UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Centro de Tecnologías de Información
PROGRAMAS DE ALTA ESPECIALIZACION TECNOLÓGICA
REDES LAN Y WAN
REDES
Principios de Redes • Las redes constituyen sistemas formados por enlaces. Los sitios Web que permiten que las personas creen enlaces entre sí con sus páginas se denominan sitios de redes sociales. Un conjunto de ideas relacionadas se puede denominar red conceptual. Las conexiones que usted tiene con todos sus amigos pueden denominarse su red personal. – – – – – –
Todos los días se utilizan las siguientes redes: Sistema de entrega de correo Sistema de telefonía Sistema de transporte público Red corporativa de computadoras Internet
• Las computadoras pueden estar conectadas por redes para compartir datos y recursos. Una red puede ser tan simple como dos computadoras conectadas por un único cable o tan compleja como cientos de computadoras conectadas a dispositivos que controlan el flujo de la información. • Las redes de datos convergentes pueden incluir computadoras con propósitos generales, como computadoras personales y servidores, dispositivos de diferente tipo
Redes de Computadoras • Una red de datos consiste en un conjunto de hosts conectados por dispositivos de red. Un host es cualquier dispositivo que envía y recibe información en la red. Los periféricos son dispositivos que están conectados a los hosts. Algunos dispositivos pueden actuar como hosts y periféricos. Por ejemplo, una impresora conectada a una computadora portátil que está en una red actúa como un periférico. Si la impresora está conectada directamente a un dispositivo de red, como un hub, un switch o un router, actúa como host.
• Las redes de computadoras se utilizan globalmente en empresas, hogares, escuelas y organismos gubernamentales. Muchas de las redes se conectan entre sí a través de Internet. • Es posible conectar a una red diversos tipos de dispositivos: – – – – – – –
Computadoras de escritorio Computadoras portátiles Impresoras Escáneres Asistentes digitales personales (PDA) Teléfonos inteligentes Servidores de impresión y de archivo
• Una red puede compartir muchos tipos de recursos: – Servicios, como impresión o escaneo – Espacio de almacenamiento en dispositivos extraíbles, como discos duros o unidades ópticas – Aplicaciones, como bases de datos
• Se pueden utilizar las redes para acceder a la información almacenada en otras computadoras, imprimir documentos mediante impresoras compartidas y sincronizar el calendario entre su computadora y su teléfono inteligente.
Beneficios de las Redes • Entre los beneficios de la conexión en red de computadoras y otros dispositivos, se incluyen costos bajos y mayor productividad. Gracias a las redes, se pueden compartir recursos, lo que permite reducir la duplicación y la corrupción de datos. – Mayores capacidades de comunicación – Se evitan la duplicación y la corrupción de los archivos . – Se conservan los recursos
Componentes de una red • La ruta que toma un mensaje desde el origen hasta el destino puede ser tan sencilla como un solo cable que conecta una computadora con otra o tan compleja como una red que literalmente abarca el mundo. Esta infraestructura de red. Proporciona el canal estable y confiable por el cual se producen las comunicaciones. – Dispositivos – Medios – Servicios
• Los dispositivos y los medios son los elementos físicos o hardware de la red. El hardware es el componente visible de la plataforma de red, como una computadora portátil o personal, un switch, o el cableado que se usa para conectar estos dispositivos. A veces, puede que algunos componentes no sean visibles..
Componentes físicos de una red • Se pueden usar diversos dispositivos en una red para proporcionar conectividad. El dispositivo que se utilice dependerá de la cantidad de dispositivos que se conecten, el tipo de conexiones que éstos utilicen y la velocidad a la que funcionen los dispositivos. A continuación, se mencionan los dispositivos más comunes en una red: – – – – –
Computadoras Hubs Switches Routers Puntos de acceso inalámbrico
• Los medios vienen a ser los elementos a través de los cuales se transmititen los datos en forma de señales electricas, opticas, o en forma de ondas de radio, y son parte esencial en el proceso de comunicaciones
Las redes modernas utilizan principalmente tres tipos de medios para interconectar los dispositivos y proporcionar la ruta por la cual pueden transmitirse los datos. Estos medios son: – hilos metálicos dentro de los cables, – fibras de vidrio o plásticas (cable de fibra óptica), y – transmisión inalámbrica.
