocolo DQDB y nivel 3 del protocolo DQDB Características •
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SMDS puede verse como una red troncal a la que se conectan varias LAN de la misma organización SMDS se puede utilizar para crear una conexión entre varias LAN que pertenecen a organizaciones diferentes. Aunque se utiliza mayoritariamente como una MAN, SMDS tambien se puede emplear como un WAM SMDS ees una red de conmutación de paquetes; la misma red está disponible a todos los usuarios. Los abonados sólo pagan cuando utilizan la red. Debido a que la carga del usuario puede ser de hasta 9188 bytes, SMDS puede recibir y encapsular tramas de todas las LAN. La tasa de datos puede variar desde 1544 Mbps hasta 155 Mbps Cada usuario tiene asignada una tasa de datos media. La tasa de datos instantánea puede variar siempre que la media esté por debajo de la tasa de datos asignada a un cliente concreto. Esto significa que la transmisión de datos puede ser a ráfagas. Debido a que el sistema de direccionamiento es un número de teléfonos, no hay necesidad de asignar un nuevo sistema de direccionamiento a cada usuario. Es posible la multidifusión; un usuario puede enviar datos que pueden ser recibidos por varios usuarios.
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3.5 Protocolo Punto a Punto PPP PP. Protocolo punto a punto es un elemento muy importante del puzzle de las conexiones en red. Fue diseñado originalmente para encapsular IP en enlaces serie punto a punto, PPP soporta ahora muchos otros protocolos, como por ejemplo IPX de Novell y DECnet de DEC. Tambien tiene una multitud de opciones y funcionalidades, incluyendo gestión de direcciones IP, autenticación, multiplexación y otras funciones de gestión, tales como configuración, pruebas, detección de redes, etc. Se utiliza comúnmente en las computadoras dotadas de módem, para acceder telefónicamente a Internet o a una red corporativa. Tambien se utiliza comúnmente en las redes de área extensa empresariales para enlaces a velocidades comprendidas entre 56 K y T1 (1.544 Mbps) PPP está compuesto de de un protocolo de control de enlace de datos de alto nivel (HDLC, High Level Data Link Control), un protocolo de control de enlace (LCP, Link Control Protocol) y un conjunto de protocolos denominados protocolos de control de red NCP (Network Control Protocol). HDLC se utiliza para encapsular datagramas a través de enlaces serie. LCP establece, configura y prueba la conexión de red de enlace de datos. El protocolo NCP se emplea para establecer y configurar uno o más protocolos de nivel de red. PPP opera entre un equipo terminal de datos DTE y un equipo de comunicación de datos DCE. El enlace entre estos dispositivos debe ser dúplex, y puede operar en modo síncrono o asíncrono. La bandera marca el inicio de la trama. Siempre tiene el valor 011111110 en binario. El campo de direcciones es siempre 11111111, que es una dirección de difusión, porque PPP no deine direcciones de estación. El campo de control es siempre 00000011, lo que indica un servicio de enlace sin conexión, similar a LLC1. El campo de datos, por supuesto, contiene el datagrama, que tiene teóricamente un máximo de 1500 bytes, pero puede cambiarse en algunas circunstacias. La secuencia de control de trama FCS Frame Check Séquense, es un valor de 16 o 32 bits que se utiliza para detectrar erroes en la trama. Funciona igual que los campos FCS de casi todos los otros protocolos de enlace de datos.
3.6 RDSI Red Digital de Servicios Integrados
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RDSI Red digital de Servicios Integrados, tambien llamada ISDN, es un conjunto de estándares ITU-T para la transmisión de datos digitales, principalmente a través de líneas telefónicas estándar de cobre. Los servicios de RDSI son fundamentalmente el proporcionar una capacidad de interoperatividad en red que permita a los usuarios acceder fácilmente, integrar y compartir información de todo tipo: voz, datos, texto, imagen y video, con independencia de las fronteras geográficas, organizativas y tecnológicas. La RDSI, así pues, es una consecuencia evidente de la convergencia de la informática y las telecomunicaciones. Las características de la RDSI son: • •
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Una red digital extremo a extremo Una arquitectura estándar internacional definida en las recomendaciones del CCITT y de la ISO. Proporciona múltiples servicios: voz, imagen, texto, datos. La velocidad básica del canal es de 64 Kbps Dispone de múltiples canales dúplex de información (canal B, canal portador o bearer channel) Dispone de un canal común de señalización (canal D, canal delta) El CCITT define RDSI de la siguiente manera: una red evolucionada de la red de telefonía integrada digital, que proporciona una conectividad digital extremo a extremo para dar soporte a una amplia gama de servicios, a los cuales los usuarios tienen acceso a través de un conjunto limitado de interfaces estándar multipropósito. El concepto de extremo a extremo significa que RDSI es una tecnología diseñada para digitalizar hasta el último metro, es decir, llevar la red digital hasta el abonado, fábrica u oficina. Servicios RDSI El potencial de aplicaciones proporcionados por la RDSI es muy amplio: Telemarketing con imagen de los productos ofertados, interconexión de supercomputadoras, red dorsal integrada para interconexión de redes de área local, transmisión de radiografías, aplicaciones financieras, información turística, multimedia, etc., en todos estos casos, la RDSI proporciona, además de la posibilidad de integración, una notable reducción en el tiempo de conexión.
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El CCITT define los servicios en tres categorías: portadores, teleservicios y suplementarios. Es necesario señalar que, debido a los procesos de liberalización que se están produciendo, las fronteras entre as categorías de servicios se están desplazando muy rápidamente. Concretamente, los servicios de conmutación de datos, tanto de paquetes como de circuitos parecen como servicios portadores en las primeras clasificaciones del CCITT. En la actualidad, sin embargo, la situación se ha modificado. Servicios portadores: son los que proporcionan la capacidad necesaria para la transmisión de señales entre untos de terminación de red definidos, entre ellos podemos citar la telefonía digital y la transmisión digital de datos. Los teleservicios: comprenden servicios de valor añadido como el correo electrónico, el facsímil, el videotex, etc. Sería muy práctico, desde luego, disponer de un servicio de facsímil que operarse a 64 kpbs, a un precio razonable. Los servicios suplementarios: amplían bien los servicios portadores o bien los teleservicios. Por definición, los servicios suplementarios se ofrecen como complemento a los anteriores, no independientemente. Comprenden funciones tales como llamada abreviada, identificación de llamada entrante, conferencia entre varios usuarios, etc. RDSI tene dos niveles de servicio: BRI Basic Rate Interface, acceso básico y PRI Primary Rate Interface, acceso primario. Estos servicios utilizan dos tipos de canales: canales B y canales D Los canales B proporcionan 64 kbps y se utilizan para transportar voz o datos. En el acceso básico hay dos canales B y un canal D, el cual tiene 16 kbps. El canal D se utiliza para transportar información de control y de señalización. En el acceso primario (PRI) hay 23 canales B de 64 kbps cada uno y un canal D de 64 kbps. RDSI se implementa mediante una compleja serie de dispositivos. Los dispositivos se conectan mediante interfaces denominadas puntos de referencia.
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3.7 Protocolos orientados a la conexión La red puede ofrecernos una serie de servicios basados en la idea de conexión. El concepto de conexión está muy ligado al de reserva. Si un usuario en A quiere comunicarse con otro en Edebe tener abierta previamente una conexión. En el nivel de red, esto supone haber encontrado un camino entre A y E, y haber reservado en todos los nodos intermedios una serie de recursos (espacio de almacenamiento intermedio, espacio de tablas de encaminamiento). Realizada esta reserva, la conexión se da por abierta. Entonces A puede enviar datos a E y esos datos utilizarán el camino y los recursos reservados. Una vez que el diálogo termina, la conexión debe cerrarse y se liberan los recursos asignados (a menudo se habla de liberar una conexión), con lo que pueden pasar a ser utilizados para ser utilizados para otras conexiones. Si cuando se intenta abrir una conexión no hay recursos disponibles, ésta no se abre y no podrá haber intercambio de datos. Como símil a esta clase e servicio podemos encontrar el sistema telefónico: tras levantar el auricular y marcar un número esperamos a que se establezca la comunicación con nuestro interlocutor. Los sistemas de la compañía telefónica reservan para nuestra llamada una serie de circuitos que conectan nuestro aparato con el remoto. En el caso de que las líneas estén saturadas (esto es, que no haya recursos disponibles para nuestra llamada), no tendremos conexión y no podremos hablar. Una red de estas características nos ofrece primitivas de servicio al menos para: • • •
Establecer una conexión Intercambiar datos por esa conexión Liberar la conexión
3.8 Protocolos no orientados a la conexión En esta clase de protocolos sólo se dispone de servicios para nviar datos de un extremo a otro: se entrega a la red un paquete de datos, indicpandole su destinatario, y ésta hará todo lo posible para entregarlo en su destino, buscándole un camino apropiado. No existe una ruta fijada a priori, por lo que dos paquetes enviados desde el mismo remitente al mismo destinatario pueden seguir diferente camino, pueden llegar en un orden distinto a aquel en el que fueron emitidos e incluso es posible que alguno de ellos no llegue a destino porque en el camino se ha encontrado con algún tipo e falta de recursos y ha sido eliminado.
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En esta clase de redes el nivel de transporte tiene mucho más trabajo que realizar, ya que debe asegurar fiabilidad utilizando los servicios de una red no fiable. Puesto que no existe la idea de conexión, no hay primitivas para apertura cierre de conexiones: sólo para enviar recibir datos. Un símil a esta clase de servicio lo podemos encontrar en el servicio postal. Se envía una carta con la identificación de su destinatario y se confía en Correos para que la lleve a su destino y la entregue. Si ponemos al día siguiente otra carta en el mismo buzón para el mismo destinatario, correos no nos garantiza que la segunda carta llegue después que la primera; ni siquiera nos asegura que lleguen. A menudo se conoce esta clase de servicio como servicio de datagramas, ya que es común llamar datagrama a un paquete de datos con su dirección de destino enviado por una red sin conexión.
3.9 SONET Synchronous Optical Network SONET Red óptica síncrona, es un conjunto de estándares que definen las velocidades y formatos para redes ópticas especificado en ANSI. El formato de trama usado por SONET es STM Synchonous Transport Module, módulo de transporte síncrono. STM-1 es la señal de nivel base, que es de 155 Mbps y está transportada mediante una señal OC-3. Decimos que este sistema es jerárquico porque se pueden multiplexar entre sí varios niveles de señal pequeños para formar otros más grandes. Una trama STS-1 tiene nueve filas de 90 bytes. Los primeros tres bytes de cada fila son bytes de control que contienen bits de tramado. La información de control de línea se transmite dentro e la carga útil en una posición variable que está determinada por el puntero contenido en la información de control. Una trama STS-1 se transmite 125 microsegundos, lo que equivales a 8000 tramas por segundo. Existen otros niveles de orden superior como STS-3, que está compuesto por ocho filas de 270 bytes, con nueve bytes de información, con nueve bytes de información de control por cada fila. SONET se utiliza principalmente en redes de área metropolitana MAN, donde el operador telefónico tiende cables de fibra óptica para formar una serie de bucles alrededor de una ciudad. Una de las ventajas importantes de SONET es su redundancia inherente,
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muy similar a la de FDDI. Utilizando una arquitectura dual contrapuesta para los dos anillos, el anillo puede compensar de forma inmediata la ruptura de un enlace de fibra o el fallo de un único equipo.
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ACTIVIDADES
1.
Ethernet y las redes inalámbricas tienen algunas similitudes y diferencias. Una propiedad de Ethernet es que sólo se puede transmitir una trama a la vez sobre una red de este tipo. El 802.11 comparte esta propiedad con Ethernet? Comente su respuesta.
2.
Las redes inalámbricas son fáciles de instalar, y ello las hace muy económicas puesto que los costos de instalación eclipsan por mucho los costos del equipo. NO obstante, también tienen algunas desventajas. Mencione dos de ellas.
3.
Defina y explique el nivel de enlace de datos en el proyecto 802 del IEEE. Por qué se ha dividido este nivel en varios subniveles?
4. 5.
6.
Qué es una colisión? Cuáles son las ventajas de FDDI sobre una red en anillo con paso de testigo básica? Qué tipos de medios de transmisión usan las LAN?
7.
Por qué deben haber menos colisiones en una red Ethernet conmutada comparada con una red Ethernet tradicional?
8.
Compare las tasas de transmisión de datos para Ethernet tradicional, Fast Ethernet y Gigabit Ethernet
9.
Por qué es la distancia máxima entre el conmutador o el concentrador y una estación mayor para 100Base-FX que para 100Base-TX?
10.
Describa cada uno de los estados de una conexión PPP
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11.
Compare las tres categorías de servicios ofrecidos en RDSI
12.
Cuáles son los protocolos de enlace de datos usados en RDSI
13.
Qué es un equipo TE y un TA en RDSI?
14.
Cuál es el porcentaje de costos fijos de la estructura del canal básico?
15.
Podría parecer que las capas de la 4 a la 7 del modelo OSI están poco afectadas por RDSI? Es este un resultado esperado? Por qué sí o por qué no?
16.
Investigue con un proveedor de servicios que ofrezca tecnologías con SDH
17.
Investigue qué longitud tiene una dirección hardware Ethernet
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El rincón del erudito
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BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ALCALDE, EDUARDO Y JESÚS GARCÍA TOMÁS (1993) . Introducción a la Teleinformática, McGrawHill. GARCÍA, LEÓN Y WIDJAJA ( 2002). Redes de comunicación, McGrawHill. STALLINGS, WILLIAM (2000). Comunicaciones y redes de computadores, Prentice Hall. http://www.cisco.com
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UNIDAD
2
CAPA DE RED Capítulo 1: Conceptos de Interconexión de redes
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer los principios de la interconexión entre redes
Distinguir los diferentes protocolos de enrutamiento
Identificar el funcionamiento de dispositivos de interconexión entre redes
Estudiar conceptos relativos a las funciones de la capa de red
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INTRODUCCIÓN El nivel de red es dependiente de la tecnología con la que la red está construída. No es lo mismo un nivel de red en una red pública basada en el estándar X.25 que uno que trabaja sobre una red de tipo local Ethernet. Los tiempos de transmisión son distintos, en el primer caso existen nodos intermedios y en el segundo no, etc. Tampoco es lo mismo una red homogénea que una red formada por varias redes interconectadas. Aunque el nivel de red ofrece al nivel de transporte una serie de servicios que permiten comunicación extremo a extremo, no existe un grupo de servicios de red único, sino dos distintos e incompatibles. En este capítulo se presentan los conceptos básicos que se usan para comprender la forma cómo funciona la capa de red así como sus componentes y protocolos más usados.
2.1
Características del nivel de red La capa de red se encarga de llevar los paquetes desde el origen hasta el destino. Llegar al destino puede requerir muchos saltos por enrutadores intermedios. Esta función ciertamente contrasta con la de la capa de enlace de datos, que tiene la meta de mover tramas de un extremo del cable al otro. Por lo tanto, la capa de red es la capa más baja que maneja la transmisión de extremo a extremo. Para lograr su cometido, la capa de red debe conocer la topología de la subred de comunicación (es decir, el grupo de enrutadores) y elegir las rutas adecuadas a través de ella; tambien debe tener cuidado al escoger las rutas para no sobrecargar algunas de las líneas de comunicación y los enrutadores y dejar inactivos a otros. Por último, cuando el origen y el destino están en redes diferentes, ocurren nuevos problemas. La capa de red es la encargada de solucionarlos. Esta capa facilita los medios para la transferencia de información entre sistemas terminales a través de la red de comunicación. Las capas superiores no tienen
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conocimiento sobre la transmisión de datos subyacente y las tecnologías usadas para conectar los sistemas.
