Modalidades de Transmisión de Datos Nivel de simultaneidad emisión/recepción: Transmisión símplex: la transmisión se realiza en un sólo sentido. Transmisión semi-dúplex: la transmisión puede efectuarse en los dos sentidos, pero no simultáneamente. Transmisión dúplex: la transmisión puede efectuarse simultáneamente en los dos sentidos.
Modalidades de Transmisión de Datos Sincronización: ¿Cómo se determina cuando comienza y acaba cada elemento? Podemos distinguir: Sincronización de bit Sincronización de carácter o palabra Sincronización de bloque
Modalidades de Transmisión de Datos Sincronización: Transmisión asíncrona Se realiza un sincronismo a nivel de palabra.
Configuración de un puerto serie (COM4) en Windows
Ejercicio Se desea transmitir el carácter ASCII ‘C’ (código 4316) por medio de un esquema de transmisión asíncrono con: 7 bits de datos, bit de paridad par dos bits de parada velocidad de transmisión: 4 bps Realiza un esquema que muestre el estado de la línea de transmisión en función del tiempo.
Sincronización: Transmisión síncrona Se transmite una secuencia continua de bits. Es necesaria información de sincronismo: se envía en paralelo, a través de otro circuito. se incorpora en la propia señal de datos Ej. codificación Manchester:
Modalidades de Transmisión de Datos
3. Las Redes de Comunicación No siempre es posible conectar directa-mente dos equipos mediante una línea de comunicación (conex. punto a punto). red de comunicación: recurso compartido que se emplea para intercambiar información entre usuarios
Nodos: dispositivos intermedios para el intercambio de información Estaciones: elementos a comunicar Enlace: medio físico que conecta directamente un par de nodos Las Redes de Comunicación
Topología de una Red de Comunicación Topología: forma lógica en que se conec-tan los nodos mediante enlaces para constituir una red caracterizar las topologías: número de enlaces para interconectar n nodos distancia máxima que puede cubrir número máximo de nodos o estaciones tolerancia a fallos en nodos y conexiones
Topología en malla Interconexión total /parcial Si falla un enlace, podemos utilizar otra ruta Máximo de distancia y nodos ilimitado Es la más utilizada
Topología de Red Iris
Topología en estrella Solo existe un nodo, el nodo central Número de estaciones y distancia limitados Muy sensible a fallo en nodo central
Topología en bus Medio de transmisión compartido (bus) No hay nodos Número de estaciones y distancia limitados Usada en redes de área local
Topología en anillo Cada nodo se conecta a otros dos Muy sensible a fallo en nodos o enlaces Se utiliza solo en redes de área local
Encaminamiento ¿Por donde circularán los mensajes entre un origen y un destino?
Combinación de topologías
Ejemplos de redes de comunicaciones Red Telefónica Básica (RTB) Redes Públicas de Datos (WAN) Redes de Área Local (LAN)
Red Telefónica Básica La red de mayor cobertura y disponibilidad Red de conmutación de circuito No ha sido diseñada para com. ordenadores
Red de conmutación de circuito: Antes de enviar información es preciso esta-blecer una conexión (física) entre emisor y receptor. La red reserva unos enlaces para uso exclusivo de esta conexión. La red garantiza una determinada velocidad de transmisión y un retraso constante en la transmisión.
Red Telefónica Básica
Red de conmutación de circuito
Redes Públicas de Datos En los años 70 aparece Arpanet-> Internet Red de conmutación de paquete
Redes Públicas de Datos Red de conmutación de paquete: el mensaje a transmitir se fragmenta en paquetes. Cada paquete es transmitido de forma individual. Cuando un nodo recibe un paquete lo almacena en su memoria, para posteriormente retransmitirlos a otros nodos. Los paquetes pueden llegar desordenados o no llegar.
