William Stallings Comunicaciones y Redes Computadores
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Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 1
William StallingsComunicaciones y Redes Computadores
Capítulo 1Introducción
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 2
Objetivo de las Telecomunicaciones
Intercambiar información entre entidades
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 3
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 5
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 6
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 7
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 8
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 9
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 11
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 13
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)
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 14
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 15
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 16
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 17
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 18
Red Digital de Servicios Integrados RDSI(Integrated Services Digital Network ISDN)
ISDNDiseñada para reemplazar la redes
públicas de telecomunicaciones existentesAmplia variedad de serviciosEnteramente digital
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 19
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 20
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 21
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)
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 22
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 23
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 25
A Modelo de Tres CapasCapa de Acceso a la redCapa de transporteCapa de aplicación
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 26
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.
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 27
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 28
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 29
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)
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 32
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 33
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.
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 34
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 36
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 37
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.
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 38
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)
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 39
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 40
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 41
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)
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 43
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 44
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)
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 45
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 46
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 47
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 48
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 50
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
Prof. Herman García Redes de Datos Cap.1 51
Organizaciones de NormalizaciónInternet SocietyISOITU-T (formally CCITT)ATM forum