2.2 Términos y conceptos clave Se consideran aspectos de diseño como los que se mencionan a continuación: • • • • •
Conmutación de paquetes de almacenamiento y reenvío Servicios proporcionados a la capa de transporte Implementación del servicio no orientado a la conexión Implementación del servicio orientado a la conexión Comparación entre las subredes de circuitos virtuales y las de datagramas Servicios de red orientado a conexión La red puede ofrecernos una serie de servicios basados en el concepto de conexión. Este concepto está muy ligado al de reserva. Si un usuario A quiere comunicarse con otro E, debe tener abierta previamente una conexión. En el nivel de red esto supone haber encontrado un camino entre A y E, y haber reservado en todos los nodos intermedios una serie de recursos (espacio de almacenamiento intermedio, espacio en tablas de encaminamiento). Realizada esta reserva, la conexión se da por abierta. Entonces A puede enviar datos a E y esos datos utilizarán el camino y los recursos reservados. Una vez que el diálogo termina, la conexión debe cerrarse y se liberan los recursos asignados (a menudo se habla de liberar una conexión), con lo que pueden pasar a ser utilizados para otras conexiones. Si cuando se intenta abrir una conexión no hay recursos disponibles, ésta no se abre y no podrá haber intercambio de datos. Análogo a esta clase de servicio podemos encontrar el sistema telefónico: tras levantar el auricular y marcar un número, esperamos a que se establezca la comunicación con el interlocutor. Los sistemas de la compañía telefónica reservan para la llamada una serie de circuitos que conectan el aparato con el remoto. En el caso de que las líneas estén saturadas (no hay recursos disponibles para la llamada), no tendremos conexión y no se podrá hablar. Una red de estas características ofrece primitivas de servicio al menos para:
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Establecer una conexión Intercambiar datos por esa conexión Liberar la conexión Servicios de red orientado sin conexión En esta clase de redes sólo se dispone de servicios para enviar datos de un extremo a otro: se entrega a la red un paquete de datos, indicándole su destinatario, y ésta hará todo los posible para entregarlo a su destino, buscándole un camino apropiado. No existe una ruta fijada previamente, por lo que dos paquetes enviados desde el mismo remitente al mismo destinatario pueden seguir diferente camino, pueden llegar en un orden diferente a aquel en el que fueron emitidos e incluso es posible que algunos de ellos no llegue a destino porque en el camino se ha encontrado con algún tipo de falta de recursos y ha sido eliminado. En este tipo de servicios no existe la idea de conexión y no hay primitivas para apertura o cierre de conexiones: sólo para enviar y recibir datos. Un símil a esta clase de servicio lo podemos encontrar en el servicio postal. Se envía una carta con la identificación de su destinatario y se confía en el sistema de correo para que la lleve a su destino y la entregue. Si ponemos al día siguiente otra carta en el mismo buzón para el mismo destinatario, el sistema de correo no nos garantiza que la segunda carta llegue después que la primera; ni siquiera nos asegura que lleguen. A menudo se conoce a esta clase de servicio como servicio de datagramas, ya ue es común llamar datagrama a un paquete de datos con su dirección de destino enviado por una red sin conexión. Direccionamiento
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El nivel de red es el responsable de ofrecer capacidad de comunicación entre sistemas finales, haciendo invisible para sus usuarios la existencia de sistemas intermedios. También se encarga de buscar caminos para los paquetes, atravesando sistemas (e incluso redes) para conseguir que alcancen su destino. Tambien ofrece mecanismos para identificar los sistemas finales de una red, asignando a cada sistema final una dirección única en la red. Sin embargo, el intercambio de datos se produce entre procesos de aplicación en los dos sistemas finales y en cada sistema final pueden residir varios de estos procesos. Así el hecho de tener identificados los sistemas no resulta suficiente. Hay que añadir a la dirección de un nodo más información, hasta conseguir identificar los procesos de aplicación residentes en ese nodo. Dentro del modelo OSI existe la posibilidad de asignar direcciones a todas las entidades que participan en la comunicación. La información necesaria se construye de forma jerárquica. Cada entidad de transporte accede a los servicios de red a través de un NSAP distinto (punto de acceso al servicio del nivel de red). Tiene asignada una dirección de red formada por:
Una identificación del sistema final en el que reside y Un selector de red que sirve para identificar uno de entre los distintos NSAPs de una misma entidad de red. Cada entidad de sesión accede a los servicios de transporte a través de un TSAP. Su dirección de transporte consta de:
Una dirección de red y Un selector de transporte que sirve para identificar el TSAP concreto (punto de acceso al servicio del nivel de transporte) Así podemos ir nivel a nivel. La dirección final de un proceso de usuario (una dirección de presentación) contienen tantos campos como niveles y algunos de ellos pueden estar vacíos.
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Direccionamiento en Internet El esquema de direccionamiento seguido en Internet es similar al de OSI, aunque con distinta nomenclatura. El nivel IP asigna a cada máquina una dirección IP única en la Internet, formada por cuatro bytes y que se suele representar de forma “aaa.bbb.ccc.ddd”, donde cada grupo de letras separado por un “.” Representa un valor decimal entre 0 y 255 correspondiente a cada uno de los cuatro bytes. Una dirección IP identifica de forma única una estación en Internet
2.3. Principios de interconexión entre redes Una WAN es una red de comunicación de datos que tiene una cobertura geográfica relativamente grande y suele utilizar las instalaciones de transmisión que ofrecen compañías portadoras de servicios como las telefónicas. Las tecnologías WAN operan en las tres capas inferiores del modelo de referencia OSI: capa física, capa de enlace de datos y capa de red. Enlaces Punto a Punto Un enlace punto a punto proporciona una sola trayectoria de comunicaciones preestablecida desde las instalaciones del cliente, a través de una red de transporte como una compañía telefónica, hasta una red remota. A los enlaces punto a punto se les conoce como líneas privadas, puesto que su trayectoria establecida es permanente y fija para cada red remota a la que se llegue a través de las facilidades de larga distancia. La compañía de larga distancia reserva varios enlaces punto a punto para uso exclusivo del cliente. Estos enlaces proporcionan dos tipos de transmisiones: transmisiones de datagramas, que están compuestas de tramas direccionadas de manera individual y transmisiones de ráfagas de datos, que están compuestas de una ráfaga de datos para la que la verificación de direcciones se presenta sólo una vez.
Circuitos Virtuales WAN
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Un circuito virtual es un circuito lógico creado para asegurar una comunicación confiable entre dos dispositivos de red. Hay dos tipos de circuitos virtuales: SVCs Circuitos Virtuales Conmutados y PVCs Circuitos Virtuales Permanentes. Los SVC son circuitos virtuales que se establecen dinámicamente por demanda, se terminan al finalizar la transmisión. Tiene tres fases: el establecimiento del circuito, la transferencia de datos y la terminación del circuito. Se utiliza en situaciones donde la transmisión de datos entre los dispositivos es esporádica. Un PVC es un circuito virtual que se establece de manera permanente y consta de un solo modo: transferencia de datos. Los PVC se usan en situaciones donde la transferencia de datos entre los dispositivos es constante. Qué es el ruteo? Es la transferencia de información a través de una red desde un origen hasta un destino. La función más importante en una red de conmutación de paquetes es aceptar paquetes procedentes de una estación emisora hasta una estación receptora. Para lograr esto es necesario determinar una ruta o camino a través de la red siendo posible a través de diversos caminos. De esta forma se debe entonces realizar una función de enrutamiento o encaminamiento. Los requisitos para lograr esta función son: Exactitud
Imparcialidad
Simplicidad
Optimización
Robustez
Eficiencia
Estabilidad
Las dos primeras características se explican por sí mismas. La robustez se refiere a la habilidad de la red para enviar paquetes de alguna forma ante la aparición de fallas localizadas y sobrecargas, ésta puede implicar cierta inestabilidad.
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La imparcialidad se refiere al hecho de que el encaminamiento debe de ser óptimo. Finalmente una técnica de encaminamiento implica cierto costo de procesamiento en cada nodo y en ocasiones tambien un costo en la transmisión, impidiéndose en ambos casos el funcionamiento eficiente de la red. Este costo debe ser inferior a los beneficios obtenidos por el uso de una métrica razonable tal como la mejora de la robustez o la imparcialidad. Componentes del ruteo La función de ruteo está formada por dos actividades básicas: la determinación de las trayectorias óptimas de ruteo y el transporte de grupos de información (paquetes) a través de una red, lo cual es conocido como conmutación. Determinación de la trayectoria Una métrica es un estándar de medición, por ejemplo la longitud de la trayectoria, que los algoritmos de ruteo utilizan para determinar la trayectoria óptima hacia un destino. Para facilitar el proceso de la determinación de la trayectoria, los algoritmos de ruteo inicializan y conservan tablas de ruteo, que contienen información acerca de todas las rutas. Esta información varía dependiendo del algoritmo de enrutamiento que se utilice. Los algoritmos de enrutamiento alimentan las tablas de enrutamiento con una gran variedad de información. La dupla de salto destino próximo, informan al enrutador que se puede llegar a un destino particular de manera óptima enviando el paquete a un enrutador particular que represente el próximo salto en el camino a su destino final. Cuando un enrutador recibe un paquete entrante, verifica la dirección de destino e intenta asociar esta dirección con el siguiente salto. Las tablas de enrutamiento tambien pueden contener otra información como datos acerca de la conveniencia de una trayectoria. Los enrutadores comparan medidas para determinar las rutas óptimas y estas medidas difieren en función del diseño del algoritmo de enrutamiento que se utilice. Los enrutadore se comunican entre sí y conservan sus tablas de enrutamiento a través del envío de una gran variedad de mensajes. El mensaje de actualización de enrutamiento es uno de ellos, que en general está formado por una tabla completa de enrutamiento o una porción de la misma. Al analizar las actualizaciones del enrutamiento de dtos los demás enrutadores, unenrutador
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puede hacerse una idea detallada de la topología de la red. Un anuncio del estado del enlace, otro ejemplo de mensaje enviado entre enrutadores, informa a los demás enrutadores acerca del estado de los enlaces del emisor. Los enrutadores también pueden utilizar la información sobre los enlaces para hacerse una idea completa de la topolgía de la red, lo que les permite determinar las rutas óptimas hacia los detinos de la red. Conmutación Los algoritmos de conmutación son relativamente simples y, básicamente, los mismos para la mayoría de los protocolos de enrutamiento. En la mayoría de los casos, un host decide que se debe enviar un paquete a otro host.. Cuando de alguna forma ha conseguido la dirección del enrutador, el host origen envía un paquete direccionado específicamente hacia una dirección física MAC (Capa de control de acceso al medio) de un enrutador, esta vez con la dirección de protocolo del host destino. Conforme examina la dirección del protocolo de destino del paquete, el enrutador determina si sabe o no cómo direccionar el paquete hacie el siguiente salto. Si el enrutador no sabe cómo direccionar el paquete, normalmente lo elimina. Si sabe cómo direccionar el paquete, cambia la dirección física de destino a la correspondiente del salto siguiente y transmite el paquete. El salto siguiente puede ser el último host destino. Si no es así, el salto siguiente suele ser otro enrutador que ejecuta el mismo proceso de decisión en cuanto al a conmutación. A medida que el paquete viaja a través de la red, su dirección física cambia, pero su dirección de protocolo se mantiene constante. Algoritmos de enrutamiento Los algoritmos de enrutamiento se pueden diferenciar a partir de determinadas características fundamentales. Los objetivos particulares del diseñador del algoritmo afectan la operación del protocolo de enrutamiento resultante. Hay diferentes tipos de algoritmos de enrutamiento y cada uno de ellos tiene un impacto diferente en los recursos de la red y del enrutador. Por último, los algoritmos de enrutamiento utilizan una gran variedad de medidas que afectan el cálculo de las rutas óptimas. Tipos de algoritmos:
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Los algoritmos de enrutamiento se pueden clasificar por tipo. Diferencias fundamentales: Estáticos versus dinámicos Una sola trayectoria versus multitrayectoria Planos versus jerárquicos Basados en estado de enlaces versus vector de distancia Estáticos versus dinámicos Los algoritmos de esta tipo no se pueden considerar verdaderos algoritmos, sino que son mapeos d etablas que el administrador de la red establece antes de empezar el enrutamiento. Estos mapeos no varían a menos que el administrador de la red las cambie. Los algoritmos que utilizan rutas estáticas son de fácil diseño y funcionan bien en entornos donde el tráfico en la red es hasta cierto punto predecible y el diseño del a red es relativamente simple. Los algoritmos de enrutamiento dinámico se pueden complementar con rutas estáticas cuando sea conveniente. Una sola trayectoria versus multitrayectoria Algunos protocolos sofisticados de enrutamiento soportan múltiples trayectorias hacie el mismo destino. A diferencia de los algoritmos de una sola trayectoria, estos algoritmos permiten el multiplexaje del tráfico a través de múltiples líneas. Las ventajas de los algoritmos de multitrayectoria son evidentes: proporcionan confiabilidad y rendimiento eficiente total sustancialmente mejores. Planos versus jerárquicos En un sistema que usa enrutamiento plano, todos los enrutadores son equivalentes entre sí. En un sistema de enrutamiento jerárquico, algunos enrutadores forman lo que constituye una troncal de enrutamiento. Los paquetes de los enrutadores que no pertenecen a la troncal viajan hacia los enrutadores de la troncal, a donde son enviados a través de la troncal hasta que alcanzan el área general del destino. En este punto, viajan desde el último enrutador d ela troncal a
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través de uno o más enrutadores que no pertenecen a la troncal hacia el destino final. Los sistemas de enrutamiento suelen designar grupos lógicos de nodos, llamados dominios, sistemas autónomos y áreas. En los sistemas jerárquicos, algunos enrutadores pertenecientes a un dominio se pueden comunicar con enrutadores de otros dominios, en tanto que otros más sólo se pueden comunicar con enrutadores pertencecientes a su dominio. En redes muy grandes puede haber niveles jerárquicos adicionales, donde los enrutadores del nivel jerárquico más alto forman la troncal de enrutamiento. Su ventaja radica en que imita a la organización de la mayor parte de las compañías y por tanto soporta muy bien sus patrones de tráfico. La mayor parte de la comunicación de red se da en pequeños grupos dentro de la compañía (dominios). Basados en estado de enlaces versus vector de distancia Los algoritmos basados en estado de enlaces distribuyen la información de enrutamiento a todos los nodos en la red. Sin embargo, cada enrutador envía solamente la porción de la tabla de enrutamiento que describe el estado de sus propios enlaces. Los algoritmos basados en vector de distancia promueven que cada enrutador envíe toda o sólo una parte de su tabla de enrutamiento a sus vecinos. En esencia, los algoritmos basados en estado de enlaces envían pequeñas actualizaciones a todos lados, en tanto que los algoritmos basados en vector de distancia envían actualizaciones más grandes pero sólo a los enrutadores vecinos. Como convergen más rápido, los algoritmos basados en estado de enlaces son de alguna forma menos susceptibles a los ciclos de enrutamiento que los algoritmos basados en vector distancia. Los algoritmos basados en estado de enlace requieren más potencia de CPU y memoria que los algoritmos basados en vector distancia; por lo tanto los algoritmos basados en estado de enlaces pueden ser más caros de implementear y soportar. A pesar de sus diferencias, sin embargo, ambos tipos de algoritmos tienen un buen desempeño en casi cualquier circunstancia. Métricas de enrutamiento Las tablas de enrutamiento contienen información que es utilizada por el software de conmutación para seleccionar la mejor ruta. Pero cómo se construyen, específicamente, las tablas de enrutamiento? Cuál es la naturaleza específica de
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la información que contienen? Cómo determinan los algoritmos de enrutamiento que una ruta es mejor que las otras? Los algoritmos de enrutamiento han utilizado muchas y diferentes métricas para determinar cuál es la mejor ruta. Los algoritmos sofisticados de enrutamiento pueden basar la selección de rutas en múltiples medidas al combinarlas en una sola métrica híbrida. Se usan las siguientes métricas:
Longitud de la trayectoria Confiabilidad Retardo Ancho de banda Carga Costos de comunicación
2.4. Dispositivos de la capa de Red Los Enrutadores La interconexión de redes es simplemente enlazar máquinas y personas a través de un laberinto de líneas de telecomunicaciones intermediarias y de dispositivos de computación. Los enrutadores son dispositivos hardware capaces de ejecutar tareas específicas. Tienen acceso a las direcciones del nivel de red y contienen software que permite determinar cuál de los posibles caminos entre esas direcciones es el mejor para una transmisión determinada. Los enrutadores actúan en el nivel físico, de enlace de datos y de red del modelo OSI. Estos retransmiten los paquetes entre múltiples redes interconectadas. Enrutan paquetes de una red a cualquiera de las posibles redes de destino o a una internet. El enrutador es la estructura básica de las redes. De hecho, sin el enrutador, Internet, tal como lo conocemos, no podría siquiera existir. Características de los enrutadores
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Los enrutadores pueden soportar simultáneamente diferentes protocolos como Ethernet, Token Ring, RDSI, otros. Haciendo de forma efectiva virtualmente compatibles a todos los equipos en la capa de red.
Los enrutadores conectan a la perfección redes de área local LAN a redes de área extensa WAN, lo que posiblita la creación de redes a gran escala con una mínima planificación centralizada.
Filtran al exterior el tráfico no deseado aislando áreas en las que los mensajes se pueden difundir a todos los usuarios de una red.
Actúan como puertas de seguridad comprobando el tráfico mediante listas de permisos de acceso.
Aseguran fiabilidad, ofreciendo múltiples trayectorias a través de las redes. Aprenden automáticamente nuevas trayectorias y seleccionan las mejores, eliminando restricciones artificiales para expandir y mejorar las redes. Gracias a los enrutadores se hace posible la existencia de redes ofreciendo un entorno unificado y seguro en el que pueden conectarse grandes grupos de personas. La capacidad de los enrutadores para soportar de forma simultánea diferentes protocolos es quizá su característica más importante, ya que esta posibilidad permite a los equipos, que de otra forma serían incompatibles, hablar uno con otro sin que afecte al sistema operativo, el formato de los datos o el medio de comunicación que se utilice. La industria informática ha tardado décadas y gastado billones de dólares para conseguir la compatibilidad entre sistemas propietarios y ha encontrado un éxito limitado. Sin embargo, en menos de una década, la interconexión de redes mediante TCP/IP ha creado una plataforma común mediante la que todos los equipos y todas las arquitecturas de rede pueden intercambiar información libremente. Tambien es importante para las redes la capacidad del enrutador de eliminar el tráfico no deseado. Si se bombardea a los usuarios con un gran volumen de mensajes no deseados, o si sienten que es posible acceder fácilmente a sus sistemas, se resistirán a la hora de conectarse a las redes. El filtrado de tráfico y el control de acceso que
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proporcionan los enrutadores ofrece a los usuarios suficiente privacidad y confidencialidad como para que se animen a conectarse a las redes. Hay otros tipos importantes de dispositivos de red , además del enrutador, pero comprender cómo funciona un enrutador nos ayudará sobremanera para comprender todo acerca de las redes. No obstante, antes de que pueda aprender cómo configurar y administrar enrutadores, debe conocer las piezas básicas que lo componen. Tiempo de vida de un paquete Una vez que un enrutador ha elegido un camino, pasa el paquete al siguiente enrutador situado en el camino y se olvida de él. El siguiente enrutador, sin embargo, puede elegir el mismo camino o puede decidir que existe un camino diferente más corto y retransmitir el paquete al siguiente enrutador en esa dirección. Esta separación de la responsabilidad permite a cada enrutador contener la mínima lógica necesaria, haciendo que la cantidad de información de control que debe contener una trama sea la mínima y permite que el ajuste de la ruta se base en las apreciaciones de última hora de cada enlace. Tambien crea la posibilidad de que un paquete entre en un bucle o entre en una situación en la que el paquete se pasa de enrutador a enrutador sin que nunca alcance el destino. Los bucles son situaciones en las que un paquete pasa de un enrutador a enrutador sin alcanzar el destino, esto sucede cuando el enrutador actualiza su tabla de enrutamiento y retransmite un paquete de acuerdo a los nuevos caminos antes de que el enrutador que recibe haya actualizado su propio vector. El problema principal de los bucles no es tanto que los paquetes se pierdan; las funciones del nivel de enlace de datos del emisor y del receptor de la transmisión informarán de la pérdida de tramas y las reemplazarán con nuevas copias. El problema es que el procesamiento eterno de lo spaquetes que entran en un bucle utiliza recursos de red e incrementa la congestión. Los paquetes que entran en un bucle deben ser identificados y destruidos para liberar los enlaces y dejarlos para tráfico legítimo. La solución se basa en añadir un campo denominado tiempo de vida de los paquetes llamado TTL. Cuando se genera un paquete se marca con un tiempo de vida, normalmente el número de saltos que permiten antes de que un paquete se considere como perdido. Cada enrutador, cuando recibe un paquete, resta 1 al tiempo de vida antes de pasarlo. Cuando el tiempo de vida llega a 0, el paquete es destruido.
