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2Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Introduccin
Objetivos del Tema: Entender como se comunican las aplicaciones en
un entorno distribuido Paradigma Cliente-Servidor
Adquirir conocimientos generales del funcionamiento de Internet
Arquitectura de Internet (ISPs) Direccionamiento
Diferenciar los distintos tipos de redes y dispositivos de comunicaciones que coexisten
LAN versus WAN Switches versus Routers
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3Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Introduccin
En toda comunicacin hay: Cliente que quiere un servicio (emitir una comunicacin) Un receptor (servidor) que quiere recibir la comunicacin Una entidad que nos proporciona el servicio de transporte
y nos garantiza ciertos parmetros como son: Medio de acceso (red de acceso) Una Velocidad de Transmisin (Bps):
velocidad de acceso vs Throughput medio de la comunicacin mecanismos de control de velocidad (flujo), errores, congestin
Confidencialidad y seguridad en la comunicacin Calidad de servicio: garanta de que llega en cierto tiempo y
correctamente
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4Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Introduccin
Transmisores: Procesos Clientes
Receptores Procesos Servidores (locales y remotos)
cliente
Servidores locales
cliente
Servidores remotos
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5Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Protocolo de comunicaciones: Define el formato y orden de los mensajes intercambiados
entre dos o ms entidades comunicantes as como las acciones a tomar por el emisor y receptor de la comunicacin
Hola
Hola
Cuentame que hiciste ayer !
Persona B
Persona A
TCP connection request
TCP connection reply
GET: http:/www.bcn.es
Cliente Servidor
dataBla, bla , bla
TCP ack
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6Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Comunicacin: e.g: dos personas hablando Jerarqua de niveles
Nivel 2: el cerebro interpreta una idea
Nivel 1: cuerdas vocales transmiten
Nivel 2: el cerebro interpreta la idea
Nivel 1: el oidorecibe el sonido
Nivel 1: Aire como medio de transmisin
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7Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Dos jerarquas diferenciadas de niveles Jerarqua universal: OSI (Open System
Interconnection) jerarqua de referencia ISO (International Standards
Organization) Otras Jerarquas: TCP/IP, SPX/IPX (Novell),
SNA (IBM), AppleTalk, DECnet ... TCP/IP estndar del IETF (Internet Engineering Task
Force) Resto: propietarias de Multinacionales del sector de
comunicaciones
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8Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Modelo de referencia OSI (Open System Interconnection) Modelo universal que permite definir una red genrica 7 niveles (A-P-S-T-R-E-F) Desventajas:
A-P-S: demasiado complejo para muchas aplicaciones tpicas
Transmisin de bits
Acceso al medio, entramado
Direcciones lgicas y encaminamiento
Conexin extremo a extremo
Dilogo entre sesiones (clientes)
Representacin de datos, voz, vdeo, img.
Relaciona aplic. de computador con aplic. de red
Bits
Tramas
Paquetes
Segmentos
Datos
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2
3
4
5
6
7
Fsico
Enlace
Red
Transporte
Sesin
Presentacin
Aplicacin
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9Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Aplicacin: relaciona aplicaciones de computadores con aplicaciones de red
Aplicaciones de computador Aplicaciones de redNetscape, Explorer acceso remoto: telnet ...Editor textos transf. ficheros: ftp ...Hojas clculo correo electr.: SMTP ...Napster acceso a WWW: http..... .....
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10Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Presentacin: representacin de datos, voz, vdeo, imgenes Datos: ASCII, EBCDEC ... Voz/vdeo: MP3, AVI, MPEG, ... Imgenes: GIF, TIFF, JPEG, ... Encriptamiento info
Sesin: dilogo (sesiones) entre clientes o sesiones: X-Windows, NFS (Network File System), SQL
(Structured Query Language), ...