• Los servicios y procesos son los programas de comunicación, denominados software, que se ejecutan en los dispositivos conectados a la red. Un servicio de red proporciona información en respuesta a una solicitud. Los servicios incluyen una gran cantidad de aplicaciones de red comunes que utilizan las personas a diario, como los servicios de e-mail hosting y los servicios de Web hosting.
DISPOSITIVOS FINALES • Son los Elementos a los que generalmente tiene acceso el usuario final – Computadoras (estaciones de trabajo, computadoras portátiles, servidores de archivos, servidores Web) – Impresoras de red – Teléfonos VoIP – Cámaras de seguridad – Dispositivos móviles de mano (como escáneres de barras inalámbricos, asistentes digitales personales (PDA))
DISPOSITIVOS INTERMEDIARIOS • Los dispositivos intermediarios proporcionan conectividad el usuario generalmente no tienen conocimiento de su existencia. Permiten y garantizan que los datos fluyan a través de la red. Estos dispositivos conectan los hosts individuales a la red y pueden conectar varias redes individuales para formar una internetwork. – dispositivos de acceso a la red (hubs, switches y puntos de acceso inalámbricos), – dispositivos de internetworking (routers), – servidores de comunicación y módems, y – dispositivos de seguridad (firewalls).
Redes LAN • Una red de área local (LAN) se refiere a un grupo de dispositivos interconectados que se encuentran bajo el mismo control administrativo. • A pesar de que las redes LAN pueden ser tan pequeñas como una única red local instalada en un hogar o una oficina pequeña, con el paso del tiempo, la definición de LAN ha evolucionado hasta incluir las redes locales interconectadas que comprenden cientos de dispositivos, instalados en varios edificios y ubicaciones.
Redes WAN • Las redes de área extensa (WAN) constituyen redes que conectan redes LAN en ubicaciones que se encuentran geográficamente separadas. Internet es el ejemplo más común de una WAN. • Internet es una red WAN grande que se compone de millones de redes LAN interconectadas. Se utilizan proveedores de servicios de telecomunicaciones (TSP) para interconectar estas redes LAN en ubicaciones diferentes
Reglas para la comunicacion • Toda comunicación, ya sea cara a cara o por una red, está regida por reglas predeterminadas denominadas protocolos. Estos protocolos son específicos de las características de la conversación. En nuestras comunicaciones personales cotidianas, las reglas que utilizamos para comunicarnos a través de un medio,
Protocolos • Un protocolo es un conjunto de reglas. Los protocolos son conjuntos de reglas que rigen la comunicación dentro de las computadoras de una red y entre ellas. Las especificaciones del protocolo definen el formato de los mensajes que se intercambian. • Una carta enviada mediante el sistema postal también usa protocolos. Parte del protocolo especifica la posición en el sobre donde se debe escribir la dirección de entrega. Si la dirección de entrega está escrita en el lugar equivocado, no se podrá entregar la carta.
• Los protocolos también inician acciones alternativas si la red no cumple con las reglas de temporización. Muchos protocolos están formados por un suite de otros protocolos agrupados en capas. Estas capas dependen del funcionamiento de las demás capas del grupo para su funcionamiento correcto
• A continuación, se mencionan las funciones principales de los protocolos: – Decidir cómo anunciar los datos enviados y recibidos. – el formato o estructura del mensaje, – el método por el cual los dispositivos de networking comparten información sobre rutas con otras redes, – cómo y cuando se pasan los mensajes de error y del sistema entre dispositivos, o – el inicio y terminación de las sesiones de transferencia de datos.