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2.5
Algoritmos de control de congestión Cuando hay demasiados paquetes presentes en la subred hay una degradación del desempeño. Esta situación se llama congestión. Cuando la cantidad de paquetes descargados en la subred por los hosts está dentro de su capacidad de conducción, todos se entregan y la cantidad entregada es proporcional al número enviado. Sin embargo, a medida que aumenta el tráfico, los enrutadores ya no pueden manejarlo y comienzan a perder paquetes. Esto tiende a empeorar las cosas. Con mucho tráfico, el desempeño se desploma por completo y casi no hay entrega de paquetes. La congestión puede ocurrir por varias razones. Se de manera repentina comienzan a llegar cadenas de paquetes por tres o cuatro líneas de entrada y todas necesitan la misma línea de salida, se generará una cola. Si no hay suficiente memoria para almacenar a todos los paquetes, algunos de ellos se perderán. La adición de memoria puede ayudar hasta cierto punto, pero Nagle descubrió que si los enrutadores tienen una cantidad infinita de memoria, la congestión empeora en lugar de mejorar, ya que para cuando los paquetes llegan al principio de la cola, su temporizador ha terminado y se han enviado duplicados. Todos estos paquetes serán debidamente reenviados al siguiente enrutador, aumentando la carga en todo el camino hasta el destino. Los procesadores lentos tambien pueden causar congestión. Si las CPUs de los enrutadores son lentas para llevar a cabo las tareas de administración requeridas (búferes de encolamiento, actualización de tablas, etc.), las colas pueden alargarse aun cuando haya un exceso de capcidad de línea. De la misma manera, las líneas sin cambiar los procesadores, o viceversa, por lo generalizar sólo parte de un sistema simplemente mueve el cuello de botella a otra parte. El problema real con frecuencia es un desajuste entre partes del sistema.. Este problema persistirá hasta ue todos los componentes estén en equilibrio. El control de congestión se ocupa de asegurar que la subred sea capaz de transportar el tráfico ofrecido. Es un asunto global, en el que interviene el comportamiento de todos los hosts, todos los enrutadores, el proceso de almacenamiento y reenvío dentro de los enrutadores y todos los demás factores que tienden a disminuir la capacidad de transporte de la subred.
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ACTIVIDADES 1.
Realice un cuadro comparativo entre los servicios con conexión y de datagramas.
2.
Realice un cuadro comparativo entre los servicios con conexión y de datagramas.
3.
Considere algunos de los pros y contras de la arquitectura orientada a conexión y de la arquitectura sin conexión. Suponga que en la capa de red los routers estuvieran sujetos a condiciones estresantes que pudieran ocasionar que fallaran a menudo. Desde un punto de vista de alto nivel qué acciones se debieran tomar en dicho fallo del router? Es éste un argumento a favor de un entorno orientado a conexión, o a favor de un entorno sin conexión?
4.
En qué se diferencia un repetidor de un amplificador? Un enrutador de un
puente?
5.
Realice un pseucódigo para un algoritmo de enrutamiento distance vector como RIP
6.
Enumere los dispositivos de interconexión de redes de acuerdo a su complejidad e indique los niveles del modelo OSI en los que operan
7.
Cuál es la función principal de un enrutador?
8.
Por qué el enrutamiento dinámico es mejor que el estático?
9.
Cuál es el papel del enrutador en el control del tiempo de vida de un
paquete?
10.
En qué tipo de enrutamiento todos los enrutadores tienen una base de datos común?
11.
Un enrutador que utiliza el enrutador basado en Distance Vector tiene la siguiente tabla de enrutamiento: 1. Red2 6 A 2. Red3 4 C 3. Red4 3 A 4. Red6 2 C
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5. 12. 13. 14. 15.
Red7 3
B
Si un puente envía datos desde una red en anillo con paso de testigo a una red Ethernet, cómo maneja el puente las colisiones? Describa el término direccionamiento en las redes Investigue cómo puede un dispositivo reconocer que un paquete entrante es una solicitud ARP Un enrutador tiene las siguientes rutas en su tabla de enrutamiento Ruta 0.0.0.0 /0 10.0.0.0 /8 10.0.0.0/16 10.0.1.0/24 10.1.1.0/24 10.1.0.0/16 10.1.0.0/24 10.1.1.1/32
e1
Interfaz saliente e0 e1 s0 s1 s0 e1 s2
16. Si llega un paquete al enrutador con una dirección de destino 10.1.1.1. Qué interfaz utilizará el enrutador para transmitir ese paquete?
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BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ALCALDE, EDUARDO Y JESÚS GARCÍA TOMÁS (1993) . Introducción a la Teleinformática, McGrawHill. GARCÍA, LEÓN Y WIDJAJA ( 2002). Redes de comunicación, McGrawHill. STALLINGS, WILLIAM (2000). Comunicaciones y redes de computadores, Prentice Hall. http://www.cisco.com
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UNIDAD
2
CAPA DE RED Capítulo 2: Protocolo IP
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer el funcionamiento del protocolo IP
Distinguir los tipos de direcciones IP
Identificar los componentes de una dirección IP
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INTRODUCCIÓN La mayoria de las redes utiliza algun tipo de esquema de direccionamiento para identificar de manera univoca a cada una de las entidades que pueden participar en una comunicación. Incluso en las redes donde se usan nombres para hacer referencia a los sistemas, los distintos servicios y protocolos de red emplean en esquema de numeración para interactuar con los diferentes componentes de la red. Los sistemas de denominación, como ya hemos explicado, han sido diseñados para facilitar la interaccion de los seres humanos con la red, porque a las personas les resulta mas difícil recordar largas cadenas de numeros. Los esquemas de direccionamiento numericos son empleados por los diferentes dispositivos de red para comunicarse entre si. Hay varios requisitos importantes que es preciso respetar a la hora de crear direcciones para los sistemas. La primera consideración es que cada dispositivo de la red debe tener una direccion univoca. Si no se satisface este requisito, sera imposible distinguir entre dos dispositivos que tengan el mismo numero. En segundo lugar, el esquema de direccionamiento software debe ser completamente independiente de las direcciones fisicas de los dispositivos. Si las direcciones sofware estuvieran vinculadas a la estructura de las direcciones fisicas, los diferentes dispositivos fisicos no serian capaces de comunicarse apropiadamente. Si se siguen estas reglas, dos aplicaciones que se ejecuten en dos sistemas distintos podran comunicarse entre si sin preocuparse de la arquitectura fisica subyacente y sin necesidad de comprenderla. Los esquemas de direccionamiento numericos pueden ser planos o jerarquicos. Un ejemplo puede ser una red con una estructura de denominación plana, en la que cada dispositivo tiene su propio numero exclusivo.
2.1
Direcciones IP Los campos dirección origen y destino en la cabecera IP contienen cada uno una dirección Internet global de 32 bits, que generalmente consta de un identificador de red y un identificador de computador. La dirección esta codificada para permitir una asignación variable de bits para especificar la red y el computador, tal como se muestra en la Figura 16.8. Este esquema de codificación proporciona flexibilidad al asignar las direcciones de los computadores y permite una mezcla
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de tamaños de red en un conjunto de redes. En particular, existen tres clases de redes que se pueden asociar a las siguientes condiciones: • •
•
Clase A: Pocas redes, cada una con muchos computadores. Clase B: Un numero medio de redes, cada una con un numero medio de computadores. Clase C: Muchas redes, cada una con pocos computadores. En un entorno particular, podría ser mejor utilizar todas las direcciones de una clase. Por ejemplo, en un conjunto de redes de una entidad, consiste en un gran numero de redes de area local departamentales, se necesitaria usar direcciones Clase C exclusivamente. Sin embargo, el formato de las direcciones es tal que es posible mezclar las tres clases de direcciones en el mismo conjunto de redes: esto es lo que se hace en el caso de la misma Internet. En el caso de un conjunto de redes formato por pocas redes grandes, muchas redes pequeñas y algunas redes de tamaño mediano, es apropiado utilizar una mezcla de clases de direcciones.
0
Red (7 bits)
1 0
1 1 0 1 1 1
Computador (24 bits)
Red (14 bits) Red (21 bits)
Computador (16 bits) Computador (8 bits)
Formato no definido Formatos de direccion IP.
El protocolo de mensajes de error de Internet (ICMP) El estandar IP especifica que una implementacion eficiente debe tambien implementar ICMP (RFC 792). ICMP proporciona un medio para transferir mensajes desde los dispositivos de encaminamiento y otros computadores a un computador. En esencia, ICMP proporciona información de realimentación sobre problemas del entorno de la comunicación. Algunas situaciones donde se utiliza son: cuando un datagrama no puede alcanzar su destino, cuando el dispositivo de encaminamiento no tiene la capacidad de almacenar temporalmente para reenviar el datagrama, y cuando el dispositivo de encaminamiento indica a una estacion que envie el trafico por una ruta mas corta.
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En la mayoria de los casos, el mensaje ICMP se envia, en respuesta a un datagrama, bien por un dispositivo de encminamiento en el camino del datagrama o por el supuesto computador destino. Aunque ICMP esta, a todos los efectos, en el mismo nivel que IP en el conjunto de protocolos TCP/IP, es un usuario de IP. Cuando se construye un mensaje ICMP se pasa a IP, que encapsula el mensaje con una cabecera IP y después lo transmite en el consiguiente datagrama de la forma habitual. Ya que los mensajes ICMP se transmiten en datagramas IP, no se garantiza su entrega y su uso no se puede considerar seguro. Formatos de mensajes ICMP • •
•
•
Tipo ( 8 bits) : especifica el tipo de mensaje ICMP. Codigo ( 8 bits) : se usa para especificar parámetros del mensaje que se pueden codificar en uno o unos pocos bits. Suma de comprobación ( 16 bits): Suma de comprobación del mensaje ICMP entero. Se utiliza el mismo algoritmo de suma de comprobación que IP. Parámetros (32 bits): se usa para especificar parámetros mas largos. Estos campos estan seguidos generalmente por campos de información adicional que especifican aun mas el contenido del mensaje. En aquellos casos en los que los mensajes ICMP se refieren a datagramas, el campo de informaciosn incluye la cabecera IP entera mas los primeros 64 bits del campo de datos de datagrama original. Esto permite al computador origen comparar el mensaje ICMP que llega con un datagrama anterior. La razon de incorporar los primeros 64 bits del campo de datos es que esto permitira al modulo IP en el computador determinar que protocolo del nivel superior o protocolos estaban implicados. En particular, los primeros 64 bits incluiran una porcion de la cabecera TCP u otra cabecera del nivel de transporte.
• • • • •
Los mensajes ICMP incluyen lo siguiente: Destino inalcanzable Tiempo excedido Problema de parámetro Ralentizacion origen Redirección
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Eco Respuesta eco Marca de tiempo Respuesta a la marca de tiempo Petición de mascara de direccion Respuesta de mascara de direccion El mensaje destino inalcanzable cubre un cierto numero de posibilidades. Un dispositivo de encaminamiento puede devolver este mensaje si no sabe como alcanzar la red destino. En algunas redes, un dispositivo de encaminamiento conectado a una de estas redes puede ser capaz de determinar si un computador particular es inalcanzable, y devolver el mensaje. El mismo computador destino puede devolver este mensaje si el protocolo de usuario o algun punto de acceso al servicio de un nivel superior no es allcanzable. Esto puede ocurrir si el correspondiente campo en la cabecera IP no tiene el valor correcto. Finalmente, si un dispositivo de encaminamiento debe segmentar un datagrama pero el indicador de no segmentación esta establecido, se devuelve el mensaje “destino inalcanzable”. Un dispositivo de encaminamiento devolvera el mensaje tiempo excedido si ha expirado el tiempo de vida del datagrama. Un computador enviara este mensaje si no puede completar el reensamble en un tiempo determinado. Un error sintactico o semantico en la cabecera IP causara que un dispositivo de encaminamiento o un computador devuelva un mensaje de problema de parámetro. Por ejemplo, puede existir un argumento incorrecto en una opcion. El campo parámetro de la respuesta contiene un puntero al octeto en la cabecera original donde se detecto el error. El mensaje ralentizacion de origen proporciona una forma rudimentaria de control de flujo. Este mensaje lo pueden enviar tanto un dispositivo de encaminamiento como un computador destino a un computador origen solicitando que reduzca la velocidad de transferencia a la que envia el trafico al destino Internet. Cuando se recibe este tipo de mensaje, un computador origen debe disminuir la velocidad a la que envia el trafico al destino especificado hasta que no reciba mas mensajes de ralentizacion del origen. El mensaje de ralentizacion del origen lo puede generar tanto un dispositivo de encaminamiento como un computador que deba descartar datagramas debido a que su memoria temporal esta llena. En este caso, el dispositivo de encaminamiento o el computador enviaran un mensaje de ralentizacion del origen por cada datagrama que descarta. Ademas, un sistema se puede anticipar a la congestion y enviar este tipo de mensaje cuando su memoria este a punto de llegar a su capacidad maxima. En
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ese caso, el datagrama referido en el mensaje de ralentizacion del origen podra ser entregado correctamente. Asi, la recepcion de un mensaje de ralentizacion del origen no implica la entrega o no del correspondiente datagrama. Un dispositivo de encaminamiento envia un mensaje redirección a un computador conectado directamente a un dispositivo de encaminamiento para informarle de una ruta mejor para un destino particular. A continuación se da un ejemplo de su uso. Un dispositivo de encaminamiento, R1 recibe un datagrama de un computador en una red a la que esta conctado. El dispositivo de encaminamiento R1 comprueba su tabla de encaminamiento y obtiene la direccion del siguiente dispositivo de encaminamiento, R2, en la ruta del datagrama a la red destino, X. Si R2 y el computador identificado por la direccion Internet origen del datagrama estan en la misma red, se envia un mensaje de redirección al computador. Este mensaje informa al computador para que envie su trafico para la red X directamente al dispositivo de encaminamiento R2, ya que este es el camino mas corto al destino. El dispositivo de encaminamiento envia el datagrama original a su destino (via R2). La direccion de R2 se encuentra en el camino de parámetros del mensaje de redirección. Los mensajes eco y respuesta a eco proporcionan un mecanismo para comprobar que la comunicación entre dos entidades es posible. El receptor de un mensaje de eco esta oblilgado a devolverlo en un mensaje de respuesta eco. Al mensaje de eco se le asocia un identificador y un numero de secuencia que coinciden con los del paquete respuesta eco. El identificador podria usarse como un punto de acceso al servicio para identificar una sesion particular, y el numero de secuencia se podria incrementar en cada petición de eco enviada. Los mensajes marca de tiempo y respuesta a marca de tiempo proporcionan un mecanismo para muestrear las caracteristicas en cuanto a retardo del conjunto de redes. El emisor de un mensaje marca de tiempo puede incluir un identificador y un numero de secuencia en el campo parámetro en incluye el tiempo en el cual se envio el mensaje (marca de tiempo original). El receptor registra, en el mensaje respuesta la marca de tiempo, el tiempo en que recibio el mensaje y el tiempo en que transmitio el mensaje de respuesta. Si el mensaje de marca de tiempo se envia usando un encaminamiento por la fuente estricto, se puede determinar las caracteristicas de retardo de una ruta particular.