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11Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Transporte: conexin extremo a extremo Estructura la informacin en unidades llamadas segmentos Entrega fiable o no fiable de la informacin Control de flujo y de errores extremo a extremo (end-to-
end) entre cliente-servidor (host-server)
segmento
datos
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12Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Red: Asigna espacio de direcciones lgicas para identificar
donde estn el computador origen y destino Busca caminos ptimos: encaminamiento Encapsula segmentos en paquetes de red
segmentos
paquetes
datos
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13Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Enlace: Encapsulamiento de paquetes de red en tramas Acceso al medio de transmisin
Fsico: transmisin de los bits en forma de ondas electromagnticas
tramas
segmentos
paquetes
datos
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14Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Resto de Arquitecturas de protocolos Ejemplo: pilas TCP/IP y Novell (5 niveles)
TCP/IP Novell
IPX
SPX
Tecnologa de red (LAN o WAN)
IP
TCP UDP
telnet ftp e-mail http ....
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2
3
4
5
Fsico
Enlace
Red
Transporte
Aplicacin
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15Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Paradigma cliente-servidor: El servidor siempre est a la espera de peticiones El cliente efecta una peticin al servidor El servidor responde a la peticin y espera una nueva peticin
de otro cliente
GET: http:/www.bcn.esCliente
AServidor
Cliente B GET: http:/www.bcn.es
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16Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
E.g. en Linux usando socket-API Cuando un cliente quiere un servicio (aplicacin) debe establecer una
conexin con el servidor. A la conexin se le llama en UNIX socket Un socket es un descriptor de fichero que apunta a una estructura de
datos que representa la conexin de transporte Sockets TCP
Sockets UDP
NetworkServer
Clientes Protocolo de transporte: (TCP o UDP)
@IP destino
@IP origen
Puerto origen
Puerto destino
Socketpair
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17Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
E.g. conexin TCP en Linux usando socket-API
Socket ()
Bind ()
Listen ()
Accept ()
Read ()
Write ()
Socket ()
Connect()
Write ()
Read ()
Close () Close ()
bloqueo
CLIENTE
3WHS
Datos
FIN
SERVIDOR
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18Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
E.g. conexin TCP en Linux usando socket-API
Cliente A
Cliente B
servidor
Servicio del Cliente
A
Servicio del Cliente
BProceso hijo del servidor
Proceso hijo del servidor
Listen (backlog)
Aquellos clientes que efectan la conexin y
todava no han terminado el 3WHS
Puerto efmero
Puerto conocido
Puerto ?
Puerto ?
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19Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor
Arquitectura de protocolos comerciales
Computador A
Red
Interficie de red
Computador B
Router
Aplicacin
Transporte
Red
Interficie de red
ProcesoProceso
ProcesoProceso
TCP UDP
ICMP IP
ARP
Driver
RARP
Aplicacin
Transporte
Red
Interficie de red
Red Red
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20Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Pila de protocolos y paradigma cliente-servidor Arquitectura de protocolos en un terminal
Tarjeta ethernet
TCP/UPDIP
Driver
SistemaOperativo
Aplicacin (FTP, Telnet, etc.)
APIs (e.g. Socket)
Usuario
Red ethernet
Cabez.Ether.
Cabez.IP
Cabez.TCP
Datosaplicacin
Cabez.IP
Cabez.TCP
Datosaplicacin
Cabez.TCP
Datosaplicacin
BufferRx
read()
BufferTx
write()
TCP
aplicacin
IP
driver
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21Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Dispositivos de Red
Algunos elementos que podemos encontrar en una red
NICs(L2)
Hubs, modems(L1)
Switches, AP (L2)
Routers, FW (L3)
Clientes (L5)
Servidores (L5)
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22Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Internet y el Acceso a Internet
Internet: conjunto de redes y computadores que permiten a sus usuarios compartir informacin
Cada red se conecta a otra a travs de un ISP (Internet Service Provider)
ISP: proveedor de servicios de Internet Provee conectividad a usuarios finales, a redes
corporativas o a otros ISPs Lneas dedicadas o conmutadas
Proporciona servicios finales e-mail, chat, acceso a portal Web, almacenamiento de
informacin, ) Proporciona servicios de hosting/housing, de contenido, ...
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23Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Internet y el Acceso a Internet
Tipos de clientes de un ISP Usuarios finales (Dial-clients):
Contratan una lnea (tarifa plana con modem, ADLS, ) a una operadora. Tpicamente, la operadora acta de ISP.
