William Stallings Comunicaciones y Redes Computadores

Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 1

William StallingsComunicaciones y Redes Computadores

Capítulo 1Introducción


Objetivo de las Telecomunicaciones

Intercambiar información entre entidades


Un Modelo de Telecomunicaciones Fuente

genera los datos que se transmiten (p.e. teléfonos, computadores)

Transmisor (Tx) Convierte los datos en señales transmitibles (señales

eléctricas a ondas electromagnéticas; cadena de bits a señales analógicas)

Sistema de Transmisión Portador de los datos (líneas de transmisión; enlaces de

radio; red de telecomunicaciones) Receptor (Rx)

Convierte la señal recibida en datos para que pueda ser manejada por el dispositivo destino

Destino Toma los datos que entrantes

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Modelo Simplificado para las Telecomunicaciones


Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones Utilización del Sistema de Transmisión:

Hacer uso eficaz de los recusos usados en la transmisión, que suelen ser compartidos entre varios dispositivos de comunicación

La capacidad total del medio de transmisión se reparte entre los usuarios haciendo uso de técnicas de multiplexión.

Necesidad de técnicas de control de congestión para garantizar que el sistema no se sature

Interfaz entre el dispositivo y el medio de transmisión Todas las técnicas de transmisión dependen en última

instancia de la utilización de ondas electromagnéticas que se transmitirán a través del medio


Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones Generación de la Señal

Las características de la señal tales como, la forma y la intensidad deben ser acondicionadas para que puedan:

ser propagadas a través del medio ser interpretadas en el receptor como datos

Sincronización El receptor (Rx) debe ser capaz de determinar cuándo

comienza y termina la señal recibida El receptor (Rx) deberá conocer la duración de cada

elemento de señal


Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones Gestión de Intercambio

Establecer, mantener y terminar una comunicación Establecer si ambos dispositivos pueden transmitir

simultáneamente o lo debe hacer por turnos Decidir la cantidad y formato de los datos Especificar qué hacer en caso de que se den ciertas

contingencias (p.e. detección de errores)

Detección y Corrección de Errores Siempre es posible que surjan errores en los sistemas

de telecomunicaciones Se debe implementar una forma de detección y/o

corrección de errores


Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones Control de Flujo

Para evitar que la fuente sature al destino transmitiendo datos más rápidamente de lo que el Rx pueda procesar.

Direccionamiento y Encaminamiento (Enrutamiento) cuando el sistema se comparte por varios dispositivos

se garantizar que el destino y sólo ése, reciba los datos Si el sistema de transmisión es una red, se necesita

elegir la ruta más apropiada

Recuperación Puede ocurrir una interrupción por una falla Debe haber un mecanismo que permita continuar

transmitiendo desde donde se produjo la interrupción


Tareas Claves en un Sistema de Telecomunicaciones Formato de Mensajes

Debe existir un acuerdo entre las partes involucradas respecto del formato de los datos intercambiados. P.e. código binario usado para representar caracteres.

Seguridad Asegurar que sólo el destino deseado reciba los datos Asegurar al Rx que los datos no han sido alterados en la

transmisión Asegurar al Rx que los datos provienen del supuesto

emisor Administración de la Red

Se necesita la habilidad de un gestor de red que:Configure el sistema, monitorice su estado, reaccione

ante fallas y sobrecargas y planifique con acierto los futuros crecimientos


Modelo Simplificado para la Comunicación de Datos


Networking (Redes)Conexión punto a punto entre todas las

entidades no es práctica Dispositivos están muy lejanos entre sí Una gran cantidad de dispositivos necesitaría

un número inpráctico de conexiones Número de conexiones necesarias = N x (N-

1)/2

Solución es una red de comunicaciones


Modelo Simplificado de Red


Redes de Área Amplia (Wide Area Networks WAN) Área geográfica grande Cruzan rutas de acceso público Tecnologías alternativas

Conmutación de Circuitos (Circuit switching) Conmutación de Paquetes (Packet switching) Retransmisión de tramas (Frame relay) Asynchronous Transfer Mode (ATM)