2.2
Subredes
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Los mensajes petición de mascara de direccion y respuesta a mascara de direccion son utiles en un entorno que incluye subredes. El concepto de subred fue introducido para satisfacer los siguientes requisitos. Considere un conjunto de redes que incluye una o mas WAN y una serie de emplazamientos, cada uno con una serie de redes LAN. Nos gustaria permitir una complejidad arbitraria de estructuras de LAN interconectadas dentro de una organización, y simultáneamente aislar el conjunto de redes global tanto del crecimiento explosivo del numero de redes como de la complejidad en el encaminamiento. Una tecnica para solucionar este problema es asignar un numero de red unico a todas la LAN de un determinado emplazamiento. Desde el punto de vista del resto del conjunto de redes, solo hay una unica red en ese emplazamiento, lo que simplifica el direccionamiento y el encaminamiento. Para permitir que los dispositivos de encaminamiento funcionen correctamente dentro del emplazamiento, a cada LAN se le asigna un numero de subred. La porcion computador de una direccion Internet se divide en un numero de subred y un numero de computador, par acomodar este nuevo nivel de direccionamiento. Dentro de una red dividida en subredes, los dispositivos de encaminamiento locales deben encaminar sobre la base de un numero de red ampliado que consta de la porcion de red de la direccion IP y el numero de subred. La posición de los bits que contienen el numero de red ampliado se indican por la mascara de red. Los mensajes de peticion y respuesta de mascara de direccion permiten a un computador conocer la mascara de direccion usada en la LAN a la que esta conectado. El computador emite por difusión un mensaje de petición de mascara de direccion en la LAN. El dispositivo de encaminamiento en la LAN responde con un mensaje de respuesta a mascara de red que contiene la mascara de direccion. El uso de la mascara de direccion permite al computador determinar si el datagrama que se enviara esta destinado a un computador en la misma LAN (enviar directamente) o en otra LAN (enviar el datagrama al dispositivo encaminamiento). Se supone que se usan otros medios (por ejemplo, configuración manual) para crear las mascaras de direccion y darlas a conocer a los dispositivos de encaminamiento locales. Para que los dispositivos puedan comunicarse con otros sistemas de las red, cada uno de ellos debe mantener una tabla que contenga la ruta y la distancia, o el numero de saltos, a cada uno de los otros dispositivos. Por ejemplo, la tabla de
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enumeración de los restantes sistemas de la red utilizada por dispositivo 1009 podria ser similar a la siguiente: Destino 1001 1002 1003 1004 1005 1006 1007 1008
Ruta
Saltos
1003-1002-1001 1003-1002 1003 1003-1004 1005 1005-1006 1005-1006-1007 1003-1002-1008
3 2 1 2 1 2 3 3
En el ejemplo de tabla de rutas y de destancias utilizado para el dispositivo 1009, solo se indica las ruta mas corta entre cualquiera dos dispositivos. La tabla podria tambien incluir todas las rutas existentes, con el fin de proporcionar información para el caso de que se produzca algun problema a lo largo de la ruta mas corta. Uno de los problemas que presentan las estructuras de denominación planas es que, a medida que se añaden mas dispositivos a la red, el tamaño de las tablas de rutas en cada dispositivo crece, llegando a ser inutilizable e imposible de gestiona. Imagine el tamaño de las tablas si en Internet se utilizara un esquema de numeración plano. Esas tablas contendrian entradas para miles y miles de dispositivos. Ademas, piense en los problemas que se producirian se alguno de los dispositivos de las lista fuera renumerado. Para aliviar estos problemas, se utilizan esquemas de numeración jerárquicos. En un esquema de numeración jerarquico, se crean porciones o segmentos de la red, utilizando algun tipo de frontera comun. Por ejemplo, pueden agruparse los dispositivos basandose en areas geograficas o departamentos. Ademas, una vez agrupados los sistemas, no es necesario que todos los dispositivos de cada area mantengan una tabla completa de todos los demas dispositivos. En lugar de ello, puede designarse a un sistema dentro de cada segmento para que almacene la tabla de rutas a los otros segmentos. Con este tipo de diseño, los dispositivos de cada segmento solo necesitan saber cual es el sistema dentro de su grupo que se encargara de enviar los mensajes a otras redes. Este tipo de configuración es la mas normalmente utilizada en la mayoria de las redes informaticas. El dispositivo de cada grupo que se encarga de gestionar el encaminamiento del trafico procede de ese segmento hacia otros segmentos se denomina encaminador de borde, ya que actua como punto de entrada, o control fronterizo, hacia y desde el segmento de red. Estos encaminadotes de borde tambien se llaman pasarelas. Cada vez que un dispositivo quiere enviar un mensaje a otro sistema situado fuera de su
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segmento, envia el mensaje al encaminador de borde, que a continuacion lo reenvia hacia la ruta o red destino. Numero de dispositivo 400.1001 400.1002 800.1003 800.1004 800.1005 400.1006 400.1007 400.1008 800.1009
En cada red, se designa un dispositivo como encaminador de borde. Los dos encaminadotes de borde en nuestro ejemplo son los dispositivos 400.1002 y 800.1003. Todos los demas dispositivos de la red 400 utilizan a 400.1002 como pasarela y los dispositivos en la red 800 emplean como pasarela a 800.1003. Empleando este tipo de diseño jerarquico, en conjuncion con los encaminadotes de borde y pasarelas, cada encaminador de borde solo necesita mantener una tabla que indique donde se encuentran las otras redes dentro del entorno. Los encaminadotes de borde no necesitan conocer todos los dispositivos de cada segmento de red. Este esquema hace que el tamaño de las tablas sea mucho menor, lo que hace que estas sean mas faciles de gestionar y puedan adaptarse mas rapidamente a los cambios sufridos por la red. Al mismo tiempo, este diseño hace que la entrega de mensajes entre una red y otra sea un poco menos eficiente, pero la mejora en cuanto a la simplicidad de encaminamiento compensa con creces esta menor eficiencia. El metodo de utilizar un numero comun para presentar a una colección de dispositivos se denomina agregación. Este metodo funciona bien par algunas soluciones, pero no es tan adecuado en otros escenarios. Un buen ejemplo de caso en que la agregación de direcciones no resulta practica ni factible es cuando se emplean las direcciones hardware de una serie de tarjetas de red suministradas por diferentes fabricantes.
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ACTIVIDADES 1. Internet está conformada por una gran cantidad de redes. Su disposición determina la topología de Internet. En línea se encuentra una cantidad considerable de informacón acerca de la topología de Internet. Utilice un motor de búsqueda para investigar más sobre la topología de Internet y escriba un breve informe sobre sus resultados. 2. Cuál de los siguientes protocolos IP utiliza una estructura jerárquica de denominación o direccionamiento? i. a) DNS b) ARP c) BOOTP d) LDAP 3. La red IP 192.168.130.0 está utilizando la máscara de subred 255.255.255.224. En qué subredes se encuentran los siguientes hosts? 192.168.130.10, 192.168.130.67, 192.168.130.93, 192.168.130.199, 192.168.130.222, 192.168.130.250 4.
Cuál es la información suplementaria de la cabecera en el protocolo IP?
5.
El formato ICMP incluye los 64 primeros bits del campo de datos del datagrama. Cuál es el objetivo de incluir estos bits?
6.
Utilice un programa tipo Telnet para enviar un correo electrónico interaccionando directamente con servidor de correo local.
7.
Se puede utilizar el programa nslookup para consultar servidores de nombres de Internet. Use el programa para averiguar la dirección IP de www.utoronto.ca
8.
Use netstat para averiguar la tabla de enrutamiento para una computadora de su red.
9.
Identificar la clase de dirección de las direcciones IP siguientes: 200.58.20.165, 128.167.23.20, 16.196.128.50, 150.156.10.10, 250.10.24.96
10.
C.
Identificar el rango de direcciones IP ocupado por la clase A, B y
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11.
LAN. a.
Una universidad tiene 150 LAN con 100 computadores en cada
Suponga que la universidad tiene una dirección de clase B. Diseñe un esquema de direccionamiento en subred apropiado. b. Diseñe un esquema de direccionamiento CIDR apropiado.
12.
Una organización pequeña tiene una dirección de Clase C para siete redes con 24 computadoras cada una. Cuál es la máscara de subred apropiada? El rincón del erudito
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BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ALCALDE, EDUARDO Y JESÚS GARCÍA TOMÁS (1993) . Introducción a la Teleinformática, McGrawHill. GARCÍA, LEÓN Y WIDJAJA ( 2002). Redes de comunicación, McGrawHill. STALLINGS, WILLIAM (2000). Comunicaciones y redes de computadores, Prentice Hall. http://www.cisco.com
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UNIDAD
3
CAPAS SUPERIORES Capítulo 1: Capa de Transporte
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer las características de la capa de transporte
Distinguir las funcionalidades y aplicaciones de la capa de transporte
Identificar los protocolos de la capa de transporte
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INTRODUCCIÓN El nivel de transporte es uno de los más importantes en las arquitecturas de los sistemas de comunicaciones para redes distribuídas. Su objetivo fundamental es proporcionar un transporte de datos extremo a extremo independizando los servicios ofrecidos a los usuarios (niveles superiores) de las características de los diferentes tipos de redes, área local, área extensa, ext ensa, fiables o no, subyacentes. 1.1
Servicios de la capa de transporte Los servicios ofrecidos por el nivel de transporte pueden encuadrarse en las siguientes categorías:
a. b. c. d. e. f. g. h.
Tipo de servicio Calidad de servicio Transferencia de datos Interfaz de usuario Gestión de conexión Servicio urgente Informes de estado Seguridad El tipo de servicio puede ser orientado a la conexión y sin conexión co nexión o datagrama. Normalmente el servicio orientado a conexión entraña control de errores, de secuencia y control de flujo, es decir, un transporte fiable. La calidad de servicio, QoS, permite al usuario del nivel de transporte especificar la calidad de transmisión que debe ser proporcionada. Los parámetros de QoS pueden ser los niveles de error y pérdidas, el retardo medio y máximo, el caudal medio y máximo y los niveles de prioridad. Lógicamente, la QoS depende delas características de los niveles inferiores. Algunas de estas características pueden ser negociables, por lo que la entidad de transporte debe efectuar la negociación adecuada. Para obtener un determinado caudal, el nivel de transporte puede requerir el establecimiento de varios canales virtuales en el nivel inferior que, a su vez, pueden utilizar varios enlaces.
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Calidad de servicio (QoS)
La capa de transporte debe mejorar la QoS de la subred Negociación de opciones Posibles parámetros de QoS:
Retardo de establecimiento Probabilidad de falla de establecimiento Throughput Retardo de tránsito Tasa de errores residual Protección (seguridad) Prioridad Otros La transferencia de datos tiene como misión el transporte de datos entre dos entidades de transporte. La interfaz de usuario para utilizar los servicios del nivel de transporte se define por medio de primitivas muy genéricas, para no limitar las posibilidades de implementación. La gestión de conexión tiene como misión el establecimiento y liberación de la conexión en caso de que el tipo de servicio sea orientado a conexión. El servicio urgente o expedito tiene como objetivo transportar los datos tan pronto como sea posible, con independencia de los datos que han sido transmitidos previamente. Esencialmente es un mecanismo de interrupción que incluso interrumpe al usuario para notificar la recepción de los datos urgentes. Los informes de estado permiten la notificación de las características y estado del transporte de datos, como clases de protocolo, temporizadores, rendimiento, QoS, etc.
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En el nivel de transporte se pueden incluir varios servicios de seguiridad, como control de acceso o cifrado, así como la posibilidad de encaminar los datos por rutas seguras, si este servicio está disponible. Puesto que los tipos de redes utilizadas por el nivel de transporte ofrecen características muy heterogéneas, los protocolos del nivel de transporte pueden tambien ser de varias clases, desde los más simples a los más complejos. ISO ha definido tres tipos de servicios de red: Tipo A: redes con un nivel aceptable de errores residuales y de errores no recuperables notificados. Tipo B: redes con un nivel aceptable de errores residuales, pero con un nivel inaceptable de errores no recuperables notificados. Tipo C: redes con un nivel de errores residuales no aceptables. Los errores son producidos por alteración, pérdida o duplicación de paquetes; cuando se recuperan y corrigen por la red no afectan a la entidad de transporte; en caso que la red no pueda recuperar un error se lo notifica al nivel de transporte; los errores no recuperados ni notificados son los errores residuales. Evidentemente, cuanto más fiable se a la red más simples serán los protocolos de transporte y recíprocamente. La capa de transporte sólo depende de los usuarios finales y la de red no. La red introduce problemas varios:
Errores Pérdida de información Duplicación de información Retardos variables La capa de transporte es la encargada de brindarle a la capa de aplicación el QoS requerido Puede haber varias capas de transporte especializadas en tipos de tráfico.
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Para poder brindar servicios a la capa de aplicación la capa de transporte debe generalmente realizar las siguientes funciones:
Direccionamiento Control de errores Secuenciamiento Control de flujo Multiplexado Manejo de buffers
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Manejo de errores En general se recurren a técnicas en la capa de transporte como:
Bits de paridad Códigos de redundancia cíclica (CRC) Hay muchas otras técnicas pero que suelen ser usadas en esta capa (se verán durante el estudio de la capa de enlace) Clases de protocolos de transporte ISO ha definido cinco clases de protocolos de transporte: Clase 0: servicios básicos Clase 1: recuperación de errores Clase 2: multiplexación Clase 3: recuperación de errores y multiplexación Clase 4: multiplexación detección y recuperación de errores La especificación de los servicios de transporte es la misma para todas las clases, lo cual es lógico, puesto que el nivel de transporte debe ofrecer transporte extremo a extremo independientemente de las características del nivel de red. Las primitivas son en total 10.
1.2
Protocolos de la capa de transporte TCP/UDP Internet: UDP Internet tiene dos protocolos principales en la capa de transporte, uno orientado a la conexión y otro no orientado a la conexión: TCP y UDP
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UDP Protocolo de datagrama de usuario: El conjunto de protocolos de Internet soporta un protocolo de transporte no orientado a la conexión, UDP. Este protocolo proporciona una forma para que las aplicaciones envíen datagramas IP encapsulados sin tener que establecer una conexión. UDP establece segmentos que consisten en un encabezado de 8 bytes seguido por la carga útil Un puerto de protocolo es un punto origen o de destino de un programa en ejecución en el nivel de aplicación. UDP es un protocolo no orientado a conexión no fiable. La comunicación en UDP se realiza puerto a puerto. El paquete UDP se denomina datagrama. TCP es un protocolo fiable orientado a conexión. La comunicación en TCP se realiza tambien puerto a puerto. El paquete se denomina segmento.
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ACTIVIDADES 1.
Por qué es necesario usar UDP? Por qué no puede un programa de usuario acceder directamente a IP?
2.
Explique por qué es útil para los programas de la capa de apicación tener asociado un número de puerto TCP conocido
3.
Use telnet desde su computador para loguearse a otra máquina. Qué retardo experimenta si realiza la experiencia a una máquina conectada en la misma LAN? Qué retardo experimenta si realiza la experiencia a una máquina conectada un sitio remoto?
4.
Determine si el set de servicios para TCP/IP está disponible en su computador local.
5.
Investigue acerca de cómo otros sistemas como Windows usan programas para permitir la concurrencia
6.
Investigue en el lenguaje C en el archivo include (winsock.h) cuáles tipos de socket son permitidos?
7.
Construya un software ciente que permita conectarse a un servidor usando sockets
8.
Investigue qué es un thread. Qué relación tiene con los programas?
9.
Analice las conexiones TCP necesarias en FTP
10.
Qué es JAVA?
11.
Cuál es el objetivo de HTML?
12.
Compare los niveles del conjunto de protocolos TCP/IP con los niveles
OSI
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BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ALCALDE, EDUARDO Y JESÚS GARCÍA TOMÁS (1993) . Introducción a la Teleinformática, McGrawHill. GARCÍA, LEÓN Y WIDJAJA ( 2002). Redes de comunicación, McGrawHill. STALLINGS, WILLIAM (2000). Comunicaciones y redes de computadores, Prentice Hall. http://www.cisco.com
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3
CAPAS SUPERIORES Capítulo 2: Capa de Sesión
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer las características de la capa de sesión
Distinguir las funcionalidades de la capa de sesión
Identificar los protocolos de la capa de sesión
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INTRODUCCIÓN Las capas superiores proporcionan una comunicación fiable de extremo a extremo, su objetivo es proporcionar una serie de servicios orientados al usuario. Esta capa inicialmente no existía y se considera que fue un invento de la ISO. Esta capa es muy delgada en el sentido de que posee muy pocas características comparadas con las capas inferiores. Además en el momento en que se establece una conexión en la capa de sesión se pueden seleccionar diferentes opciones para deshabilitar la mayor parte de las características disponibles.
2.1
Características del nivel de sesión El nivel de Sesión establece, mantiene y sincroniza el diálogo entre los niveles superiores que se comunican (la comunicación puede realizarse entre usuarios o aplicaciones). El nivel de sesión también gestiona los problemas del nivel de usuarios como un inadecuado espacio en disco o la falta de papel en la impresora. Aunque el nivel de sesión se describe como un nivel de usuarios, con frecuencia se implementa dentro del sistema operativo como un sistema software. El nivel de sesión gestiona las interacciones en ambos sentidos que se produce en el intercambio. La capa de sesión no suele existir en la práctica como tal. Sus servicios se encuentran bien en forma de RPC (5HPRWH_ 3URFHGXUH_ &DOO) o bien algunas aplicaciones incorporan servicios típicos del nivel de sesión (ya que no existe). El propósito de este nivel es ofrecer los medios necesarios para que dos usuarios cooperantes (normalmente, dos entidades de presentación ) organicen y sincronicen su diálogo. Para ello el nivel de sesión abre conexiones que a este nivel se denominan sesiones e impone una estructura al diálogo.
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Los servicios ofrecidos son:
Apertura de sesiones Liberación de sesiones de forma ordenada, sin pérdida de información pendiente de entrega Cuatro canales separados de datos Funciones de gestión de la comunicación : unidireccional, dúplex, semidúplex Inserción de puntos de control durante el intercambio de datos, para permitir posteriores procesos de resincronización Organización del diálogo en diferentes unidades Comunicación de situaciones excepcionales. Coordinar la conexión y desconexión de los diálogos entre las aplicaciones Coordinar quién envía y cuándo Asegurar que los datos se intercambien de forma completa antes de cerrar la sesión (un cierre gracioso o elegante) Se accede a estos servicios utilizando una serie de primitivas de servicio. El número de servicios que ofrece el nivel de sesión es considerablemente grande, especialmente si se compara con el del nivel de transporte. Además es muy poco probable que un par de usuarios que se comuniquen necesiten todos los servicios de sesión. Por este motivo, se ofrecen medios para que dos usuarios negocien, en el momento de abrir una sesión, los servicios que van a necesitar. Para hacer esta labor más sencilla y coherente, los servicios se agrupan de forma lógica en unidades funcionales. La negociación de necesidades o requisitos de
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sesión se hará por unidades funcionales, no servicio a servicio. La lista de unidades funcionales es la siguiente: Núcleo de sesión Semi-dúplex Dúplex Typed data Excepciones Liberación negociada Sincronización principal Sincronización secundaria Sincronización simétrica Resincronización Datos urgentes Gestión de actividades Capability data Además de facilitar el proceso de negociación entre usuarios, las unidades funcionales son útiles como referencia para los protocolos de los niveles superiores: esos protocolos llevan, dentro de su especificación, una lista de unidades funcionales de sesión que precisan. Tokens Según lo define la ISO, un token (testigo) es un atributo de una sesión que se asigna dinámicamente a un usuario cada vez y que le otorga el derecho exclusivo a utilizar ciertos servicios. Esto quiere decir que habrá servicios cuya utilización esté autorizada únicamente al poseedor del token correspondiente. ESQUEMA DEL PROTOCOLO DE SESIÓN Y OSI:
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Una sesión tiene 3 fases: Establecimiento, Uso y Liberación. El uso es la más importante a nivel de sesión. Cada primitiva de sesión suele ejecutarse llamando a la primitiva equivalente a nivel de transporte. Por ej. S-CONNECT.request Õ T-CONNECT.request. También se lleva a cabo una negociación de opciones. La desconexión a nivel de sesión es gradual y nunca se pierden datos mientras que a nivel de transporte es abrupta y pueden perderse datos. Esto se debe a que se utiliza el juego completo de 4 primitivas a nivel de sesión.