Protocolos comunes • Un ejemplo del uso de una suite de protocolos en comunicaciones de red es la interacción entre un servidor Web y un explorador Web. Esta interacción utiliza una cantidad de protocolos y estándares en el proceso de intercambio de información entre ellos. Los distintos protocolos trabajan en conjunto para asegurar que ambas partes reciben y entienden los mensajes. Algunos ejemplos de estos protocolos son:
Protocolo de aplicación: • Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP) es un protocolo común que regula la forma en que interactúan un servidor Web y un cliente Web. HTTP define el contenido y el formato de las solicitudes y respuestas intercambiadas entre el cliente y el servidor. Tanto el cliente como el software del servidor Web implementan el HTTP como parte de la aplicación.
Protocolo de transporte: • Protocolo de control de transmisión (TCP) es el protocolo de transporte que administra las conversaciones individuales entre servidores Web y clientes Web. TCP divide los mensajes HTTP en pequeñas partes, denominadas segmentos, para enviarlas al cliente de destino. Tambien es el encargado de que los datos se reciban correctamente
• Protocolo de internet • El protocolo internetwork más común es el Protocolo de Internet (IP). IP es responsable de tomar los segmentos formateados del TCP, encapsularlos en paquetes, asignarles las direcciones correctas y seleccionar la mejor ruta hacia el host de destino.
• Protocolos de acceso a la red:
• Estos protocolos describen dos funciones principales: administración de enlace de datos y transmisión física de datos en los medios. Los protocolos de administración de enlace de datos toman los paquetes IP y los formatean para transmitirlos por los medios.
• Protocolos Independiente de la Tecnologia • En el ejemplo del servidor Web, HTTP no especifica qué lenguaje de programación se utiliza para crear el explorador, qué software de servidor Web se debe utilizar para servir las páginas Web, sobre qué sistema operativo se ejecuta el software o los requisitos necesarios para mostrar el explorador. Tampoco describe cómo detecta errores el servidor.
Modelo de Capas • Para visualizar la interacción entre varios protocolos, es común utilizar un modelo en capas. Un modelo en capas muestra el funcionamiento de los protocolos que se produce dentro de cada capa, como así también la interacción de las capas sobre y debajo de él. – Asiste en el diseño del protocolo, – Fomenta la competencia. – Evita que los cambios en la tecnología o en las capacidades de una capa afecten otras capas .
• Existen basicamente 2 modelos, los cuales usamos para el analisis de la comunicación y la funcionalidad de la red los cuales son los modelos TCP/IP y OSI son los modelos principales que se utilizan cuando se analiza la funcionalidad de red. • Los diseñadores de protocolos de red, servicios o dispositivos pueden crear sus propios modelos para representar sus productos.
MODELO OSI
En los Años 60-70: los protocolos de comunicaciones eran propietarios, incompatibles y heterogéneos. Los fabricantes de plataformas, aplicaciones. Eran diversos.
equipos,
Se necesitaba una estructura adecuada en un proceso de comunicación
Las Arquitecturas propietarias: • • • •
Interoperabilidad entre sus equipos. Gran mercado de equipos y software. Los clientes requerian equipos estandarizados. Tienden a retrasar el desarrollo de la tecnología.
• Se desarrollo el modelo de referencia OSI (ISO 7498, 1984) • El modelo OSI (Open System Interconnection) fue definido entre 1977 y 1983 por la ISO (International Standards Organization)
• El modelo OSI se creo para promover la creación de estándares independientes de fabricante.
• Divide las funciones que tiene que realizar un sistema de comunicación en siete de capas o niveles. • Este modelo no normaliza ningún protocolo, solo define cada capa. • El modelo OSI divide las tareas necesarias para mover información entre dos o mas computadores conectados a una red en siete tareas mas simples llamadas CAPAS.