Redes de Área Local Redes de poca extensión, normalmente propiedad de quien las utiliza. Velocidades muy altas (100/1000 Mbits/s) Principales aplicaciones Utilizar otros ordenadores (Terminal virtual) Servidores de ficheros Compartir recursos e información Compartir el acceso a redes WAN Proporcionar servicios de comunicación
La red Ethernet Desarrollada en 1981 por Xerox, Intel y DEC Norma IEEE 802.3 velocidad de transmisión: 10/100 Mbits/s hasta 2,5 km. y máximo 1024 estaciones Topología lógica en bus: solo uno emitiendo Posibilidad de colisiones, solución: CSMA/CD (“Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection”)
Cable coaxial: Se conectaban los distintos ordenadores a un cable utilizando conectores en forma de T (BCN)
Alternativas conexión a Ethernet
Hub o Concentrador: Se conectan los ordenadores con cables de par trenzado y conectores RJ-45. La topología lógica sigue siendo de bus.
Alternativas conexión a Ethernet
Topología física: bus ó estrella
Alternativas conexión a Ethernet
Switch o Conmutador: Cuando llega una trama a un puerto esta solo es retransmitada por el puerto donde está el ordenador destino. Ventajas: se evitan las colisiones, seguridad
Alternativas conexión a Ethernet
Conexión inalámbrica o Wi-Fi: Basada en la especificación IEEE 802.11. Permite conectarse a una LAN a través de canales de radio. (11 Mb/seg a 54 Mb/seg)
Alternativas conexión a Ethernet
4. Arquitectura de red Red: hardware y software Complejidad del software crece cada día Solución: organización en capas o niveles Función de un nivel: dar servicio a capas superiores, solucionando ciertos problemas
Símil de arquitectura (Gp:) vendo (Gp:) I sell (Gp:) I:inglés (Gp:) I sell (Gp:) I:inglés (Gp:) Fax:… (Gp:) I sell (Gp:) I sell (Gp:) I:inglés (Gp:) I sell (Gp:) I:inglés (Gp:) Fax:… (Gp:) Nivel de Ejecutivos (Gp:) Nivel de Traductores (Gp:) Nivel de Secretarios (Gp:) interfaz ejecutivo-traductor (Gp:) interfaz traductor-secretario (Gp:) Información entre traductores (Gp:) Información entre secretarios (Gp:) Mensaje original (Gp:) Empresa en España (Gp:) Empresa en EEUU (Gp:) Protocolo entre ejecutivos (Gp:) Protocolo entre traductores (Gp:) Protocolo entre secretarios
Arquitectura de red Protocolo: acuerdo entre partes de cómo se va a proceder la comunicación Interfaz: operaciones que proporciona una capa a la superior Arquitectura: Conjunto de capas y protocolos
Arquitectura de red Restricciones Cada nivel solo puede interaccionar con en nivel inferior y el superior En único nivel que tiene acceso a los medios de transmisión es el primero. El protocolo utilizado en un nivel ha de ser independiente del interfaz con niveles inferior y superior (Ej. sustituir fax por correo)
Arquitectura de red Ventajas: Organización adecuada (abstracción) Posibilidad de sustituir el protocolo de un nivel
Problemas clave Identificar emisor y receptor (direcciones) Control de errores Fragmentación de mensajes Numeración de los mensajes Control de flujo: un emisor rápido puede desbordar a un receptor lento Multiplexación: con un única conexión podemos cubrir varias comunicaciones del nivel superior Seguridad: impedir que una tercera parte manipule el mensaje
Tipos de servicios Con conexión: Antes de intercambiar información emisor y receptor se ponen de acuerdo Ej. Conexión telefónica. Sin conexión: La información se envía directamente. Ej. Carta, telegrama
5. La arquitectura TCP/IP
5.1. El Nivel Físico OBJETIVOTransmitir bits a lo largo de un medio de transmisión
FUNCIONESDefinir potencia, niveles eléctricos y codificación Medios mecánicos y funcionales (conectores)Modulación, filtrado y detecciónDefinir modalidades de transmisión
INTERFACES NORMALIZADOSRS-232 (interf. serie), USB, (interfaces) IEEE 802.3 (Ethernet), (LAN) IEEE 802.11 (WiFi), (LAN inalábrica) RDSI, ADSL, ATM, (WAN)
Ejemplo: Ethernet (IEEE 802.3) Definir potencia, niveles eléctricos y codificación: Codificación Manchester:
Señal alta: +0,85 V, señal baja: -0,85 V. Medios mecánicos y funcionales: Conector RJ-45 para cable de par trenzado. Antiguamente conector BNC para cable coaxial. Distancia máxima entre estaciones 2,5 km. Modulación, filtrado y detección: No requiere modulación ni filtrado. Detección: flanco de subida: “1”, flanco de bajada: “0”. (diferente en apuntes) Definir modalidades de transmisión: Transmisión digital, serie, semi-duplex (ó duplex) y síncrona. velocidad de transmisión: 10 Mbits/s (Fast Ethernet: 10/100 Mbits/s) (10 Mbits/s => Periodo de bit 100 ns)