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2.2
Interacciones entre el nivel de sesión y el nivel de transporte El nivel de transporte puede realizar una desconexión inesperada. El nivel de sesión tiene la obligación con el usuario y no puede realizar la desconexión hasta que la sesión se concluya elegantemente. El nivel de sesión no permite, por ejemplo, que las transacciones en las aplicaciones se cierren hasta que todas las etapas hayan sido completadas. El nivel de transporte puede hacer algo del trabajo, pero el nivel de sesión debe hacerlo todo o nada. Para que estos servicios puedan trabajar correctamente el nivel de sesión debe comunicarse con el nivel de transporte. La comunicación puede ser de tres tipos: uno a uno, muchos a uno y uno a muchos. En una comunicación uno a uno, hay una conexión de nivel de sesión por cada conexión del nivel de transporte. En una comunicación muchos a uno, varias conexiones del nivel de sesión comparten los servicios de una conexión de nivel de transporte. En una comunicación uno a muchos, una conexión de nivel de sesión necesita varias conexiones de nivel de transporte para llevar a cabo la tarea. Por defecto todas las conexiones son full duplex[ (PDUs en ambos sentidos a la vez). Existe hardware y aplicaciones únicamente half duplex, por lo que a nivel de sesión necesitamos controlar qué extremo puede transmitir en cada momento. El manejo de diálogo se consigue usando un token de datos. Al iniciar la conexión se negocia half duplex y se identifica quién tendrá el token al principio. Sólo puede transmitir el que tiene el token (el otro debe guardar silencio). Cuando termina le pasa el token al otro extremo usando S-TOKEN-GIVE.request.
2.3
Puntos de sincronización Son puntos de referencia para la recuperación de los datos que han sido entregados pero se han utilizado mal.
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El nivel de sesisón permite que se introduzcan puntos de recuperación en los datos para controlar el flujo de la información y permitir la recuperación de errores software o del operador. Se usan dos tipos de puntos de sincronización: principales y secundarios. Los puntos de sincronización principal dividen un intercambio en una serie de diálogos. Generalmente, cada punto de sincronización principal debe ser confirmado antes de que la sesión pueda continuar. Si ocurre un error, los datos pueden recuperarse sólo hasta el último punto de sincronización principal. Una actividad del nivel de sesión puede ser un único diálogo o varios diálogos separados por puntos de sincronización principales. Los puntos de sincronización secundarios se insertan en mitad de los diálogos y pueden o no requerir confirmación dependiendo de la aplicación. Si ocurre un error, el control puede ir hacia atrá uno o más puntos de sincronización secundarios dentro del diálogo para recuperar los datos. El nivel de sesión soporta 36 tipos diferentes de unidades de datos del protocolo de sesión (SPDU). La sincronización se utiliza para regresar a un estado anterior conocido en caso de error durante la sesión. Aunque parezca innecesario (la capa de transporte sólo recupera errores de comunicación) ocurren muchos errores a nivel de sesiones entre usuarios (capas superiores). Si los datos se envían a un host remoto y éste imprime la información, un fallo en la impresión puede hacer que se pierda un mensaje ya confirmado al emisor. Si dividimos el mensaje en páginas (puntos de sincronización) podemos confirmarlas y en su caso retransmitirlas individualmente o resincronización. Otra característica de la capa de sesión es un mecanismo para informe de errores inesperados. Si un usuario tiene un problema, éste problema puede ser informado al otro usuario usando la primitiva S-U-EXCEPTION-REPORT.request. Se pueden transferir datos usando esta primitiva. Los datos explicarán lo que ha ocurrido. El informe de excepciones no sólo se aplica a los errores detectados por el usuario. El proveedor del servicio puede generar un S-P-EXCEPTIONREPORT.indication para notificar al usuario sobre problemas internos a la capa de sesión o problemas informados desde la capa de transporte o las capas más bajas. Estos informes contienen un campo que describen la naturaleza de la excepción.
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ACTIVIDADES
Realice un cuadro donde bosqueje una visión crítica a la capa de sesión realizando comparativos con otros modelos.
Identifique tres aspectos similares entre las conexiones de sesión y transporte, así como tres aspectos diferentes entre las mismas.
En una sesión, por qué hace falta volver a negociar los tokens durante un proceso de resincronización?
En qué situación sería innecesarios los puntos de sincronización?
Investigue qué es un RPC y qué relación tiene con la capa de sesión?
Piense en las funciones que realiza el nivel de sesión y en las que hace el nivel de presentación Serían necesarias estrictamente (en conjunto) funciones como que las que realiza el nivel de sesión orientado a conexión si el modelo de comunicación fuese sin conexión? Y funciones como las que realiza el nivel de presentación?
Es posible la multiplexación de varias conexiones de presentación sobre una sesión? Por qué?
Crees que es posible la fusión de los niveles de sesión y presentación del modelo OSI en un único nivel que realizase los dos grupos de funciones? Si es así, por qué crees que la ISO ha dividido las funciones de sesión y presentación en dos niveles separados?
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BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ALCALDE, EDUARDO Y JESÚS GARCÍA TOMÁS (1993) . Introducción a la Teleinformática, McGrawHill. GARCÍA, LEÓN Y WIDJAJA ( 2002). Redes de comunicación, McGrawHill. STALLINGS, WILLIAM (2000). Comunicaciones y redes de computadores, Prentice Hall. http://www.cisco.com
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CAPAS SUPERIORES Capítulo 3: Capa de Presentación
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer las características de la capa de Presentación
Distinguir las funcionalidades de la capa de Presentación
Identificar los protocolos de la capa de Presentación
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INTRODUCCIÓN La capa de presentación ha evolucionado desde el inicio de los trabajos sobre el modelo OSI. Durante mucho tiempo fue una capa en busca de una función. Hubo un instante en el pasado en el cual principalmente se concibio como el lugar donde se pudiesen llevar a cabo las conversiones para emitir que las maquinas EBCDIC. Poco después, se vio como un medio para permitir que los programas orientados a despliegue visual como el caso de los editores orientados a pantalla, pudieran trabajar con una variedad de terminales. Finalmente, se decidio dejar que la capa de presentación tratara todos los problemas relacionados con la representación de los datos transmitidos, incuyendo los aspectos de conversión, cifrado y conversión de datos. Como resultado de esta evolucion, el termino “capa de presentación” ha llegado a ser bastante inapropiado; seria mucho mas correcto llamarla “capa de presentación”. A diferencia de las cinco capas inferiores, que solamente se ocupan del movimiento ordenado de bits desde el extremo fuente al extremo destinatario, la capa de representación se encarga de la preservación del significado de la información transportada. Cada ordenador puede tener s propia forma de representación interna de los datos, por lo que es necesario tener acuerdos y conversiones para poder asegurar el entendimiento entre ordenadores diferentas. Estos datos, a menudo toman la forma de estructuras de datos complejas, El trabajo de la capa de presentación consiste precisamente en codificar los datos estructurados del formato interno utilizado en la maquina transmisora, a un flojo de bits adecuado para la transmisión y, después, decodificarlos para representarlos en el formato del extremo destinatario. Los temas que se describen en este capitulo tratan de la manera en la cual los datos estructurados se pueden describir de una manera independientemente de la maquina asi como la forma en la cual son representados “en el cable” (es decir, entre las maquinas).
3.1
Características del nivel de Presentación El nivel de presentación realiza los servicios de representación de información para el usuario del servicio, es decir, la aplicación. El nivel de aplicacion trata de los datos desde la optica del usuario, normalmente como un conjunto estructurado de información,tal como un documento o una imagen. El nivel de presentación debe proporcionar una representación de esos
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datos para que puedan transferirse en forma binaria; en otras palabras, la aplicación considera la semántica de los datos, mientras que la presentación considera su sintaxis.
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La información se representa en el nivel de aplicación en una sintaxis abstracta, denominada ASN.1 Astract Syntax Notation.1, para definir tipos de datos y de valores de datos es decir, instancias de tipos. Un tipo puede ser , por ejemplo, Bolean o Integer. La sintaxis abstracta especifica formalmente los datos independientemente de cualquier representación especifica. ASN.1 tiene afinidad con lenguajes de programacion o gramaticas como BNF. Las PDU de los protocolos de aplicación se describen en terminos de ASN.1. El nivel de Presentación convierte los datos de sintaxis abstracta de la aplicación en un sintaxis de transferencia que describe los valores de los datos en forma binaria, de forma que se puedan cambiar entre entidadesde presentación a travez de los niveles de sesion y subyacentes. La traducción entre las sintaxis abstracta y la sintaxis de transferencia se realiza por medio de reglas de codificación.
3.2
Traducción La representación interna de segmento de información podria variar enormemente de una maquina a otra. Por ejemplo, una computadora puede almacenar una cadena de caracteres utilizando el codigo ASCII, mientra que otra lo puede almacenar utilizando el codigo EBCDIC. Si se envia un trozo de información de una computadora en formato ASCII y se interpreta en otra computadora en EBCDIC, el resultado sera intangible. El nivel de presentación se encarga de resolver este problema. El problema puede resolverse directa o indirectamente. En el metodo de traducción directo(considere una transmisión sinplex; los casos full-duplex y semiduplex son casi idénticos), el codigo ASCII se traduce a codigo EBCDIC en el receptor. En el metodo de traducción indirecto , el codigo EBCDIC. El metodo directo no es aceptable en la mayoria de los casos. Si una computadora se esta comunicando con otras, puede necesitar varias tablas de conversión. El metodo indirecto es el recomendable por OSI. El modelo recomendable se denomina notación de sintaxis abstracta 1 (ASN.1, Abstract Syntax Notation 1). Este modelo no solo se preocupa del problema de la traducción sino que gestiona otros problemas de formateado, como la naturaleza diversa de los datos (texto,programa,etc.) y la diversidad en el almacenamiento de los datos (una
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computadora puede almacenar los datos en un formato y otra computadora en otro). ASN.1 ofrece un mecanismo para definir tipos de datos (como enteros, reales, bits, cadenas de caracteres, etc.) en un formato independiente de la implementacion. ASN.1 utiliza el concepto de objetos. Un objeto se define como una entidad de información con tipó y valor que puede fácilmente traducirse de una representación a otra. Como una analogía, imagine que quiere pedir un vaso de soda en un pais cuya lengua no tiene la palabra soda. En lugar de continuar pidiendo soda sin obtener respuesta, usted identifica los elementos fisicos de la soda y busca las palabras agua y carbonatada en su diccionario. Soda es un concepto culturalmente especifico . El agua carbonatada sin embargo, es una descripción abstracata que se puede traducir a cualquier lengua. ASN.1 es el equivalente OSI para definir soda por sus elementos componentes, agua y carbonatada.
3. 3 Cifrado/descifrado . Para transportar informacion sensible, como datos financieros o militares, el sistema debe ser capaz de asegurar la privacidad. Las microondas, los satélites u otros medios sin cable, sin embargo, no pueden ser protegidos de la recepción no autorizada (o interceptacion) de las transmisiones. Incluso los sistemas de cable no pueden siempre evitar los accesos no autoriozados. Los cables pasan a travez de lugares apartados (como sotanos) y ofrecen oportunidades para el acceso malicioso mediante la recepción ilegal de información.
Es improbable que un sistema pueda evitar completamente el acceso no autorizado a los medios de transmisión. Una forma mas practica de proteger la
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información es alterarla para que solo el receptor autorizado pueda entenderla. Modificar los datos no es nada nuevo, ni es unico de la era informatica. De hecho, los esfuerzos para hacer la información ilegible a los receptores no autorizados datan de Julio Cesar (100-44 a.c.). El metodo utilizado hoy en dia se denimina cifrado y descifrado de la información . El cifrado significa el emisor transforma la información original en otra forma y envia el memsaje inteligible resultante por la red. El descifrado invierte el proceso de cifrado para transformar el mensaje de vuelta a su formato original. El emisor utiliza un algoritmo de cifrado y una clave para transformar un texto nativo (como se denomina al mensaje cifrado). El receptor utiliza un algoritmo des cifrado y una clave para transformar el texto de cifrado en el texto plano original. Metodos convencionales En los metodos de cifrado convencionales, la clave de cifrado (Ke) y la clave de descifrado (Kd) son la misma y secreta. Los metodos convencionales se pueden medir en dos categorías: cifrado a nivel de carácter y cifrado a nivel de bit. Cifrado a nivel de carácter En este metodo, el cifrado se realiza sobre los caracteres . Hay dos metodos generales de cifrado a nivel de carácter: cifrado por sustitución y cifrado por transposición. Cifrado por sustitución. La forma mas simple de cifrado a nivel de carácter es el cifrado por sutitucion. En la sustitución monoalfabetica, algunas veces denominada cifra de Cesar, cada carácter es sustituido por otro carácter del conjunto de caracteres. El algoritmo de cifrado monoalfabetico simplemente añade un numero al codigo ASCII de carater; el algoritmo de descifrado simplemente resta el numero del codigo ASCII. Ke y Kd son la misma y definen el valor que se suma y se reta. La sustitución monoalfabetica es muy simple, pero el codigo puede ser conocido fácilmente por escuchadores. La razon es que el metodo no puede ocultar fácilmente las frecuencias naturales de los caracteres de las lengua que se este usando . Por ejemplo, en ingles, los caracteres mas frecuentemente utilizados son E,T,O y A. Un escuchador puede romper fácilmente el codigo buscando que carácter es el mas utilizado y reemplazarlo con la T, y asi sucesivamente En la sustitución polialfabetica, cada ocurrencia de un carácter puede tener una diferente sustitución. Una técnica de cifrado polialfabetico es buscar la posición del
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carácter en el texto y utilizar el valor como la clave. De esta forma, las frecuencias de los caracteres no se mantienen y es mas difícil romper el codigo. Sin embargo, la sustitucion polialfabetica no es tampoco muy segura. La razon es que aunque (DEAR DEAR) se sustituye por (EGDV) y (JLIA), en el orden (EGDV) y (JLIA) es el mismo; el codigo puede romperse fácilmente por un escuchador con mas experiencia. Un ejemplo de sustitución polialfabetica es la cifra de Vignere. En esta metodo, la clave es una tabla bidimensional (26x26), en la que cada fila es un permutación de 26 caracteres (A a Z). Para sustituir un carácter, el algoritmo busca la posición del carácter en el texto, que utiliza como fila , y la posición del carácter en el alfabeto (A es 1, B es 2, y asi sucesivamente), que utiliza como columna. El algoritmo remplaza el carácter con el carácter situado en la tabla en la fila y columna correspondiente.
Cifrado por transposición Un metodo inclusie mas seguro es el cifrado por transposición , en el que los caracteres mantienen la forma que tienen en el texto nativo pero cambian sus posiciones para crear el texto cifrado. El texto se organiza en una tabla de dos dimensiones, y las columnas se intercambian de acuerdo a una clave. Por ejemplo, podemos organizar el texto nativo en una tabla de once columnas y reorganizar las columnas de acuerdo a la clave que indica la regla de intercambio. Como habra adivinado el cifrado por transposición no es muy seguro tampoco. Se mantienen las frecuencias de los caracteres y un escuchador puede encontrar el texto nativo mediante intentos sucesivos.
3.3
Autenticación La autenticación significa verificar la identidad del emisor. En otras palabras, una técnica de autenticación intenta verificar que un mensaje procede de un emisor autentico y no de impostor. Aunque se han desarrollado muchos metodos de autentificación , se tratara solo el metodo denominado firma digital ,que se basa en cifrado de clave publica. El concepto de firma digital es similar a la firma que se hace un documento realiza una transacción en un banco. Para retirar grandes cantidades de dinero de un banco, debe ir al banco y rellenar un impreso de retirada de efectivo. El banco requiere que firme este impreso y almacene el impreso firmado. Se requiere la firma en caso de que se realice cualquier consulta posterior sobre la autorización de la retirada de efectivo. SI, por ejemplo usted dice mas tarde que nunca retiro el
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dinero de la cuenta, el banco le puede mostrar su firma (o mostrarla a un juez) para desmostrar que si lo hizo. En transacciones por red , usted no puede firmar personalmente la solicitud de retirada de dinero. Usted, sin embargo, puede crrear el equivalente de una firma digital o electrónica cuando envia los datos. Una implementacion utiliza la reciprocidad de RSA. Como se ya se dijo antes, Kp y Ks son reciprocas. Las firmas digitales añaden otro nivel de cifrado y descifrado al proceso discutido anteriormente. En esta ocacion , sin embargo, la clave secreta es almacenada por el cliente mientras que la correspondiente clave publica es utilizada por el banco. En este caso, el cliente utiliza una clave publica y una clave secreta y el banco utliliza una clave secreta y publica.