• Los niveles tienen una estructura jerárquica. Cada capa se sirve de la inferior para realizar ciertas funciones, realiza sus propias funciones y ofrece un servicio a la capa superior. Así, cada nivel N es proveedor de servicio de nivel N y usuario de servicio N-1.
consideraciones • Número de niveles suficientemente grande para que cada nivel fuera sencillo pero no excesivo para evitar que el modelo OSI fuera inmanejable. • Frontera muy sencilla entre capas consecutivas. • Funciones relacionadas entre sí se agrupan en una misma capa. • Todas las capas deben tener únicamente interfaz con la capa superior y con la inferior, salvo evidentemente la primera y la última.
consideraciones • una capa debe ser creada donde se requiera un diferente nivel de abstracción • cada capa debe realizar una función bien definida • la función de cada capa debe ser elegida teniendo en cuenta la definición de protocolos estandarizados internacionales
MODELO OSI NIVELES
Aplicación.
Presentación. Sesión. Transporte.
Red Enlace de datos Física.
MODELO OSI Que pasa si una capa del modelo OSI quiere comunicarse con otra capa de otro equipo El equipo pasa la información a la capa de APLICACIÓN, CAPA 7
La capa de APLICACIÓN entrega los datos a la capa de PRESENTACIÓN, CAPA 6
equipo1
equipo2
APLICACIÓN
APLICACIÓN
PRESENTACIÓN
PRESENTACIÓN
SESIÓN
SESIÓN
TRANSPORTE
TRANSPORTE
RED
RED
ENLACE DE DATOS
FISICA
ENLACE DE DATOS
FISICA
MODELO OSI
La capa de PRESENTACIÓN pasa sus datos a la capa de SESIÓN, CAPA 5, y así sucesivamente, hacia abajo, hasta llegar a la capa FÍSICA, CAPA 1.
equipo1
equipo2
APLICACIÓN
APLICACIÓN
PRESENTACIÓN
PRESENTACIÓN
SESIÓN
SESIÓN
TRANSPORTE
TRANSPORTE
RED
RED
ENLACE DE DATOS
FISICA
ENLACE DE DATOS
FISICA
MODELO OSI EQUIPO1
Cada CAPA se puede comunicar solamente con tres de las otras capas:
•La capa inferior. (N – 1) •La capa igual en otro sitio de la red de computadores. N •La capa superior. (N+1)
EQUIPO2
APLICACIÓN
APLICACIÓN
PRESENTACIÓN
PRESENTACIÓN
SESIÓN
SESIÓN
TRANSPORTE
TRANSPORTE
RED
RED
ENLACE DE DATOS
FISICA
ENLACE DE DATOS
FISICA
Como estan organizados los niveles 7
Aplicación
6
Presentación
5
Sesión
4
Transporte
3
Red
2
Enlace de Datos
1
Físico
Proporcionan servicios de soporte de terminal
Asegura la transmisión fiable de extremo a extremo
Son los niveles de soporte de Red
Encapsulación • Cuando un protocolo de una capa superior envía datos a su par en otro nodo, los entrega al protocolo de la capa inferior. – El protocolo de la capa inferior no sabe que envia el protocolo de capa superor • Luego el protocolo del nivel inferior, para crear su mensaje, agrega una información de control (cabecera) que es utilizada entre pares para comunicarse entre ellos. – Esta información de control generalmente es colocada al iniciar el mensaje. En algunos casos se anexa información de control al final del mensaje y la llaman trailer. • A los datos entregados por el protocolo de la capa superior, dentro del mensaje, se le llama cuerpo del mensaje o payload. • La operación de colocar el mensaje del nivel superior detrás de un header o cabecera en el mensaje de nivel inferior se llama encapsulación.
• PDUs (en inglés Protocol Data Units) Unidades de Datos de Protocolo. Se utiliza para el intercambio entre unidades parejas, dentro una capa del Modelo OSI. • Cada capa del modelo OSI en el origen debe comunicarse con capa correspondiente en el lugar destino. Durante este proceso, cada protocolo de capa intercambia información en lo que se conoce como unidades de datos de protocolo (PDU), entre capas iguales. Cada capa de comunicación, en el computador origen, se comunica con un PDU específico de capa y con su capa igual en el computador destino.