Conmutación de Circuitos(Circuit Switching) Mientras dure la comunicación se establece un

camino de comunicación dedicado establecido a través de los nodos de la red

El camino es una secuencia conectada de enlaces físicos entre nodos

En resumen, se establece un canal físico entre ambos extremos que nadie más puede usar mientras dure la comunicación

e.g. Red telefónica


Conmutación de Paquetes (Packet Switching) Se establece un canal virtual Los datos se envían en secuencia Pequeñas unidades (paquetes) de datos Los paquetes pasan de nodo en nodo entre

fuente y destino En cada nodo el paquete se recibe

completamente, se almacena durante un intervalo breve de tiempo y posteriormente se transmite al siguiente nodo

Usado para comunicaciones entre terminal a computador y computador a computador


Retransmisión de Tramas (Frame Relay)El sistema de conmutación de paquetes

tiene gran trabajo extra para compensar los errores de transmisión

Los sistemas modernos son más confiables

Los errores pueden ser tratados en los sistemas finales

Se elimina el control de erroresVelocidades típicas 64 Kbps, 2 Mbps


Modo de Transferencia Asincrónico(Asynchronous Transfer Mode ATM)ATM (a veces llamado retransmisión de celdas cell relay)

Evolución de Frame Relay FR usa paquetes de longitud variable llamadas

tramas ATM usa paquetes de longitud fija (53 bytes)

denominadas celdasesto reduce el esfuerzo adicional de procesamiento

Poca información adicional para el control de errores

Velocidades desde 10Mbps to Gbps


Red Digital de Servicios Integrados RDSI(Integrated Services Digital Network ISDN)

ISDNDiseñada para reemplazar la redes

públicas de telecomunicaciones existentesAmplia variedad de serviciosEnteramente digital


Redes de Área Local(Local Area Networks LAN) Cobertura pequeña comparada con WAN

Edificios y pequeños campus Usualmente son de propiedad de la misma entidad

que es propietaria de los dispositivos

Velocidades mucho mayores que en WAN

Usa la difusión en lugar de técnicas de conmutación una transmisión desde cualquier estación se recibirá por

todas las otras estaciones Actualmente se han introducido sistemas

conmutados y ATM


Protocolos Conjunto de reglas que gobiernan el

intercambio de datos entre dos entidades Usado para comunicaciones entre entidades

en un sistema Entidades cualquier cosa capaz de enviar y recibir

datos Aplicaciones de usuarios gestores de e-mail terminales

Sistemas es un objeto físico que contiene una o más entidades


Elementos Claves de un Protocolo Para que dos entidades se comuniquen con

éxito, se requiere hablen el mismo idioma. Las entidades deben seguir una serie de

convenciones mutuamente aceptadas a fin de saber: qué se comunica (semántica) cómo se comunica (sintaxis) cuándo se comunica (temporización)


Elementos Claves de un Protocolo Los puntos claves que definen o

caracterizan a un protocolo son:

Sintaxis incluye aspectos de: Formato de los datos Niveles de señal

Semántica incluye aspectos de: Información de control para la coordinación Manejo de errores

Timing (Temporización) Sintonización de velocidades Secuenciación


Arquitectura de un ProtocoloTareas de comunicación separadas en

módulosPor ejemplo transferencia de archivo

podría usar tres módulos Aplicación para la transferencia de archivos Módulo de servicio de comunicaciones Módulo de acceso a la red


Arquitectura simplificada en Transferencia de Archivos


A Modelo de Tres CapasCapa de Acceso a la redCapa de transporteCapa de aplicación


Capa de Acceso a la Red Relacionada con el intercambio de datos entre

el computador y la red El computador emisor debe proporcionar a la

red la dirección del destino Puede invocar algunos servicios

proporcionados por la red (p.e. gestión de prioridades)

El software de esta capa dependerá del tipo de red usado (normas para: LAN, packet switched etc.) de esta manera los softwares de comunicaciones que estén sobre la

capa de acceso a la red no tendrán que preocuparse de las características de la red. Podrán trabaja independientemente del tipo de red.