3.5. Compresión de datos Incuso con un medio de transmisión muy rapido, hay siempre necesidad de enviar datos en muy poco tiempo. La comprensión de datos reduce el numero de bits enviados. La comprensión de datos es particularmente importante cuando se envian datos que no son puro texto, como el sonido o el video. Los metodos utilizados para comprimir datos se dividen generalmente en dos amplias categorías: con perdida y sin perdida. Compresión sin perdida En la comprensión de datos sin perdida, los algoritmos de compresión y descompresion son normalmente el inverso uno del otro. En otras palabras después de la descompresion, se obtendran los datos exactos tal y como estaban antes de la compresión. No hay ninguna perdida. Compresión con perdida Si la informacion descomprimida no nesecita ser una replica exacta de la informacion original sino algo muy parecida, se puede utilizar el metodo de descompresion de datos sin perdida, Por ejemplo, en transmisión de video, si una imagen no tiene fuertes discontinuidades, despue de la transformación a una expresión matemática, la mayoria de la informacion se encuentra contenida en
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unos pocos terminos. Enviar solo estos terminos puede permitir la reproducción del marco con suficiente presicion . Estos terminos se denominan metodos de compresión con perdida debido a que pierden algunos datos originales en el proceso. Varios metodos han sido desarrollado9s utilizando técnicas de compresión con perdida JPEG (Asociación de grupos expertos en fotografia) y MPEG (Grupo de expertos en imagenes en movimiento).
3.6. Seguridad en redes Los requisitos en la seguridad de la informacion dentro de un organismo han sufrido principalmente dos cambios en la ultimas decadas. Antes de que se extendiera la utilización de los equipos de procesamiento de datos, la seguridad de la informacion, que era de valor para una institución se conseguia fundamentalmente por medios fisicos y administrativos. Como ejemplo del primer medio es el uso de cajas fuertes con combinación de apertura para almacenar documentos confidenciales. Un ejemplo del segundo es el uso de procedimientos de investigación de personal durante la fase de contratación. Con la introducción de los computadores, fue evidente la necesidad de herramientas automaticas para proteger ficheros y otra informacion almacenada en los computadores. Este es especialmente el caso de los sistemas miltiusuarios, como con los sistemas de tiempo compartido,y la necesidad es mas aguda para sistemas a los que se puede acceder desde telefonos publicos o redes de datos. El termino generico del campo que trata las herramientas diseñadas para proteger los datos y frustar a los piratas informaticos es seguridad en computadores. Aunque este es un topico muy importante, esta fuera del ambito de este libro y sera tratado muy brevemente. El segundo cambio relevante, que ha afectado a la seguridad, es la introducción de sistemas distribuidos y la utlilizacion de redes y facilidades de comunicación para transportar datos entre las terminales de usuarios y computadores, y de computador a computador. Las medidas de seguridad en red son necesarias para proteger los datos durante su transmisión y garantizar que los datos transmitidos sean autenticos.
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Virtualmente la tecnología esencial subyacente en todas las redes automaticas y las aplicaciones de seguridad en computadores es el cifrado. Existen dos técnicas fundamentales en uso: cifrado convencional, tambien conocido como cifrado simétrico, y el cifrado con clave publica, tambien conocido como cifrado asimétrico. Conforme examinemos las diversas técnicas de seguridad en red, se exploraran los dos tipos de cifrado. Requisitos y amenazas a la seguridad Para ser capaz de entender los tipos de amenazas a la seguridad que existen, conviene definir los requisitos en seguridad. La seguridad en computadores y en redes implica tres requisitos:
Secreto: requiere que la informacion en un computador sea accesible para lectura solo por los entes autorizados. Este tipo de acceso incluye la impresión, mostrar en pantalla y otras formas de revelación que incluye cualquier forma de dar a conocer la existencia de un objeto. Integridad: Requiere que los recursos de un computador sean modificados solamente por entes autorizados. La modificación incluye escribir, cambiar, cambiar de estado, suprimir y crear. Disponibilidad: requiere que los recursos de un computador esten disponibles a los entes autirizados. ATAQUES PASIVOS Las agresiones pasivas son el tipo de escuchas, o monitorizaciones, de las transmisiones. La meta del oponente es obtener información que esta siendo transmitida. Existen dos tipos de agresiones : divulgación del contenido de mensaje y análisis de trafico. La divulgación del contenido de un mensaje se entiende fácilmente. Una conversación telefónica, un mensaje de correo electrónico, un fichero transferido puede contener informacion sensible o confidencial. Asi, seria deseable prevenir que el oponente se entere del contenido de estas transmisiones. El segundo tipó de agresión pasiva, el análisis del trafico, es mas util. Suponga que tenemos un medio de enmascarar el contenido d3e los mensajes u otro tipo de trafico de informacion, aunque se capturan los mensajes, no se podria extraer la informacion del mensaje. La técnica mas comiun para enmascarar el contenido
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es el cifrado. Pero incluso si tenemos protección del cifrado, el oponente podria ser capas de observar los modelos de estos mensajes. El oponente podria determinar la localización y la identidad de los computadores que se estan comunicando y observar la frecuencia yla longitud de los mensajes intercambiados. Esta informacion puede ser util para extraer la naturaleza de la comunicación que se esta realizando. Los ataques pasivos son muy difícil de detectar ya que no implican la alteración de los datos . sin embargo, es factible prevenir el éxito de estas agresiones. Asi, el énfasis para tratar estas agresiones esta en la prevención antes que la detección ATAQUES ACTIVOS Los ataques activos suponen alguna modificación del flujo de datos o a la creación de flujos falsos y se dividen en cuatro categorías: enmascaramiento, repetición, modificación de mensajes y denegación de un servicio. Un enmascaramiento tiene lugar cuando una entidad pretende ser otra entidad diferente. Una agregación de enmascaramiento normalmente incluye una de las otras formas de agresión activa. Por ejemplo se puede captar una secuencia de autentificación y reemplazarla por otra secuencia de autentificación valida, asi se habilita a otra entidad autorizada con pocos privilegios extras suplantando a la entidad que los tiene. La repetición supone la captura pasiva de unidades de datos y su retransmisión secuente para producir un efecto no autorizado. La modificación de mensajes significa sencillamente que alguna porcion de un mensaje legitimo se altera, o que el mensaje se retrasa o se reordena para producir un efecto no autorizado. Por ejemplo, un mensaje con un significado (Permitir a John Smmith leer el fichero confidencial de cuentas) se modifica para tener el significado (Permitir a Fred Brown leer el archivo confidencial de cuentas). La denegación de un servicio previene o inhibe el uso o gestion normal de las facilidades de comunicación. Esta agresión puede tener un objetivo especifico: por ejemplo, una entidad puede suprimir todos los mensajes dirigidos a un destino particular (por ejemplo, al servicio de vigilancia de seguridad). Otro tipo de
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denegación de servicio es la perturbación sobre una red completa, deshabilitándola o sobrecargándola con mensajes de forma que se degrade su rendimiento. Las agresiones activas presentan características opuestas a las agresiones pasivas. Mientras una agresión pasiva es difícil de detectar, existen medidas disponibles para prevenirlas. Por otro lado, es bastante difícil prevenir una agresión activa, ya que para hacerlo se requeriría protección física constante de todos los recursos y de todas las rutas de comunicación Por consiguiente, la meta es detectarlas y recuperarse de cualquier perturbación o retardo causados por ellas. Ya que la detección tienen un efecto disuasivo, también puede contribuir a la prevención.
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ACTIVIDADES 1.
Por qué los métodos de cifrado convencionales no son adecuados para un banco?
2.
Cifre el siguiente mensaje utilizando un método de sustitución ESTE ES UN BUEN EJEMPLO: Sustituya cada carácter por su código ASCII
3.
Cuando una entidad de aplicación entrega a su entidad de presentación un dato, le indica el contexto de presentación al que pertenece ese dato. Para qué necesita la entidad de presentación esta información?
4.
La siguiente cadena de octetos representa un valor de un tipo primitivo ASN.1 codificado utilizando las VER. Averigua el tipo y el valor del dato: 00000110 00000110 00101011 00001010 10110111 11000100 01010000 00000011
5.
Cuál de las siguientes actividades puede ser considerada una potencial amenaza para la red de una empresa?
6.
El personal de los servicios diarios de mensajería que dejan o recogen paquetes
7.
Los antiguos empleados que abandonan la empresa debido a reducciones de personal
8.
Un empleado que esté viajando por cuenta de la empresa a una conferencia que se celebra en otra ciudad
9.
La empresa inmobiliaria de la que depende el edificio donde una organización tiene sus oficinas ha decidido instalar un sistema extintor para ayudar a reducir la probabilidad de que los incendios se propaguen
10.
Cuando se crea una firma digital, qué clave se utiliza para cifrar la firma?
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11. Indique qué es un cortafuegos o firewall 12. Para qué sirven los protocolos AH IPSec y ESP IPSec? 13. Cuál es el puerto predeterminado que HTTPS utiliza? 14. Cuál es el propósito principal de un certificado en un explorador? 15. Describa brevemente cómo funciona una VPN 16.
Indique cuál es uno de los problemas principales con los cifrados de sustitución
17.
Suponga que una organización utiliza VPN para conectar de manera segura sus sitios a Internet. Hay alguna necesidad de que un usuario, Jim , de esta organización utilice la encriptación o cualquier otro mecanismo de seguridad para comunicarse con otro usuario, María, de la organización?
18. Dé dos razones por las cuales PGP comprime mensajes 19.
Visite el sitio comp.security.misc y discuta sobre un tema de seguridad en computadores y encriptación.
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El rincón del erudito
El cultivo del arte de amar requiere disciplina, concentración y paciencia. Y requiere tambien humildad, coraje y fe. (E. Fromm)
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ALCALDE, EDUARDO Y JESÚS GARCÍA TOMÁS (1993) . Introducción a la Teleinformática, McGrawHill. GARCÍA, LEÓN Y WIDJAJA ( 2002). Redes de comunicación, McGrawHill. STALLINGS, WILLIAM (2000). Comunicaciones y redes de computadores, Prentice Hall. http://www.cisco.com
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CAPAS SUPERIORES Capítulo 4: Capa de Aplicación
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer las características de la capa de Aplicación
Distinguir las funcionalidades de la capa de Aplicación
Identificar los protocolos de la capa de Aplicación
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INTRODUCCIÓN El nivel de aplicación es el ultimo dentro de la jerarquía OSI. A diferencia del resto de los niveles, sus usuarios son procesos de aplicación en vez de entidades de un nivel OSI superior. El l nivel de aplicación ofrece a sus usuarios un conjunto de servicios que facilitan la construcción de aplicaciones que que hicieron necesaria y util la existencia de la res de computadores. Describiremos en este capitulo la organización interna del nivel de aplicación, asi como el conjunto de herramientas que se ofrecen para este diseño de aplicaciones OSI. En la arquitectura basica de la internet el nivel de aplicación no es tan complejo como en OSI. Las aplicaciones se implementan directamente sobre TCP o UDP. Sin embargo, poco a poco se van implementando nuevos protocolos por encima del nivel de transporte que no esten ideados para una aplicación concreta, sino para dar soporte a la realización de nuevas. 4.1
Características El séptimo nivel de l modelo OSI es el nivel de aplicación contiene cualquier funcion requerida por el usuario-por ejemplo, el correo electrónico- y como tal, ninguna estandarizacion en general es posible. Sin embargo, la ITU-T ha reconocido que hay varias aplicaciones en comunes para las cuales la estandarizacion es posible. Se van a examinar cinco de estas aplicaciones aquí; terminal virtual (VT); sistemas de directorios (DS); y el protocolo comun de gestion de informacion (CMIP). Sistema de gestion de mensajes (MHS)
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El (sistema de gestion de mensajes MHS, Message Handling System) es el protocolo en el que se fundamemta el correo electrónico y el mecanismo de almacenamiento y reenvio. Deriva de la series X.400 de ITU-T. MHS es el sistema utilizado para enviar cualquier mensaje (incluyendo copias de datos o archivos) que puedan ser entregados mediante un esquema de almacenamiento y reenvio. La entrega con almacenamiento y reenvio significa que en lugar de abrir un canal activo entre el emisor y el receptor, el protocolo ofrece un servicio de entrega que reenvia el mensaje cuando el enlace se encuentra disponible. En la mayoria de protocolos utillizados para compartir informacion, tanto el emisor como el receptor deben ser capaces de participar en el intercambio concurrente. El sistema de emtrega puede no ser capaz de transmitir el mensaje inmediatamente, en cuyo caso almacena el mensaje hasta que cambien las condiciones. Cuando el mensaje es entregado, se almacena en el buzon del receptor hasta que este sea pedido. EL sistema de correo ofrece regular ofrece una analogía con la gestion del mensaje OSI: un emisor compone una carta, escribe la dirección y la deposita en un buzon para su posterior recogida. El cartero recupera las cartas y las lleva a la oficina postal. El servicio postal encamina las carta a travez de las oficinas postales necesarias hasta llevar a la oficina que sirve a la dirección del receptor. Otro cartero entrega la carta en el buzon del destinatario. Finalmente, el destinatario comprueba su buzon y encuentra la carta.
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De igual forma, en sistema de correo electrónico, el usuario deposita un mensaje electrónico con un sistema de entrega de correo electrónico. El sistema de entrega coopera con otro sistema para transferir el mensaje al buzon del receptor. Estructura del MHS Cada usuario se comunica con un programa o proceso denominado agente de usuario (UA). El UA es el unico para cada usuario (cada usuario recibe una copia del programa o proceso). Un ejemplo de UA es el programa de correo electronico asociado con un isitema operatovo especifico que permite al usuario editar mensajes. Cada usuario tiene un almacen de mensajes (MS), que consta de un espacio de disco en un sistema de almacenamiento de correo y se conoce normalmente como buzon. El almacen de mensajes puede utilizarce para ordenar, enviar o recibir mensajes. El almacen de mensajes se comunica con una serie de procesos denominados agentes de transferencias de mensajes (MTA). Los agentes de transferencias de mensajes son como los diferentes departamentos de una oficina postal. Los MTA combinados dan lugar a un sistema de transferencia de mansajes (MTS). Formato de mensaje
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El estandar MHS define el formato de un mensaje, el cuerpo del mensaje se corresponde con el material (al igual que una carta) que va dentri del sobre del correo convencional. Cada mensaje puede incluir la direccion (nombre) del receptor, el asunto del mensaje y una lista de posibles receptores del mensaje.
4. 2. Transferencia, acceso y gestion de archivos (FTAM) El protocolo de transferencia, acceso y gestion de archivos (FTAM, File Transfer,Acces, and Management) se utliliza para transferir (Copiar), acceder (leer,escribir o modificar), y gestionar (controlar) archivos. Los archivos se almacenan de forma distinta en sistemas diferentes . En un entorno UNÍS, un archivo es una secuencia de caracteres (bytes). En un entorno MVS de IBM, por otro lado, un archivo es una colección de registros. La organización de un archivo depende del sistema operativo utilizado. Archivos virtuales y almacenes de archivos Para permitir la interaccion de diferentes sistemas, FTAM utiliza el concepto de archivos virtuales y almacenes de archivos virtuales.Un almacen de archivos virtuales es un modelo independiente de la implementacion para archivos y base de datos que puede utilizarce como intermediario para la transferencia, acceso y gestion de archivos. El concepto de almacen de archivos para archivos es similar al concepto de ASN.1 (descrito anteriormente en este capitulo como parte del nivel de presentación) para datos. FTAM se basa en acceso asimétrico a un archivo virtual. Por asimétrico se quiere indicar que cada transacción requiere un iniciador y un elemento que responda. El iniciador solicita la transferencia, el acceso o la gestion de un archivo al elemento que responde. Este crea un modelo de archivo virtual de su archivo real y permite que el iniciador utlice el modelo virtual en lugar del archivo real. Debido a que el modelo es software, puede diseñarse de forma diferente el hardware y del sistema operativi. El modelo tambien crea una separación segura entre el archivo al que el iniciador puede acceder y otros en el mismo almacenamiento real.
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Atributos y contenido La creación de un almacen de archivos virtuales se basa en dos aspectos de un archivo en cuestion: los atributos y el contenido. Los atributos de un archivo son el conjunto de propiedades o medidas de seguridad utilizadas para controlar el contenido o el acceso. FTAM distingue entre dos tipos diferentes de atributos: por contenido y por acceso. Los atributos por acceso son las medidas de seguridad que controlan el acceso al archivo. 4.3 Terminal Virtual (VT) Una de las mas aplicaciones definidas en el modelo OSI es el termunal virtual (VT, Virtual Terminal).
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Acceso remoto Normalmente, el acceso a una estacion (como una minicomputadora, una estacion de trabajo o un mainframe) se realiza a traves de un terminal. Los terminales se encuentran físicamente conectados con la estacion. Esta conexión física se conoce como acceso local, cada estacion contiene un software (denominado controlador de terminales) diseñado para ofrecer una interfaz con el tipo de terminal especifico normalmente conectado a ella. Por ejemplo, una computadora IBM esta diseñada para comunicarse con terminales IBM, las computadoras DEC estan diseñadas para comunicarse con terminales IBM, las computadoras DEC estan diseñadas para comunicarse con DEC, y asi sucesivamente. Una de las atracciones de las redes, sin embargo, es la capacidad para entrar en una estacion desde un terminal que no esta directamente conectado con ella. El terminal del usuario se conecta a una estacion local, que se conecta a su vez a traves de la red con una estacion remota. Si el terminal y la estacion remota son del mismo tipo (ambos IBM, por ejemplo), entonces la red meramente actua como un enlace local extralargo. Los problemas aparecen, sin embargo, cuando un terminal de un tipo desea conectarse (remota o localmente) a una estacion de otro tipo. Una maquina diseñada para comunicarse con cualquier otro tipo de terminal del mucho requeriria cientos de controladores de terminales. El reto para los diseñadores del modelo OSI fue crear un mecanismo que permitiera que cualquier terminal tuviese acceso a cualquier computadora a pesar de la incompatibilidad hardware. Terminal virtual El problema se ha resuelto construyendo un terminal virtual (VT) Un terminal virtual es un terminal imaginario (un modelo software para un terminal) con un conjunto de características estandar que todas las estaciones entienden. Es una versión software de un terminal fisico.