RJ-45
5.2. El Nivel de Enlace de Datos OBJETIVO Transmisión de datos fiable y libre de errores entre unidades directamente conectadas
FUNCIONES Detección y recuperación de errores Control de flujo Control de acceso al medio (si este es compartido)
PROTOCOLOS NORMALIZADOS IEEE 802.3 (Ethernet) (LAN) SLIP, PPP, (acceso a WAN)
Detección y recuperación de errores: Campo de suma de comprobación Control de flujo: No implementado Control de acceso al medio: CSMA/CD Identificación de usuarios: Dirección Física: 6 bytes
Ejemplo: Ethernet (IEEE 802.3)
Cabecera Ethernet Preámbulo: (7 bytes) Permite sincronizar el reloj del emisor. Se emite la secuencia 101010… que en codificación Manchester presenta la característica de tener un flanco solo en la mitad de cada periodo de bit. Una vez localizado la mitad del periodo de bit, el receptor sabe que aproximadamente trascurrido un periodo de bit habrá un flanco (resincronozando su reloj en dicho flanco). Indicador de inicio: (1 byte) Se transmite el valor 10101011, que permite al receptor identificar el inicio de la trama. Dirección destino: (6 bytes) El destinatario de la trama. Dirección origen: (6 bytes) Quien transmite la trama. Longitud de datos: (2 bytes) Número de bytes que hay en el campo de datos Datos: (0-1500 bytes) Datos que se transmiten. La longitud máxima es 1500 bytes. Se impone un máximo para impir que una estación use demasiado tiempo un medio compartido. Relleno: (0-46 bytes) Además de una longitud máxima de trama, también se impone una longitud mínima. Si en la red Ethernet se produce una colisión, es importante que todas las estaciones la detecten. Si se permitiera la transmisión de tramas muy cortas, podría ocurrir que una estación terminara de transmitir la trama antes de detectar la colisión. La estación no retrasmitiría esta trama pensando que no ha habido problemas, cuando realmente ha colisionado. Si el campo de datos tiene menos de 46 bytes, se añade el campo de relleno para ocupar entre los dos 46 bytes. Suma de comprobación: (4 bytes) Código detector de errores que permite al receptor detectar si algún bit ha cambiado. Se gasta códigos CRC (código de redundancia cíclica).
Direcciones Físicas o MAC Unicast: 60:C0:F6:A0:4A:B1 (6 bytes = 48 bits) 248 = 270.000.000.000.000 direcciones Broadcast: FF:FF:FF:FF:FF:FF Multicast: (Primer bit a 1).
Ventaja: No es necesario asignarlas.
Codificación Manchester
Trama Ethernet obtenida con un osciloscopio digital
Trama Ethernet
5.3. El Nivel de Red OBJETIVO Permitir la comunicación a través de una red de conmutación de paquetes
FUNCIONES Encaminamiento Identificación de usuarios Transmisión de datos entre subredes heterogéneas Control de congestión Contabilidad
PROTOCOLOS NORMALIZADOS IP (no confiable, sin conexión)
Ejemplo: Protocolo IP Identificación de usuarios: Direcciones IP(32 bits): byte.byte.byte.byte Encaminamiento: Red de conmutación de paquete (router) Transmisión de datos entre subredes heterogéneas: Control de congestión: Contabilidad: No suele implementarse
Cabecera IP (v4)
Cabecera IP (v4) Versión: Siempre vale lo mismo (0100) Long. Cabecera: En palabras de 32 bits. Tipo de Servicio: Calidad de servicio deseada. Prioridad del paquete durante el tránsito por una red. Longitud Total: En bytes. Campo de 16 bits, tamaño máximo 216=65.535 Identificador: Identificador único del paquete. Se utilizará, en caso de fragmentación. D: 0 = Paquete divisible, 1 = No Divisible (Antes muerto que dividido) F: 0 = Último fragmento, 1 = Le siguen más fragmentos Posición de Fragmento: En paquetes fragmentados indica la posición, en unidades de 64 bits, que ocupa el paquete actual dentro del paquete original. Tiempo de Vida: Número máximo de routers que un paquete puede atravesar. Cada vez que atraviesa uno se decrementa su valor. Cuando llegue a ser 0, el paquete será eliminado. Protocolo: Indica el protocolo de nivel superior utilizado en la parte de datos. Checksum Cabecera: Código detector de errores. Una simple suma en complemento a uno. Dirección IP de Origen: Dirección IP de Destino:
Direcciones IP (v4) Clase A Clase B Clase C La UPV tiene asignada una clase B, todas sus IP comienza por 158.42.