Unidades de datos de Protocolo (PDU)
Nodo A
Nodo B Al enviar el mensaje “baja”
Al recibir el mensaje “sube” El mensaje “viaja” a través de la red
NIVELES DE OSI Nivel físico (Nivel 1) Permite utilizar directamente el medio físico de transmisión. Como servicio ofrece la transmisión de bits. En este nivel se definen las siguientes características: • mecánicas: tipos de conectores, el diámetro del cable y el tipo de material en su caso, etc. • eléctricas: niveles de transmisión o el tipo de señal transmitido. • funcionales: especificar que hace cada hilo o canal. • de procedimiento: reglas o secuencia de eventos para transmitir. Ejemplo: EIA RS-232, que define la utilización de los puertos serie de los equipos.
Medios de transmisión • Par trenzado • Cable coaxial • Fibra óptica • Ondas de radio • Microondas • Infrarrojos
Nivel de enlace (Nivel 2) • Ofrece al siguiente nivel una transmisión fiable de bits. Controla el flujo de datos para evitar que un equipo envíe datos más rápido de lo que el otro permite. • En redes de difusión, además, se encarga del control de acceso al medio compartido. • En redes de conmutación, controla el establecimiento, mantenimiento y liberación de la conexión en cada uno de los enlaces. • Ejemplos de protocolos: HDLC.
• Nivel de red (Nivel 3) • Proporciona una conexión extremo a extremo en redes interconectadas. No es necesaria en enlaces directos donde es el nivel 2 el que proporciona la conexión. Otras funciones son: – Direccionamiento: El etiquetado de las unidades de protocolo de esta capa para que pueda llegar a su destino. – encaminamiento: definición de las rutas a seguir por los datos hasta su destino. – interconexión: Esta capa es independient de los medios fisicos.
• Ejemplos de protocolo: IP.
Nivel de transporte (Nivel 4) • Segmenta datos de la capa superior en unidades menores si es necesario • Establece en caso de necesidad varias conexiones de red o agrupa en caso de convenir varias conexiones de transporte en una única de red (multiplexado) • Realiza control de flujo • Direccionamiento entre procesos Ejemplos de protocolo: TCP.
• Nivel de sesión (Nivel 5) • Se encarga de organizar y sincronizar el diálogo entre los dos extremos • La mayor parte de los protocolos están definidos por el ISO, aunque su uso es muy escaso.
• Nivel de presentación (Nivel 6) • Traducción: codifica los datos en un formato que pueda ser compatible entre las distintas computadoras. • Cifrado: asegura la privacidad de los datos enviados. • Compresión: reduce la cantidad de datos a enviar.
• Nivel de aplicación (Nivel 7) • Medio para que las aplicaciones accedan al entorno OSI. • Ejemplo de servicios o aplicaciones: transferencia de archivos, terminal virtual,mensajeria etc.
Capa de Aplicación
Capa de Presentación
Ejemplo de protocolos
Formato de la información BITS
• Son algo tangible, físico, como un pulso eléctrico en un cable, un pulso luminoso en una fibra óptica o un pulso de ondas electromagnéticas en el espacio. Para ello se utilizan diferentes de codificaciónes:
Formato de la información TRAMA • Es una unidad de información cuyas fuentes de envío y recepción pertenecen a la capa de ENLACE DE DATOS • Está compuesto por un encabezamiento (header) y una cola (trailer) con información para la capa de ENLACE del destinatario. Además, lleva los datos de la capa inmediatamente superior.
PAQUETE • Se refiere a una unidad de información cuya fuente y destino pertenecen a la capa de RED y permite que llegue al destino final SEGMENTO • Se refiere a una unidad de información cuya fuente y destino pertenecen a la capa de TRANSPORTE.
MENSAJE
• Es una unidad de información cuya fuente y destino existen mas arriba de la capa de RED, por lo general pertenece a la de APLICACIÓN.