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Un terminal que desea comunicarse con una estacion remota se comunica con su estacion local. La estacion local contiene un software VT que traduce los datos solicitados o recibidos desde el terminal real a un formato intermedio utilizado por el terminal virtual. Los datos reformateados viajan por la red hasta la estacion remota. La estacion remota pasa la transmisión por su propio software VT, que la transforma desde su formato VT al formato utilizado por los terminales propios de la estacion remota . La estacion remota por lo tanto recibe la entrada como si fuera de una estacion local (el terminal virtual). Después de procesar la petición, la estacion remota puede devolver una respuesta que sigue el mismo procedimiento pero en el sentido inverso. 4.4. Servicio de directorios (DS) El servicio de directorios (DS, Directory Services) del modelo Osi fue diseñado de acuerdo al estandar X.500 de la ITU-T. Un directorio es una fuente global de informacion sobre muchos objetos diferentes . Un servicio de directorios OSI. El tipo de informacion que almacena un directorio varia de acuerdo al tipo de objeto. Para el usuario del dervicio de directorios , toda esta informacion aparece almacenada como en una unica base de datos, localizada en una unica estacion. En la realidad, esta organización seria muy poco practica. Un directorio es una base de datos distribuida ,en la que cada estacion solo almacena una parte. El mecanismo de acceso, sin embargo, esta estructurado para que los usuarios puedan recuperar toda la informacion a partir de un unico puerto de entrada. (Observe que el usuario del servicio de directorio puede ser una persona o una aplicación.) DIB La informacion contenida en el directorio se denomina base de informacion de directorio (DIB). Se almacena como un conjunto de entradas, cada una de las cuales describe un objeto. Una entrada puede constar de varias partes, cada una de las cuales describe un atributo diferente del objetivo de la organización, la dirección de correo, el numero de telefono y otra informacion similar. La estructura entera se organiza como un arbol de diferentes niveles de generalidad en cada rama.
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DUA y DSA Los usuarios obtienen acceso al servicio de directorios mediante un mecanismo denominado agente de usuario de directorio (DUA, directory User Agent). El DUA se comunica con una o mas entidades denominadas agentes del sistema de directorios (DSA, Directory System Agents) contenidos dentro del sistema de directorios. El DUA pasa una petición de informacion a un DSA. Si el DSA sabe el lugar donde se encuentra la informacion , o rellena la informacion o la pasa a otro DSA con el acceso necesario, y asi sucesivamente. La informacion solicitada es recuperada y pasada de vuelta a traves de los sucesivos DSA hasta el DUA. Si un DSA no sabe como rellenar la petición, tiene tres opciones:puede reenviar la petición a un DSA con acceso a un niel diferente del arbol; puede difundir la petición y esperar una respuesta, o puede devolver un informe notificando el fallo al DUA. 4.5. Protocolo comun de gestion de informacion (CMIP) ISO y la ITU-T, trabajando juntos han desarrollado una serie de servicios para la gestion de un sistema osI. Los servicios de gestion mas importantes de OSI se denominan servicios comunes de gestion de informacion (CMIS, Common Management Information Services). El protocolo para implementar estos servicios se denomina protocolo comun de gestion de informacion (CMIP, Common Managemente Information Protocol). Toda gestion CMIP se lleva a cabo monotorizando y manipulando la comunicación entre entidades OSI denominadas objetos gestionados. Un objeto gestionado es un recurso de red, como una estacion de trabajo, un conmutador, un encaminador de software o hardware, programas de colas, etc. CMIP permite a los usuarios realizar acciones sobre objetos gestionados (incluyendo cambiar su estado para objetos de prueba y eficiencia) y recuperar datos sobre estados de esos. Mediante el registro de los datos capturados (por tiempo) y el cambio de las opciones de un objeto gestionado y la monitorización de la respuesta, un usuarios puede evaluar las prestaciones de un sistema e identificar los problemas que pueden aparecer.
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ACTIVIDADES 1.
Cuál es el número de puerto utilizado por ftp para transferir datos?
2.
Para qué se utiliza SMTP?
3.
Para qué se utiliza MIME?
4.
Investigue sobre middleware
5.
Un disco compacto contiene 650 MB de datos. La compresión se utiliza para CD de audio? Explique
6.
Un error de 1 bit en una trama MPEG puede dañar más que la trama en la que ocurrió el error? Explique su respuesta
7.
Los sistemas de correo electrónico necesitan directorios a fin de que se puedan buscar las direcciones de correo electrónico de las personas. Para construir tales directorios y para que la búsqueda sea posible, los nombres deben dividirse en componentes estándar (por ejemplo, nombre, apellido) Mencione algunos problemas que deben resolverse a fin de que un estándar mundial sea aceptable.
8.
Los sistemas de correo electrónico difieren en la manera en la que se tratan los recipientes múltiples. En algunos sistemas, el agente usuario origen o emisor de correo hace todas las copias necesarias y éstas se envían de forma independiente. Un enfoque alternativo es determinar primero la ruta de cada destino. Después se envía un único mensaje en la parte común de la ruta y se hacen solamente copias cunado las rutas divergen; este proceso se conoce como empaquetamiento de correo(mailbagging). Discuta las ventajas y desventajas de los dos métodos.
9.
Suponga que desea comprobar el tiempo de respuesta de un servidor web. Qué características debería tener la herramienta de medida? Como se debería diseñar?
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Dios hizo los abismos par a que el ser humano comprendiera las montañas. (Platigórsky)
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ALCALDE, EDUARDO Y JESÚS GARCÍA TOMÁS (1993) . Introducción a la Teleinformática, McGrawHill. GARCÍA, LEÓN Y WIDJAJA ( 2002). Redes de comunicación, McGrawHill. STALLINGS, WILLIAM (2000). Comunicaciones y redes de computadores, Prentice Hall. http://www.cisco.com
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CAPAS SUPERIORES Capítulo 5: Otras tecnologías de interconexión
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer otras tecnologías de interconexión WAN
Distinguir las funcionalidades de las tecnologías WAN
Identificar los componentes de las tecnologías W AN y el estado del arte de las mismas
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INTRODUCCIÓN El desarrollo de otras avanzadas tecnologías han sido motivadas por la necesidad de transmitir información de manera efectiva y confiable. Gracias a estos nuevos desarrollos surgen novedosas aplicaciones incentivadas por el proceso de globalización de la economía a nivel mundial y el valor que la información ha adquirido dentro de estos procesos. La videoconferencia, uno de los modelos de comunicación más impactantes de nuestros tiempos, es una solución que trae tras de sí cambios estructurales en el modelo de vida, haciendo la comunicación más personalizada y con mayores posibilidades. Existen otras aplicaciones que día a día van surgiendo con el abaratamiento de los costos de conexión. 5.1. X.25 X.25 es el estandar definido por el CCITT, que permite la intercomunicación entre un ETD y un ECD para el acceso a redes de conmutación de paquetes. No hay que confundir el tipo de acceso con la red;X.24 se refiere exclusivamente a la comunicación ETD-ECD y no a la red, aunque en el lenguaje coloquial se hable de redes X.25. El acceso a X.25 El acceso a X.25 se realiza a través de lo que se denomina llamada virtual o circuito virtual conmutado, o a través de un circuito virtual permanente. El adjetivo (virtual) significa que no existe ningún circuito físico concreto que se asocie al procedimiento de transferencia, pues se trata de una red de conmutación de paquetes, sino que se utilizan grupos de circuitos físicos, de modo que al usuario le parezca que se ha establecido una conexión física, aunque realmente esta empleando un conjunto de recursos de la red organizados de un modo adecuado. El intercambio de datos en X.25 se realiza a través de paquetes, que hacen posible el fraccionamiento de los mismos, y garantizar la entrega ordenada del mensaje al receptor. Hay numerosas posibilidades de acceso a una red X.25 directamente o a través de la RTB, con terminales de modo carácter o de modo paquete, o incluso desde otras redes de datos, como estudiaremos mas adelante.
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La recomendación X.25 se refiere a las tres capas del menor nivel del modelo OSI y ha sido aceptada internacionalmente. Nivel Fisico El nivel fisico de la recomendación X.25 se hace recomendaciones X.25 y X.21 bits. La norma X.21 dicta la normativa de conexión entre un ETD y un ECD en entornos sincronos para redes publicas de datos. En cambio. La norma X.21 bis se encarga del empleo de los ETD con modens sincronos. Tambien se admiten otras normas equivalentes como la RS-232-C, V.24, V.28, etc. (Unidad Didáctica 2) Nivel de enlace En el nivel de enlace, X.25 utiliza dos procedimiento denominados LAP (Link Acces Procedure) y LAPB, que es similar al LAP, pero balanceado. LAP a quedado obsoleto, no todas las redes lo soportan, y las que lo hacen lo mantienen por compatibilidad con versiones antiguas de redes de conmutación de paquetes .. Estos procedimientos son compatibles con el protocolo HDLC de OSI, ya que estudiamos en la unidad didáctica. 4. las transmisiones se efectuan en modo duplex. Las tramas, por tanto, son similares a las descritas para HDLC. Es posible la comunicación entre dos terminales utlilzando un unico enlace (procedimiento multienlace). Con los procedimientos multienlace se distribuyen adecuadamente el flujo de datos entre los diversos canales disponibles. La forma de la trama varia algo en el campo de control según el modo de enlace elegido. El control control de flujo se realiza, como en HDLC, a traves de los numeros de secuencia, puesto que X.25, en el nivel de enlace, es un protocolo de ventana deslizante. Ademas, se definen una serie de estados para el interface X.25 que le permiten o impiden realizar ciertas operaciones. Los distintos tipos de tramas haran que el interface cambie de un estado a otro, regulando el flujo de datos y el control de la comunocacion. Nivel de red o paquete
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El trafico en el nivel de red se organuza de modo que los paquetes se agrupan en canales lógicos,numerados de 0 a 255, y estos , a su vez, en grupos lógicos numerados de 0 a 15, aunque no esta permitida la combinación (0.0). El modo en que se asignan los canales y los grupos lógicos difieren en funcion de si se tratara de una llamada virtual o de un circuito virtual permanente. En este nivel de red pueden emitirse los tipos de paquetes que enumeramos a continuación. Debe tenerse en cuenta que cada tipo existen dos versiones: los emitidos por la red (paquetes de indicación) y los emitidos por el ETD (paquetes de petición)
De conexión y desconexion de llamada De transpórte de datos e interrupciones De reinizacion del interface y de control de flujo De arranque del interface en el nivel de paquetes
Utilidades En X.25, los usuarios pueden tener una serie de facilidades opcionales para personalizar la red y adecuarla a sus necesidades. •
•
• • •
Grupo cerrado de usuarios. En esta caso se define un grupo de usuarios que pueden comunicar entre si sin que nadie pueda entrar en sus comunicaciones . Los miembros del grupo tampóco pueden comunicar con el exterior. Esta es una forma de crear una red virtual utilizando una red publica como mecanismo de transporte. Grupo cerrado con acceso de salida. Es un caso semejante al descrito anteriormenta, en el se permite que los miembros del grupo puedan realizar conexiones con el exterior, aunque solo puedan recibir llamadas de otros miembros del grupo. Cobro revertido Negociación de los parámetros de control de flujo. Capacidad de subdireccionamiento, multiples direcciones, redirección de una llamada y posibilidad de abreviar una dirección
El PAD queda definido con las siguientes tres recomendaciones, que deben emplearse conjuntamente 5.2. RDSI
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La red telefónica se ha digitalizado con el transcurso del tiempo. En una primera fase se digitalizaron las centrales telefónicas después las comunicaciones entre centrales. En ultimo lugar se han empezado a digitalizar tambien los bucles de abonado, es decir, la comunicacion es digital de extremo a extremo. Este ultimo caso es el ofrecido por la RDSI, que procede de la evolucion de la RTB. Otro objetivo importante de la RDSI es integrar todos los servicios telemáticos en una sola red y a traves de una unica linea de transmisión. Esto hace que el sistema de señalización de la red deba ser tan potente como flexible. Para conseguir este objetivo, la RDSI ha elegido el sistema de señalizacion por canal comun numero 7, propuesto por el CCITT. Este sistema utiliza diferentes vias para separar la transmisión de informacion de usuario de la informacion del control de la red. Características principales de la RDSI El CCITT define la RDSI como la red que procede por evolucion de la Red Digital Integrada (RDI) y que facilita conexiones digitales extremo a extremo para proporcionar una ampia gama de servicios, tanto de voz como de otros tipos, y a la que los usuarios acceden a traves de un conjunto definido de interfaces normalizados. Existen dos tipos •
•
RDSI-BE o RDSI de banda estrecha. Trabaja con conexiones conmutadas de 64Kbps, aunque esta previsto llegar hasta los 2 Mbps. RDSI-BA o RDSI de banda Ancha. Prevé trabajar con velocidades de conmutación superiores, lo que permitirá servicios de transmisión de muy alta velocidad: distribución de TV, videotelefonía de alta calidad, etc.
Estructura y componentes de la RDSI La CCITT define una serie de puntos de referencia para las instalaciones RDSI, considerados como separaciones entre distintas unidades funcionales en las instalaciones del usuario o de la compañía telefónica.
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Punto de Referencia S: Se sitúa en el interface entre el usuario y la red; por tanto, es el punto de conexión física de los terminales del abonado a la red. El interface consta de cuatro hilos, dos para emisión y otros dos para recepción.
Punto de Referencia T: Se sitúa en la separación entre los equipos de transmisión de línea y la instalación del abonado. Sus características mecánicas y eléctricas son idénticas a las del punto de referencia S. Punto de Referencia U: Es el interface entre las instalaciones del abonado y la central telefónica a la que se haya conectado. Físicamente se constituye como un bucle de abonado de dos hilos, método convencional en las conexiones comunes de la Red telefónica. Punto de Referencia V: Es el interface entre los elementos de transmisión y los de conmutación para la central RDSI local. Punto de Referencia R: Representa el punto de conexión de cualquier terminal normalizado que no se pueda conectar directamente a la RDSI. Requiere, por tanto, la instalación de un adaptador AT apropiado para cada tipo de terminal.
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Canal de acceso a la RDSI La transferencia de datos digitales en RDSI se realiza a través de una serie de canales a modo de vías de transferencia de información. Están definidos tres tipos de canales: Canal B: Permite transmisiones de información de usuario a una velocidad de 64 Kbps Canal D: transporta la señalización entre el interface de usuario y la red, aunque también puede transmitir información de usuario a baja velocidad. Un canal D puede transmitir a 16 Kbps o a 64 Kbps, según del modo de acceso a la red del abonado. Canal H: Son canales que permiten la transferencia de información de usuario a velocidades superiores a 64 Kbps. Existen tres modos distintos para este canal H: Canal H0: Transmite a 384 Kbps, equivalentes a 6 canales de 64 Kbps Canal H11. Transmite a 1536 Kbps, equivalentes a 24 canales de 64 Kbps. Canal H12. Transmite a 1920 Kbps, equivalentes a 30 canales de 63 Kbps. Tipos de acceso del abonado Los canales estudiados anteriormente se combinan entre sí para formar distintas modalidades de acceso para el usuario. Acceso Básico Consiste en la asociación de dos canales de tipo B más uno de tipo D a 16 Kbps (2B+D). Los canales de tipo B se utilizan para la transmisión de datos de usuario, mientras que el canal de tipo D se emplea para la señalización. Permite una conexión máxima de ocho terminales.