Capa de TransporteIntercambio confiable de datos

es deseable estar seguros de que todos los datos llegan a la aplicación destino y además en el mismo orden en que fueron enviados

Independiente de la red que se está usando

Independiente de la naturaleza de las aplicaciones


Capa de AplicaciónContiene la lógica necesaria para soportar

varias aplicaciones de usuario p.e. para cada tipo distinto de aplicación se necesita un

módulo independiente y con características bien definidas

e.g. e-mail, file transfer


Requerimientos de DireccionamientoSe requieren dos niveles de

direccionamientoCada computador necesita una única

dirección de redCada aplicación en un computador

multitarea necesita una única dirección dentro del computador Puntos de Acceso al Servicio (Service Access

Point SAP)


Redes y Arquitecturas de Protocolos


Protocolos en una Arquitectura Simplificada


Unidades de Datos de los Protocolos UDP (Protocol Data Units PDU)

En cada capa, se usan los protocolos para comunicarse

En cada capa se agrega información de control a los datos del usuario

La capa de transporte puede fragmentar los datos del usuario


Unidades de Datos de los Protocolos UDP (Protocol Data Units PDU) Cada fragmento tiene agregado un

encabezado SAP destino: cuando la capa de transporte destino

reciba la PDU de transporte, deberá saber para quién van destinados los datos

Número de Secuencia: las PDU de transporte se enumeran por si llegan en desorden a destino, la entidad de transporte destino debe ser capaz de ordenarlas

Código de detección de Error: la PDU transmitida incluye un código que es función del contenido del resto de la PDU. En el Rx se realiza el mismo cálculo y compara los resultados con el código recibido. Si hay discrepancia, hay error en la transmisión, y el Rx podrá descartar la PDU y adoptar acciones oportunas para su corrección.


PDU de RedAgrega encabezado o cabecera de red a

los datos provenientes de la capa de transporte.

La cabecera de red contiene: dirección de red del computador destino

la red debe saber a quién debe entregar los datos

Solicitud de recursosel protocolo de acceso a la red puede pedir a la red

que realice algunas funciones, como p.e. gestionar prioridades


Operación de una Arquitectura de Protocolo


Arquitectura Protocolo TCP/IP Desarrollado por Defense Advanced

Research Project Agency (DARPA) de USA para su red de conmutación de paquetes (ARPANET)

Usado por la Internet globalModelo no oficial pero que trabaja

Capa de Aplicación Capa de transporte o Host to host Capa Internet Capa de acceso a la red Capa física


Capa FísicaDefine interfaz física entre dispositivo de

transmisión de datos (p.e. computador) y medio de transmisión o red

Características del medio de transmisiónNiveles de señalVelocidad de datosetc.


Capa de Acceso a la Red Intercambio de datos entre el sistema final y la red Proporciona dirección de destino para que la red pueda

encaminar los datos hasta el destino apropiado Invocar servicios de red como prioridad El software que se use en esta capa dependerá del

tipo de red se han desarrollado estándares para

conmutación de circuitosconmutación de paquetes (X.25)LAN (ethernet)


Capa Internet (IP)Los sistemas pueden ser conectados a

diferentes redesFunciones de encaminamiento a través de

múltiples redesEl protocolo IP (Internet Protocol) se usa en

esta capa para ofrecer servicio de encaminamiento a través de varias redes

Implementado en sistemas finales y routers un router es un dispositivo con capacidad de procesamiento

que conecta dos redes y que debe retransmitir datos desde una red a otra siguiendo la ruta adecuada para alcanzar el destino


Capa de Transporte (TCP)Independientemente de la naturaleza de

las aplicaciones se requiere que: La entrega de datos sea confiable Se asegure que todos los datos llegan a la

aplicación destino y además en el mismo orden en que fueron enviados

El Protocolo TCP (Transmission Control Protocol) es el más utilizado para proporcionar esta funcionalidad


