Introducción a las Redes de Computadoras

Transmisión de Datos

La transmisión de datos es el intercambio de información entre dos dispositivos a través de un medio de transmisión. Este intercambio se realiza dentro de un sistema de comunicación.

Sistema de Comunicación

Un sistema de comunicación es un conjunto de dispositivos físicos y lógicos que permiten la transmisión de datos. Está formado por el mensaje, el emisor, el receptor, el medio de transmisión y el protocolo.

Protocolo

Un protocolo es un conjunto de reglas que gobiernan la transmisión de datos y representa un acuerdo entre los participantes. Sin un protocolo, dos dispositivos pueden estar conectados pero no podrán comunicarse.

Efectividad

La efectividad de una red se mide con cuatro parámetros:

• Entrega (destinatario adecuado y solo a este)
• Exactitud
• Puntualidad
• Jitter (variación en el retardo de entrega de paquetes)

Tipos de Datos

Los tipos de datos que se transmiten en las redes incluyen:

• Texto (alfabeto codificado en binario, ASCII, UNICODE)
• Números (C1, C2, IEEE754)
• Imágenes (píxeles, RGB, YCMK)
• Audio (digitalización)
• Vídeo (digitalización, continuo (TV), discreto (cine))

Flujo de Datos

El flujo de datos puede ser:

• Símplex
• Semidúplex
• Dúplex

Red

Una red es un conjunto de dispositivos conectados por enlaces a través de un medio físico. Los dispositivos suelen llamarse nodos. Un nodo puede ser cualquier elemento capaz de enviar o recibir datos generados por otros nodos de la red.

Medidas de Efectividad y Eficiencia

Para medir la efectividad y eficiencia de una red se utilizan las siguientes medidas:

• Rendimiento (tiempo de entrega, tiempo de respuesta)
• Fiabilidad
• Seguridad

Conexiones

Las conexiones pueden ser:

• Punto a punto (enlace dedicado entre dos dispositivos)
• Difusión (broadcast, enlace compartido entre todos los dispositivos)
• Multipunto (multiconexión, aquellas donde diferentes dispositivos comparten un mismo enlace)

Topologías

Las topologías de red más comunes son:

• Bus
• Anillo
• Estrella (concentrador)
• Malla
• Híbridas (estrella-bus (antena-LANS))

Según Alcance

Según su alcance, las redes se clasifican en:

• PAN (propiedad privada, alcance reducido, 0,001 km, Bluetooth, RFID)
• LAN (propiedad privada, oficina/empresa/campus, alcance físico limitado, tasas de transmisión de 100 o 1000 Mbps)
• MAN (alcance intermedio, conectividad de alta velocidad en una ciudad o parte de ella, redes de televisión por cable)

Interconexión de Redes

Casi no hay redes aisladas. Dos o más redes conectadas forman una interred. Internet es un caso particular de interred. El internetworking es la capacidad de que diferentes tipos de redes trabajen juntas y se puedan tratar igual, independientemente de sus características particulares.

Jerarquía de Protocolos

Para reducir la complejidad del diseño, las redes se organizan como una pila de capas, cada una construida a partir de la inmediatamente inferior. La tarea de cada nivel es ofrecer un servicio a las capas superiores, evitando que conozcan los detalles de su implementación.

Servicio

Un servicio es un conjunto de primitivas que una capa proporciona a la capa inmediatamente superior. Un servicio define las operaciones que proporciona pero no cómo las implementa.

Ventajas de la Arquitectura de Capas

La arquitectura de capas ofrece las siguientes ventajas:

• Divide un sistema grande y complejo en partes bien definidas y específicas.
• Simplifica la implementación del funcionamiento de cada parte.
• Permite modificar la implementación del funcionamiento de cada parte sin que el resto del sistema se vea afectado.

Capas de Protocolos

Los protocolos de red se organizan en capas. Cada protocolo pertenece a una capa de la pila de protocolos. Cada capa ofrece servicios a la capa superior de acuerdo con un modelo de servicio.

Encapsulación

La encapsulación es el proceso por el cual cada capa añade una cabecera y, a veces, una cola a los datos recibidos de la capa superior. La unidad de datos intercambiada es la cabecera más la carga útil.

Capa Física

La capa física coordina las funciones necesarias para transmitir un flujo de datos sobre un medio físico. Trata con las especificaciones eléctricas y mecánicas de la interfaz y el medio de transmisión.

Capa de Enlace de Datos

La capa de enlace de datos es responsable de entregar un paquete de capa de red de un nodo al siguiente de la ruta. Los servicios que ofrece a la capa de red dependen del tipo de protocolo de enlace de datos que se utilice en cada enlace.

Capa de Red

La capa de red es responsable de entregar los paquetes de una máquina a otra a través de la red. Proporciona direccionamiento lógico, encaminamiento, envío, control de congestión, fragmentación y reensamblaje.

Capa de Transporte

La capa de transporte es responsable de entregar mensajes complejos entre procesos de origen y destino (extremo a extremo). La capa de red realiza esta función para cada paquete que forma el mensaje, mientras que la capa de transporte se responsabiliza del mensaje como unidad.

Capa de Sesión

La capa de sesión proporciona mecanismos para delimitar y sincronizar los intercambios de datos, incluidos elementos para definir puntos de control o recuperación.

Capa de Presentación

La capa de presentación proporciona servicios a las aplicaciones que les permiten interpretar el significado de los datos intercambiados.

Capa de Aplicación

La capa de aplicación permite al usuario acceder a la red. Proporciona las interfaces de usuario y el soporte para los servicios (correo, transferencia de archivos).