Configuración direcciónes IP
Encaminamiento (Gp:) Tabla direccionamiento subred enlace 192.168.0… 1 192.45.10… 2 158.43… 2 el resto 3
(Gp:) 1 (Gp:) 2 (Gp:) 3 (Gp:) 192.168.0.1 (Gp:) 192.168.0.2 (Gp:) Configuración estación:
dirección IP: 192.168.0.2 mascara subred: 255.255.255.0 puerta enlace: 192.168.0.1
5.4. El Nivel de Transporte OBJETIVO Transmisión de datos de forma transparente, óptima y libre de errores entre dos aplicaciones.
FUNCIONES Establecer, mantener y liberar conexiones de transporte Segmentación, re-ensamblado y ordenación de paquetes Detección y recuperación de errores residuales Control de flujo
PROTOCOLOS NORMALIZADOS TCP (confiable, con conexión) UDP (no confiable, sin conexión)
Ejemplo: Protocolo TCP Establecer, mantener y liberar conexiones de transporte Se identifican gracias al número de puerto. Segmentación, re-ensamblado y ordenación de paquetes Detección y recuperación de errores residuales El servicio de red no es confiable, puede perdernos paquetes.
Cabecera TCP
Cabecera TCP Puerto origen y puerto destino: Permiten identificar la aplicación origen y destino conectadas. número de secuencia: Número de secuencia asignado a cada fragmento. Permitirá su reensamblado. número de confirmación: Acuse de recibo, por parte del receptor, indicando que le han llegado correctamente hasta un determinado número de secuencia. Long. Cabecera: En palabras de 32 bits. Flags: Permite diferenciar entre diferentes tipos de mensajes: solicitud conexión, acuse recibo, datos, … Tamaño de ventana: Máximo de datos que podrá enviar que todavía estén pendientes de acuse de recibo. Si superamos el tamaño de ventana hay que esperar algún acuse de recibo. Checksum Cabecera: Código detector de errores.
5.5. El Nivel de Aplicación OBJETIVO Dar servicios específicos a los usuarios
FUNCIONESDependiendo de la aplicación
PROTOCOLOS NORMALIZADOS HTTP, (Word Wide Web) SMTP, (Correo electrónico) DNS, (Sistema de nombre de dominio)
Ejemplo: Protocolo HTTP Permite el intercambio de páginas web entre un navegador y un servidor web. En redes TCP/IP se suele asignar un número de puerto fijo por aplicación (puerto 80 para WWW). En redes TCP/IP muchos protocolos de aplicación consisten en un simple intercambio de comandos de texto.