Capa de AplicaciónContiene la lógica necesaria para soportar

varias aplicaciones de usuario p.e. para cada tipo distinto de aplicación se necesita un

módulo independiente y con características bien definidas

e.g. Http (hipertex transfer protocol), SMTP (simple mail tranfer protocol)


Modelo de Arquitectura de Protocolo TCP/IP


Modelo OSIOSI = Open Systems InterconnectionDesarrollado por International Organization

for Standardization (ISO) como arquitectura para comunicaciones entre computadores

Objetivo: ser el marco de referencia en el desarrollo de protocolos estándares

Siete capasUn sistema teórico desarrollado muy tarde!TCP/IP es el estándar de facto


Capas OSIAplicación:

Es la capa más cercana al usuario Brinda servicios de red a las aplicaciones del usuario No brinda servicios a ninguna otra capa OSI, sino que a procesos

de aplicación p.e. hojas de cálculo, procesamiento de texto, etc.

Presentación: Asegura que la capa de aplicación pueda leer la información

enviada por la capa de aplicación de otro sistema De ser necesario, la capa de presentación realiza una traducción

entre varios formatos de representación de datos, usando un formato de representación común

Proporciona a los procesos de aplicación independencia respecto a las diferencia en la representación de los datos (sintaxis)


Capas OSISesión:

Proporciona el control de la comunicación entre las aplicaciones ; establece, administra y cierra las conexiones (sesiones) entre las aplicaciones cooperadoras

Brinda sus servicios a la capa de presentación

Transporte: Segmenta y reensambla los datos en un flujo de datos Brinda un servicio de transporte de datos que proteja a las

capas superiores de los detalles de implementación de transporte

Se ocupa de temas tales como la confiabilidad del transporte a través de una interconexión de redes

Proporciona seguridad, transferencia transparente de datos entre los puntos finales: proporciona además procedimientos de recuperación de errores y control de flujo origen destino


Capas OSIRed:

Proporciona conectividad y selección de rutas entre dos sistemas finales que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas

Proporciona independencia a los niveles superiores respecto de las técnicas de conmutación y de transmisión usadas para conectar los sistemas; es responsable del establecimiento, mantenimiento y cierre de las conexiones

Enlace de Datos: Ofrece un tránsito confiable de datos a través de un enlace

físico Envía bloques de datos (tramas) llevando a cabo la

sincronización, el control de errores , la entrega ordenada de tramas y el flujo necesario


Capas OSIFísica:

Se encarga de la transmisión de cadenas de bits no estructurados sobre el medio físico; está relacionada con las características mecánicas, eléctricas, funcionales y de procedimiento para acceder al medio físico

Aquí se definen características tales como: niveles de voltaje sincronización de cambio de voltaje velocidad de datos físicos distancias máximas de transmisión conectores físicos


Modelo de Referencia OSI

7 Aplicación6 Presentación5 Sesión4 Transporte3 Red2 Enlace de Datos1 Física

Procesos de red para aplicacionesRepresentación de datos

Comunicación entre aplicacionesConexiones extremo a extremo

Direcciones y mejor rutaAcceso a los mediosTransmisión binaria


OSI v/s TCP/IP


Estándares Requerido para permitir la

interoperabilidad entre equipos Ventajas

Asegura un gran mercado para equipos y softwareestimula la producción masiva reduciendo los costos

Permite que productos de diferentes proveedores se comuniquen

Desventajas Tienden a congelar la tecnología

mientras que un estándar se desarrolla, se revisa y se adopta, ya se habrán desarrollado otras técnicas más eficaces


Organizaciones de NormalizaciónInternet SocietyISOITU-T (formally CCITT)ATM forum


Lecturas Adicionales

Stallings, W. Data and Computer Communications (6th edition), Prentice Hall 1999 chapter 1

Web sites for IETF, IEEE, ITU-T, ISOInternet Requests for Comment (RFCs)Usenet News groups

comp.dcom.* comp.protocols.tcp-ip

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