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En el lado de las instalaciones del usuario (punto de referencia S), la velocidad de transmisión es equivalente a dos canales B, uno D, información de sincronismo, control y mantenimiento; lo que suma una velocidad total de 192 Kbps con cuatro hilos. En el lado de red (punto de referencia U), la velocidad de transmisión es de 160 Kbps, dúplex. El medio de transmisión utilizado es el par de cables del bucle de abonado convencional. Acceso Primario Se compone de la asociación de 30 canales B y un canal D a 64 Kbps(30B+D), proporcionando una velocidad de 2 Mbps. También se permiten otras combinaciones de canales que no superen los 2 Mbps, por ejemplo: 5H0+D, H12+D, etc. 5.3Frame Relay Nace a partir de la estandarización de ISDN. Es una versión mejorada de X.25. Aprovecha las ventajas de la conmutación de circuitos. Elimina el exceso de desconfianza en la línea usada en X.25. La multiplexación ya no se lleva a cabo en el nivel 3. Simplifica la situación dejando el control de flujo y de errores a los nodos finales. Buen complemento para TCP/IP las diferencias claves entre FRAME RELAYy X.25 son:
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FRAME RELAY multiplexa en nivel 2, X.25 en nivel 3
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No existe control de flujo/error salto a salto sino pto-a-pto en FRAME RELAY No se especifica nivel de red Frame Relaydefine frames que van entre 1 K y 8K
Las velocidades de operación van entre 64 y 2048 Kbps de forma similar a X.25
•
Frame Relay especifica sólo la interfaz de usuario a la red
•
Frame Relay ofrece los servicios típicos de paquetes conmutados: PVCs SVCs Estos no son paquetes conmutados son frames conmutados
•
Frame Relay: define el ancho de banda asegurado para cada C.V. (QoS)
•
CIR define el ancho de banda que el cliente contrata
EIR margen de tolerancia que el cliente puede “pasarse” al Frame Relay los frames son marcados como descartables CIR y EIR permiten mejorar la utilización de la red Arquitectura de Frame Relay Formada por dos planos: De usuario De control • •
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Capa Física de Frame Relay
Funciona sobre cualquier protocolo sincrónico I.430 (BRI) de ISDN I.431 (PRI) de ISDN V.24 líneas dedicadas V.35 líneas dedicadas • • • •
Frame Relay fue especificado para trabajar con ISDN en su capa física Típicamente un router o switche está conectado a una DSU/CSU para una conexión V.35 Capa Enlace de Frame Relay
Red de conmutación de paquetes orientada a conexión: establecimiento previo de un CV, los frames son transmitidos en espera de un ACK. Se provee control de flujo en ambas direcciones en esta capa se detecta y recupera errores de transmisión y formato detecta y recupera frames duplicados o perdidos Frames LAPD (Control) Flag: 0111 1110 Dirección: C/R: distingue entre frames SAPI: identificador del servicio de acceso a la red TEI: identificador del terminal de usuario DLCI=SAPI+TEI Control: provee números de secuencia para los ACKs (campos P(S) y P(R)) FCS: código de detección y corrección de errores
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Frames LAPF (Datos) - I A diferencia del LAPD no existe campo de control y el campo de dirección es variable (2, 3 ó 4 Bytes Flag: 0111 1110 Dirección: C/R: distingue entre frames DLCI Sup/DLCI Inf: 10/16/23 bits que permiten que las conexiones lógicas sean multiplexadas en el canal DLCI=DLCI Sup+DLCI Inf EA=EA0+EA1: identifica el tamaño del campo dirección Flag: 0111 1110 Dirección: estos campos son usados en el control de congestión de FRAME RELAY FECN: es un aviso de congestión "hacia adelante" BECN: es un aviso de congestión "hacia atras" DE: bit que marca un frame como descartable FCS: código de detección y corrección de errores
Nivel Físico
Existen dos opciones: acceso conmutado y acceso integrado Acceso conmutado: se usa Frame Relay. como control de enlace, pero la conexión física está hecha con ISDN. Requiere acceso físico si el circuito no es conmutado acceso integrado: acceso directo a una red Frame Relay. con un modem digital. Nivel Enlace
Existen dos opciones: Usar mensajes de control de llamada "en banda" usando el DLCI=0 y un mensaje en el campo de información, usar mensajes de control de llamada “fuera de banda” usando LAPD Aspectos Básicos
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Se debe tener en primer lugar, una línea punto a punto entre el nodo y el switche Frame Relayque lo accesa a la red, esto puede hacerse usando PVCs o SVCs, en cada nodo Frame Relayexiste una tabla de conmutación donde está la asociación entre DLCI y el puerto de entrada con DLCI y el puerto de salida el valor del DLCI tiene significado local
Funcionamiento
Si existe un CV o se está usando PVCs, entonces se transmiten los datos. Caso contrario se señaliza para crear un CV (SVC en este caso). El campo DLCI es el que provee la conmutación en la red. Recordar que el valor del DLCI tiene validez local en el equipo de acceso se debe hacer la asociación entre DLCI y la interfaz o protocolo de red por el que entrarán los datos. Los frames accesarán ahora la red Frame Relay, una vez transmitidos, estos frames serán conmutados en cada nodo de acuerdo a las tablas de conmutación que existen en cada switche Frame Relay. Los DLCI no son direcciones de switches, sino identificadores locales, lo anterior mejora la eficiencia, pues el campo de dirección no se ocupase desprende también que los DLCI multiplexan las distintas conexiones Control de Tráfico Frame Relay-I Es el conjunto de acciones tomadas para manejar los datos a transmitir, con tal de que estos fluyan sin complicaciones y tratando de evitar problemas como la congestión (problema no ha empezado y se tiende a evitarlo) En Frame Relay, el control de tráfico se provee usando los valores de CIR y EIR CIR define el ancho de banda que el cliente contrata EIR margen de tolerancia que el cliente puede “pasarse” al Frame Relay El CIR debe asegurarlo la compañía proveedora de servicios en todo instante El CIR se especifica como un valor fijo al momento de crear un PVC. En el caso de los SVCs este valor de CIR puede negociarse entre los switches
La red Frame Relay. monitorea constantemente los datos transferidos por los usuarios de la red, si la velocidad de transmisión no supera el CIR no hay problemas.
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Si la velocidad de transmisión supera el CIR entonces: Si la velocidad de transmisión es menor que el valor EIR entonces los frames se transmisión, pero marcados como descartables (bit DE) Si la velocidad de transmisión es mayor que el valor EIR entonces los frames se descartan Control de congestión: conjunto de acciones tomadas en situaciones de problemas o de congestión (problema ya empezó y hay que tratar de arreglarlo) Frame Relay utiliza la técnica de descarte de frames. Descarta en primer lugar aquellos frames con DE=1, luego descarta los otros. Frame Relay también utiliza la técnica de avisos hacia delante y hacia atrás Los switches constantemente monitorean sus colas o buffers para determinar si existe o no una potencial congestión, pasado un cierto límite comienzan a enviarse avisos de congestión. BECN: bit que permite generar un aviso de congestión “hacia atrás”, va dirigido al emisor, avisando de la situación de congestión. La idea es que el transmisión emita frames a una tasa menor a la actual por el CV por el cual le llega el aviso (viene indicado por el DLCI del frame que avisa de la situación) FECN: bit que permite generar un aviso de congestión “hacia adelante”. La idea es que el rx sepa del problema (por el CV por el cual le llega el aviso) y de alguna forma esto se haga saber al transmisión por alguna otra vía alternativa
5.4 ATM El sistema de transferencia ATM Asynchronous Transfer Mode, modo de transferencia asíncrono está basado en la conmutación de células o paquetes de información de longitud fija. La célula es la entidad mínima de información capaz de viajar por una red
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ATM. Cada mensaje de usuario es dividido en células de idéntica longitud que son conmutadas por la red hasta que alcanzan su destino. El hecho de que las células sean de igual longitud permite que la conmutación se realice por hardware, lo que acelera significativamente las transmisiones. Teóricamente se pueden alcanzar velocidades del orden de los Gbps. Otra ventaja del sistema de conmutación de células consiste en que permite la integración del tráfico de distintas fuentes de información que requieren un flujo continuo; así se pueden mezclar voz, datos, vídeo, etc. ATM es la tecnología base para la construcción de la RDSI de banda ancha, puesto que permite conexiones de velocidad muy alta. Objetivos de diseño
Los diseñadores de ATM se enfrentaron a seis retos:
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La necesidad de un sistema de transmisión que optimizara el uso de los medios de transmisión de datos de alta velocidad como la f.o Los nuevos equipos y medios de tx son mucho menos susceptibles a la degradación por causa del ruido ATM es una tecnología que saca partido de ambos factores y de ese modo se maximiza la tasa de datos Era necesario un S que pudiera interactuar con los sistemas existentes como las diversas redes de paquetes y ofrecer una interconectividad de área ampia entre ellas sin reducir su efectividad o requerir su sustitución Era necesario un diseño que no fuera caro de implementar de forma que el costo no resultara una barrera para su adopción El nuevo sistema debe ser capaz de admitir y funcionar con las jerarquías de telecomunicaciones existentes (bucles locales, proveedores locales, portadores de largas distanciass, etc.) El nuevo sistema debe ofrecer un servicio orientado a la conexión para asegurar una entrega precisa y predecible Desplazar tantas funciones como sean posibles al hw (para aumentar la velocidad) y eliminar tantas funciones del software como sean posibles (para aumentar la velocidad). Los conmutadores, multiplexores y dispositivos de enrutamiento deben incorporar elaborados sistemas software para manejar los diversos tamaños de paquetes La interconexión entre redes de paquetes diferentes es lenta y cara en el mejor de los casos y en el peor imposible. Muchos de los problemas asociados con la interconexión basada en paquetes se solucionan adoptando el concepto de red de celdas
Celda: unidad pequeña de datos de tamaño fija
En una red de celdas que utiliza la celda como unidad básica de intercambio de datos todos los datos se cargan en celdas idénticas que pueden ser transmitidas de una forma uniforme y completamente predecible. Cuando paquetes de tamaños diferentes alcanzan una red de celdas desde una red tributaria se dividen en varias unidades de datos de igual long y se cargan en
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celdas. Las celdas son multiplexadas con otras celdas y encaminadas a través de la red. Debido a que cada celda es del mismo tamaño y éste es pequeño, se eliminan los problemas asociados con la multiplexación de paquetes de tamaño diferente VENTAJAS DE LAS CELDAS Una ventaja de este mismo escenario es que la alta velocidad de los enlaces junto con el pequeño tamaño de las celdas significa que las celdas de cada línea llegan a sus respectivos destinos como un flujo continuo De este modo una red de celdas puede gestionar tx de tiempo real como llamadas telefónicas sin que los participantes en la comunicación se percaten de que existe segmentación o multiplexación TDM ASÍNCRONO ATM utiliza multiplexación por división del tiempo asíncrono para multiplexar las celdas que vienen de diferentes canales Utiliza ranuras de tamaño fijo (tamaño de una celda) Los multiplexores ATM rellenan una ranura con una celda de cualquier canal de entrada que tenga una celda. La ranura está vacía si ninguno de los canales tienen una celda para enviar Identificadores En una red de circuitos virtuales, las conexiones virtuales necesitan identificarse para poder encaminas los datos de un sistema a a otro VPI Identificador de camino virtual VCI Identificador de circuito virtual ARQUITECTURA DE ATM
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ATM es una red de conmutación de celdas. Los dispositivos de acceso del usuario se denomina sistemas finales, se conectan mediante una interfaz usuario red UNI a los conmutadores de la red Los conmutadores se conectan mediante interfaces red NNI Los dispositivos de acceso del usuario se denomina sistemas finales, se conectan mediante una interfaz usuario red UNI a los conmutadores de la red Conexión virtual La conexión entre dos sistemas finales se realiza mediante caminos de transmisión TP, caminos virtuales VP y circuitos virtuales VC Un TP Camino Virtual es la conexión física (cable, satélite) entre el sistema final y un conmutador o entre dos conmutadores Un TP se divide en varios caminos virtuales VP Un VP ofrece una conexión o un conjunto de conexiones entre dos conmutadores Conexión virtual Las redes de celdas están basadas en VC Todas las celdas que pertenecen a un mismo mensaje siguen el mismo VC y mantienen su orden original hasta que alcanzan su destino 5.5. Servicios Línea de Abonado Hoy en día existen nuevas oportunidades: compañías de telefonía y tv por cable para ofrecer servicios de información interactivos empleando las redes actuales e Internet. Tecnologías que hacen posible esto son la línea de abonado digital DSL y los cable modems y están dirigidos a consumo doméstico. Pueden ser un servicio de interconexión de WAN de alta velocidad. DSL Digital Suscriber Line: Son Servicios de la línea de abonado digital son un producto reciente ofertado por las compañías de servicios de comunicación local con grandes expectativas como servicios de acceso de alta velocidad a Internet Características
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Proporcionan transmisión digital unidireccional utilizando dos pares de hilos (UTP) Es un tecnología extremo a extremo La señal no requiere conversión analógico digital Usa adaptadores inteligentes para dividir el cable de par trenzado en dos canales: hacia la red y desde la red upstream and downstream El canal downstream transmisión datos desde la red de la compañía telefónica hasta las instalaciiones del abonado Suministra un tremendo ancho de banda Puede transmisión el tráfico desde la red a velocidades de hasta 60 Mbps y tráfico hacia la red a velocidades que varíen entre 576 Kbps y 1 Mbps Los DSL son fáciles de configurar y sencillos
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Desventajas: • •
Aún en prueba, sensible a la distancia Los DSL proporcionan a cada usuario una conexión dedicada
Equipos DSL •
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Requiere de un nuevo dispositivo en ambos extremos de la línea, el usuario y la compañía telefónica Costoso Escaso Servicios ofertados • • • • •
Línea digital ADSL HDSL VDSL RADSL
CABLE MODEM: Modem que conectan la computadora o la LAN a la red de tv ca Futuro:
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Prometen velocidades de 40 Mbps Modem que conectan la computadora o la LAN a la red de tv ca Prometen velocidades de 40 Mbps Compartirán una conexión a Internet con el resto de los usuarios de su región Cada paquete de datos contiene una identificación de usuario en su cabecera y el módem para cable sólo recogerá aquellos paquetes dirigidos a él
DSL vs CABLE MODEM • •
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Usuarios que se encuentran en edificios de una LAN de negocio Las redes de cable CATV se desarrolló y se diseñó principalmente para dar servicio a las áreas residenciales Las compañías de CATV como las cías telefónicas deberán actualizar sus sistemas DSL depende de un única par de cable estándar El servicio de cable modem solo lo suministra el operador CATV Son caros
5.6. VLANs Muchas compañías tienen oficinas e instalaciones espacidas en muchas ciudades, algunas veces en múltiples países. En el pasado, antes de que existieranlas redes de datos públicas, era común que algunas compañías alquilaran líneas a las compañías telefónicas entre todas o entre sólo algunas ubicaciones. Algunas compañías aún hacen esto. Una red constituída por computadoras de compañías y líneas telefónicas alquiladas se conoce como red privada. Las redes privadas funcionan bien y son muy seguras. Si las únicas líneas disponibles son las alquiladas, el tráfico no puede fugarse de las ubicaciones de la compañía y los intrusos tienen que intervenir físicamente las líneas para infiltrarse, lo cual no es fácil de hacer. El problema con las redes privadas es que alquilar una sola línea T1 cuesta miles de dólares mensuales y las líneas T3 son muchas veces más costas. Cuando aparecieron las redes de datos públicas y más tarde Internet, muchas compañías quisieron trasladar su tráfico de datos a la red pública, aunque sin renunciar a la seguridad de la red privada. Esta demanda llevó pronto a la invención de las VPNs redes privadas virtuales, que son redes superpuestas sobre redes públicas pero con muchas propiedades de las redes privadas. Se llaman virtuales porque son sólo una ilusión, al igual que los circuitos virtuales no son circuitos reales ni la memoria virtual es memoria real.
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Aunque las VNPs pueden implementarse encima de ATM o de Frame Relay, un método cada vez más popular es construir VPNs directamente sobre Internet. Un diseño común es equipar cada oficina con un firewall y crear túneles a través de Internet entre todos los pares de oficinas. Si Ipsec se utilizara para el proceso de entunelamiento, entonces sería posible agregar todo el tráfico entre cualquiera de los dos pares de oficinas en una sola encriptada y autenticada, con lo que se proporcionaría control de integridad, confidencialidad e incluso inmunidad considerable al análisis de tráfico. Cuando se inicia el sistema cada par de firewalls tiene que negociar los parámetros de su seguridad, incluyendo los servicos, modos, algoritmos y claves. Muchos firewalls tienen capacidades VPN integradas, aunque algunos enrutadores ordinarios también pueden haceresto. Pero debido a que los firewalls están principalmente en el negocio de la seguridad, es natural que los túneles empiecen y terminen en los firewalls, estableciendo uno clara separación entre la compañía e Internet. Por lo tanto, los firewalls, las VPNs e Ipsec con ESP en modo de tunel son una combinación natural y se utilizan ampliamente en la práctica. Una vez que se han establecido las políticas de seguridad, el tráfico puede comenzar a fluir. Para unenrutador en Internet, un paquete que viaja a través de un túnel VPN es solo un paquete ordinario. Lo único extraño es la presencia del encabezado IPsec después del encabezado IP, pero debido a que estos encabezados adicionales no tienen efecto en el proceso de reenvío, los enrutadores no se preocupan por ellos. Una ventaja principal de organizar de esta forma una VPN es que es completamente transparente para todo el software de usuario. Los firewalls configuran y manejan la seguridad. La única persona que está consciente de esta configuración es el administrador del sistema, quien tiene que configurar y manejar los firewalls. Para todos los demás, es como tener nuevamente una red privada mediante una línea alquilada.
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ACTIVIDADES
1.
Se pueden utilizar direcciones IP en ATM? Por qué sí o por qué no?
2.
Explique cómo la arquitectura ATM facilita la creación de múltiples redes virtuales que coexisten sobre la misma infraestructura de red física ATM , pero que funcionan como si fueran redes independientes. Explique cómo se pueden crear y destruir estas redes virtuales bajo demanda.
3.
Suponga que en un departamento instala un conmutador ATM para interconectar una serie de estaciones de trabajo y que se va a utilizar IP sobre ATM clásico. Explique cómo se puede proporcionar comunicaciones a estaciones de trabajo conectadas a una LAN Ethernet existente.
4.
Explique cómo IP sobre ATM clásico se puede utilizar para conectar islas de redes ATM. Tienen que estar estas redes confinadas en una red de área local?
5.
Compare una LAN que utiliza LANE y tarjetas NIC ATM con una LAN que utiliza sólo Fast Ethernet o Gigabit Ethernet.
6.
El X.25 y la mayoría de los protocolos de la capa 3 proporcionan técnicas para control de flujo y control de errores. Por qué no se proporcionan estas características en I.451?
7.
Cómo HTML permite hacer click sobre una imagen? Dé un ejemplo
8.
La multiplexación que se hace en X.25 en el nivel de red significa que dos paquetes diferentes que pertenecen a dos conexiones diferentes pueden transportarse en una trama? Razone su respuesta.
9.
Cuando un dispositivo utiliza el canal B en RDSI, cuántos bits pueden enviarse por trama?
10.
Compare las tres categorías de servicios ofrecidos por la RDSI
11. Discuta brevemente la evolución de la RDSI
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12. Cómo se controla el flujo en Frame Relay? 13. Indique algunas de las ventajas de Frame Relay sobre X.25 14. Requiere Frame Relay ventana deslizante? 15. Existen números de secuencia en Frame Relay? 16. Qué son datos a ráfagas? 17. Cómo se identifica en ATM una conexión virtual?
El rincón del erudito
Una palabra bien elegida puede economizar no sólo cien palabras sino cien pensamientos. (H. Poincaré)
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA ALCALDE, EDUARDO Y JESÚS GARCÍA TOMÁS (1993) . Introducción a la Teleinformática, McGrawHill. GARCÍA, LEÓN Y WIDJAJA ( 2002). Redes de comunicación, McGrawHill. STALLINGS, WILLIAM (2000). Comunicaciones y redes de computadores, Prentice Hall.