Una transacción con HTTP El usuario quiere acceder a la página “www.upv.es/dir/pag.html” – El navegador averigua la dirección IP de www.upv.es (servicio DNS) – El navegador establece una conexión TCP con el puerto 80 de esta máquina – Envía por esta conexión los caracteres ASCII: GET /dir/pag.html – Recibe la página por la conexión: < HTML> < HEAD> < TITLE>Página de … < /TITLE> … < /HTML> – El servidor cierra la conexión:
VERSIÓN 1.0 DE HTTP
Transferencia HTTP (Gp:) GET /pg.html (Gp:) GET /pg.html (Gp:) cabecera TCP (Gp:) GET /pg.html (Gp:) cabecera TCP (Gp:) cabecera IP (Gp:) Nivel de Aplicación (Gp:) Nivel de Transporte (Gp:) Nivel de Red (Gp:) interfaz nivel de Transporte (Gp:) interfaz nivel de Red (Gp:) Navegador Web (Gp:) Servidor Web (Gp:) Protocolo HTTP (Gp:) Protocolo TCP (Gp:) Protocolo IP (Gp:) Nivel de Enlace de datos y físico (Gp:) GET /pg.html (Gp:) cabecera TCP (Gp:) cabecera IP (Gp:) Cabec.Ethernet (Gp:) interfaz nivel de Enlace de datos (Gp:) Protocolo Ethernet (Gp:) GET /pg.html (Gp:) GET /pg.html (Gp:) cabecera TCP (Gp:) GET /pg.html (Gp:) cabecera TCP (Gp:) cabecera IP (Gp:) GET /pg.html (Gp:) cabecera TCP (Gp:) cabecera IP (Gp:) Cabec.Ethernet (Gp:) medio físico
Transferencia HTTP – 1.conexión socket < < “GET /pag.html”; socket >> páginaWeb; //el navegador visualiza la página socket.close(); Nivel de Aplicación (HTTP) Nivel de Transporte (TCP) Nivel de Red (IP) Navegador Web (IP: 1.1.1.0) Servidor Web (IP: 1.1.1.1) Nivel de enlace de datos y físico (Ethernet) MAC dest.=80:C0:F6:A0:4A:B1, MAC orig.. IP destino=1.1.1.1, IP origen=1.1.1.0 puerto destino=80, tipo=solicitud conexión Aceptamos conexiones al puerto 80 ServerSocket server(80); while(true){ server.accept(new_sock); new_sock >> solicitud; new_sock < < páginaWeb; Comenzamos bucle infinito Quedamos a la espera de una conexión ClientSocket socket(1.1.1.1,80); El cliente solicita una conexión El nivel de transporte prepara mensaje de conexión … y se lo pasa al nivel de red El nivel de red añade su cabecera … … y se lo pasa al nivel de enlace de datos. El nivel de enlace añade su cabecera … … y lo transmite utilizando el nivel físico. El nivel de enlace destino verifica cabecera … … la elimina y pasa el resto al nivel de red. MAC dest.=80:C0:F6:A0:4A:B1, MAC orig.. IP destino=1.1.1.1, IP origen=1.1.1.0 El nivel de red verifica su cabecera … … la elimina y la pasa al nivel de transporte. puerto destino=80, tipo=solicitud conexión Verifica que una aplicación atiende el puerto 80. puerto destino=999, tipo=acepto conexión Se contesta con un mensaje aceptando conexión. Que es mandado a través del nivel de red. Cuando llegue al cliente… ¡Conexión establecida! medio físico
Transferencia HTTP – 2. transmisión Socket < < “ “; socket >> páginaWeb; //el navegador visualiza la página socket.close(); Nivel de Aplicación (HTTP) Nivel de Transporte (TCP) Nivel de Red (IP) Navegador Web (IP: 1.1.1.0) Servidor Web (IP: 1.1.1.1) Nivel de enlace de datos y físico (Ethernet) puerto destino=80, tipo=datos, n.sec.=1 ServerSocket server(80); while(true){ server.accept(new_sock); new_sock >> solicitud; new_sock < < páginaWeb; ClientSocket socket(1.1.1.1,80); El cliente solicita enviar datos El nivel de transporte añade su cabecera. … y se lo pasa al nivel de red puerto destino=80, tipo=datos, n.sec.=1 medio físico GET /pag.html GET /pag.html Llega al nivel de transporte de la máquina destino Verificamos la cabecera y … …pasamos los datos a la aplicación del puerto 80.
Comunicación de X a Y pasando por 3 routers
Resumen Arquitectura TCP/IP
¿Qué hemos aprendido? Concepto de telemática Modalidades de transmisión Topologías de red Diferencia entre una red de conmutación de paquete y de circuito Concepto de Arquitectura de protocolos (interfaces y protocolos) La arquitectura TCP/IP (Objetivo y funciones de cada capa) La red de área local Ethernet (direcc. MAC, colisiones, switch, … ) El protocolo IP (direcc. IP, encaminamiento , routers,…) El protocolo TCP (número de puerto, tamaño de ventana, …) El protocolo HTTP (en sus dos versiones) Flujo de los datos a través de los niveles
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