TCP/IP

TCP/IP es un conjunto de protocolos que se utilizan en Internet. Se compone de las siguientes capas:

• Capa física y enlace de datos: no definida
• Capa de red: IP (protocolo de mejor esfuerzo), ICMP (protocolo de notificación de errores), ARP (protocolo de resolución de direcciones)
• Capa de transporte: TCP (protocolo de transferencia fiable), UDP (protocolo de mejor esfuerzo)
• Aplicación: combina las capas de sesión, presentación y aplicación del modelo OSI

Internet

Internet es una red de redes que conecta millones de dispositivos en todo el mundo. Está formada por los dispositivos conectados, los enlaces de comunicación y los encaminadores/conmutadores que reenvian los paquetes. Los protocolos utilizados en Internet incluyen TCP, IP, HTTP y otros. Internet proporciona servicios de comunicación a las aplicaciones a través de una API.

Cliente-Servidor

La mayoría de las aplicaciones distribuidas adoptan la forma de cliente-servidor. Un programa cliente solicita y recibe los servicios proporcionados por un programa servidor.

P2P

Las aplicaciones P2P son aquellas en las que las máquinas actúan tanto de cliente como de servidor.

Red de Acceso

: está formada por aquellos enlaces que conectan el sistema final con el primer encaminador en el camino a cualquier sistema distante. La mayoría de las redes de acceso utilizan parte de la infraestructura de la red telefónica local. Desde cada casa existe un par trenzador de hilos de cobre hasta la CO. Ejemplos: marcado via modem, DSL, Ethernet, fibra óptica, wifi

Conmutación de circuitos: establecer conexion extremo a extremo y reservar recursos, transferir informacion, cerrar conexion y liberar recursos. La capacidad de un enlace se comparte entre diferentes conexiones mediante TDM o FDM.

Conmutación de paquetes: las aplicaciones distribuidas, para funcionar, intercambian mensajes que contienen comandos o datos. Las redes actuales dividen estos mensajes en fragmentos llamados paquetes. Los paquetes viajan del origen al destino a través de enlaces y conm. de paquetes. Los paquetes se transmiten sobre el enlace de salida con la máxima velocidad de transmisión. Redes de circuitos virtuales 3 faes pero envian paquetes, orientado a conexion, secuencias de mensajes y flujo de datos(stream), paquetes ordenados. Los conmutadores de paquetes utilizan guarda y reenvia. El conmutador tiene que recibir todo el paquete antes de poder iniciar su retransmisión. Cada paquete se debe retransmitir a cada conmutador. Cada conm. tiene más de un enlace, por tanto los paquetes se dispondrán en una cola de salida. No es válida para servicios en tiempo real ya que presenta retardos variables e impredecibles e incluso pérdidas de paquetes. La demanda agregada puede superar los recursos disponibles. Mejor compartición ancho de banda, sistema más sencillo, eficiente y menos costoso de implementar.

Multiplexado estadístico: en una red de conmutación de paquetes los flujos de paquetes no son constantes y los recursos se asisgnan a medida que son necesarios. Permite dar servicio a un mayor número de usuarios que una conmutacion de circuitos.

Paquetes al destino: encaminador: extrae direccion de destino de cada paquete, consulta la tabla de envio para decidir la interficie de salida del paquete, reenvia el paquete por la interficie de salida. Las tablas de envio se construyen de forma manual o mediante los protocolos de encaminamiento, los cuales permiten que los encaminadores intercambien información entre ellos a partir de la cual decidiran cuales son las rutas óptimas para llegar a cualquier destino y construirán la tabla de envío que relaciona los destinos y las interficies de salida.

ISP: sistemas finales se conectan a internet a traes de un proveedor de servicios de internet. Existen diferentes niveles que se proporcionan servicios entre sí a traves de los puntos d presencia POP. Los de nivel 1 forman la troncal de internet (conectados directamente a todos los ISP de nivel 1, están conectados a muchos isp de nivel 2 y otras redes de cliente, proporcionan cobertura internacional). Los proveedores de niveles inferiores pueden establecer enlaces parejos con proveedores del mismo nivel. Los puntos de intercambio EX son puntos neutrales que se utilizan para el intercambio de trafico entre isps. Los servidores de contenidos CDS son un tipo especial de ISP como google o yahoo.

Retardos: procesamiento: evualuar cabecera y decidir interficie de salida. cola: tiempo que espera en la cola de salida. Transmision: poner todos los bits del paquete sobre la linea, depende de tasa de transmisión del enlace R y la longitud del paquete L. Propagación: tiempo para que bits lleguen al otro extremo del enlace, depende de la distancia d y la velocidad de prop v. Retardo nodal: suma anteriores.

Retardo cola: es mas dificil de medir ya que puede varior mucho de un paquete a otro. depende de la tasa de transmisión del enlace y si el trafico de llegada es periodico o en rafagas. Si intensidad baja no aparece, a medida que aumenta el trafico aumenta y puede provocar perdidas de paquetes.

Retardo extremo a extremo: tiempo que transcurre desde que el primer bit de un paquete sale del nodo origen hasta que el ultimo bit del paquete llega al nodo destino. Retardo nodal *N.

Throughput: mide la tasa de llegada de información efectiva a través de un enlace o red. Puede medirse de forma instantanea o en media, individual o agregada.

Etiquetas: Arquitectura de red, Capas de protocolos, protocolos, Redes de computadoras, TCP/IP, Transmisión de datos