William Stallings
Comunicaciones y Redes
Computadores
Capítulo 1
Introducción
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Redes de Datos Cap.1
1
Objetivo de las
Telecomunicaciones
Intercambiar información entre entidades
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Redes de Datos Cap.1
2
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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Redes de Datos Cap.1
3
Modelo Simplificado para las
Telecomunicaciones
4
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
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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
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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
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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
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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
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Modelo Simplificado para la
Comunicación de Datos
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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
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Modelo Simplificado de Red
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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)
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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
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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
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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 errores
Velocidades típicas 64 Kbps, 2 Mbps
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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 celdas
esto reduce el esfuerzo adicional de procesamiento
Poca información adicional para el control
de errores
Velocidades desde 10Mbps to Gbps
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Red Digital de Servicios Integrados RDSI
(Integrated Services Digital Network
ISDN)
ISDN
Diseñada para reemplazar la redes públicas de
telecomunicaciones existentes
Amplia variedad de servicios
Enteramente digital
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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
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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
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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)
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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
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Arquitectura de un Protocolo
Tareas de comunicación separadas en módulos
Por 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
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Arquitectura simplificada en
Transferencia de Archivos
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A Modelo de Tres Capas
Capa de Acceso a la red
Capa de transporte
Capa de aplicación
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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.
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Capa de Transporte
Intercambio 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
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Capa de Aplicación
Contiene 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
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Requerimientos de
Direccionamiento
Se requieren dos niveles de direccionamiento
Cada computador necesita una única dirección
de red
Cada aplicación en un computador multitarea
necesita una única dirección dentro del
computador
Puntos de Acceso al Servicio (Service Access Point
SAP)
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Redes y Arquitecturas de
Protocolos
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Protocolos en una Arquitectura
Simplificada
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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
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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.
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PDU de Red
Agrega 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 recursos
el protocolo de acceso a la red puede pedir a la red que
realice algunas funciones, como p.e. gestionar prioridades
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Operación de una Arquitectura
de Protocolo
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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 global
Modelo no oficial pero que trabaja
Capa
Capa
Capa
Capa
Capa
de Aplicación
de transporte o Host to host
Internet
de acceso a la red
física
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Capa Física
Define interfaz física entre dispositivo de
transmisión de datos (p.e. computador) y medio
de transmisión o red
Características del medio de transmisión
Niveles de señal
Velocidad de datos
etc.
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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 circuitos
conmutación de paquetes (X.25)
LAN (ethernet)
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Capa Internet (IP)
Los sistemas pueden ser conectados a
diferentes redes
Funciones de encaminamiento a través de
múltiples redes
El 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
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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
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Capa de Aplicación
Contiene 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)
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Modelo de Arquitectura de
Protocolo TCP/IP
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Modelo OSI
OSI = Open Systems Interconnection
Desarrollado 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 capas
Un sistema teórico desarrollado muy tarde!
TCP/IP es el estándar de facto
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Capas OSI
Aplicación:
 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)
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Capas OSI
Sesión:
 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
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45
Capas OSI
Red:
 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
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Capas OSI
Física:
 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
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Modelo de Referencia OSI
7
Aplicación
6 Presentación
5
Sesión
4
Transporte
3
Red
2 Enlace de Datos
1
Física
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Procesos de red para aplicaciones
Representación de datos
Comunicación entre aplicaciones
Conexiones extremo a extremo
Direcciones y mejor ruta
Acceso a los medios
Transmisión binaria
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OSI v/s TCP/IP
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Estándares
 Requerido para permitir la interoperabilidad
entre equipos
 Ventajas
Asegura un gran mercado para equipos y software
estimula 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
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50
Organizaciones de
Normalización
Internet Society
ISO
ITU-T (formally CCITT)
ATM forum
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Lecturas Adicionales
Stallings, W. Data and Computer
Communications (6th edition), Prentice Hall
1999 chapter 1
Web sites for IETF, IEEE, ITU-T, ISO
Internet Requests for Comment (RFCs)
Usenet News groups
comp.dcom.*
comp.protocols.tcp-ip
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Redes de Datos Cap.1
52
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