OSI A TRAVES DE LOS MEDIOS FISICOS
OSI A TRAVES DE UN DISPOSITIVO DE INTERNETWORKING
Protocolo de Aplicación APDU
7. Aplicación
PPDU
6. Presentación
SPDU
5. Sesión
SMTP-FTP-SNMP-HTTP-TELNET
Aplicación Presentación
Sesión Protocolo de Transporte
TPDU
4. Transporte
Transporte
TCP-UDP
SEGMENTO
PAQUETE
3. Red Router
TRAMA
BIT
IP-IPX
2. Enlace de datos LLC MAC
Puente
Switch
1. Física Repetidor
NIC Ethernet IEEE 802.3 IEEE 802.5
A
Hub
Coaxil – UTP – Fibra Optica Repetidor
Hub
Red Enlace de datos
Física B
NIC Ethernet IEEE 802.2
Arquitectura de una red tolerante a fallas • Internet, en sus comienzos, era el resultado de una investigación respaldada por el Departamento de Defensa de Estados Unidos (DoD). Su objetivo principal fue tener un medio de comunicación que pudiera soportar la destrucción de numerosos sitios e instalaciones de transmisión sin interrumpir el servicio.
• Esto implica que la tolerancia a fallas era el foco del esfuerzo del trabajo de diseño de la red inicial. Los primeros investigadores de red observaron las redes de comunicación existentes, que en sus comienzos se utilizaban para la transmisión de tráfico de voz, para determinar qué podía hacerse para mejorar el nivel de tolerancia a fallas.
Redes orientadas a los circuitos Observese cómo funcionaban los sistemas telefónicos. •
• • •
Cuando una persona realiza una llamada utilizando un teléfono tradicional, la llamada primero pasa por un proceso de configuración en el cual se identifican todas las conmutaciones telefónicas entre la persona y el teléfono al que está llamando. Se crea un ruta temporal o circuito a través de las distintas ubicaciones de conmutación a utilizar durante la duración de la llamada telefónica. Si falla algún enlace o dispositivo que participa en el circuito, la llamada se cae. Para volver a conectarse, se debe realizar una nueva llamada y crear un nuevo circuito entre el teléfono de origen y el de destino.
Redes orientadas a los circuitos(2) • Este tipo de red orientada a la conexión se llama red conmutada por circuito. Las primeras redes conmutadas por circuito no recreaban en forma dinámica los circuitos descartados. Para recuperarse de una falla, se deben iniciar nuevas llamadas y crear nuevos circuitos de extremo a extremo.
Redes Orientadas a los Paquetes • En la búsqueda de una red que pueda soportar la pérdida de una cantidad significativa de sus servicios de transmisión y conmutació. • La premisa para este tipo de redes es que un simple mensaje puede dividirse en múltiples bloques de mensajes. Los bloques individuales que contienen información de direccionamiento indican tanto su punto de origen como su destino final. • Utilizando esta información incorporada, se pueden enviar por la red a través de diversas rutas esos bloques de mensajes, denominados paquetes, y se pueden rearmar como el mensaje original una vez que llegan a destino.
• Los dispositivos dentro de la misma red no tienen en cuenta el contenido de los paquetes individuales, sólo es visible la dirección del destino final y del próximo dispositivo en la ruta hacia ese destino. • No se genera ningún circuito reservado entre emisor y receptor. Cada paquete se envía en forma independiente desde una ubicación de conmutación a otra. • En cada ubicación, se decide qué ruta utilizar para enviar el paquete al destino final. Si una ruta utilizada anteriormente ya no está disponible, la función de enrutamiento puede elegir en forma dinámica la próxima ruta disponible. • Debido a que los mensajes se envían por partes, en lugar de hacerlo como un mensaje completo y único, los pocos paquetes que pueden perderse en caso de que se produzca una falla pueden volver a transmitirse a destino por una ruta diferente.
Conmutacion de paquetes vs conmutacion de circuitos