Redes corporativas (IP-Net-client) Son redes de rea local (LANs) Contratan lneas dedicadas o conmutadas para unir sus sedes
(centrales y remotas) formando una VPN Contratan una o varias lneas (backup, redundancia, balanceo
de cargas, ) al ISP Otros ISP
Peering entre ISPs: los ISPs actan con relaciones de cliente-a-proveedor, par-a-par y proveedor-a-cliente
Las conexiones entre ISPs se hacen de manera privada (contratando lneas a operadoras de telecomunicaciones) o pblica (puntos neutros o Exchange points)
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24Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Internet y el Acceso a Internet
Arquitectura de Internet
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25Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Internet y el Acceso a Internet Tecnologas de acceso:
Son tecnologas que permiten que los usuarios puedan conectarse a ISPs
Generalmente usan tecnologas WAN (Wide AreaNetwork)
Redes fijas o cableadas Conmutacin de circuitos (L1): modems, ADSL, RDSI, SONET
(USA) OC-n (n=1,3,12,24,48, 51,8 Mbps*n), SDH (STM-1=OC-3, STM-4=OC-12, ),
Conmutacin de paquetes (L2): Frame Relay, ATM, Redes celulares
Conmutacin de circuitos (L1): GSM Conmutacin de paquetes (L2): GPRS, UMTS,
Ultimamente usan tecnologa LAN (e.g. MetroEthernet) E.g. 10 GigabitEthernet es equivalente en velocidad a OC-192
o STM-64
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26Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Internet y el Acceso a Internet Dial-clients:
Acceden tpicamente con modems convencionales (56 Kbps), ADLS (200 Kbps , 2 Mbps ), RDSI (acceso bsico)
Ms de un PC si router con conexin interna Wireless o Ethernet Redes corporativas
Conjunto de PCs (Hosts) y servidores que forman una LAN con tecnologas Ethernet (cableada) o IEEE 802.11x (Wireless)
Conexin externa: ADSL, RDSI, FR, ATM, Gigabit Ethernet, Contratos VPN (tneles con seguridad, voz, ) con protocolos del
tipo GRE, IPSEC, MPLS, sobre conexiones ADSL, RDSI, FR, ATM, Gigabit Ethernet,
ISPs Conexin privada: accesos de alta velocidad (tecnologa ptica,
ATM, ) Conexin pblica usando punto neutro: Gigabit Ethernet
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27Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Direcciones en Redes Direcciones MAC (L2), IP (L3) y puertos (L5)
IPnetwork
IPnetwork
IPnetwork
RouterRouter SwitchWeb Server (puerto 80)
FTP server(puerto 21) ande-mail server(puerto 110)
MAC address (@MAC) identificador de localizacin final. Identifica el dispositivo final en una red especifica de nivel 2 (tecnologa L2) IP address (@IP) identificador de red y de localizacin final (doble funcionalidad). Identifica la red IP donde est el dispositivo e identifica el dispositivo final en una red de nivel 3 (Red IP=L3) Puerto identificador de la aplicacin. Identifica al cliente (host origen) o al servidor (host destino). Al puerto origen se le llama puerto efmero y al destino se le llama puerto conocido
Red 10.5.5.0/24 Red 10.6.6.0/24 Red 10.7.7.0/24
device10.7.7.14/24
device10.7.7.15/24
device10.5.5.3/24
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28Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Direcciones en Redes Direcciones MAC (L2), IP (L3) y puertos (L5)
Tarjeta ethernet
TCP/UPDIP
Driver
SistemaOperativo
Aplicacin (FTP, Telnet, etc.)
APIs (e.g. Socket)
Usuario
Red ethernet
Cabez.Ether.
Cabez.IP
Cabez.TCP
Datosaplicacin
Cabez.IP
Cabez.TCP
Datosaplicacin
Cabez.TCP
Datosaplicacin
BufferRx
read()
BufferTx
write()
TCP
aplicacin
IP
driver
puertos
@IP
@MAC
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29Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Direcciones en Redes
@MACs: 48 bits en Hex de la forma
XX:XX:XX:XX:XX:XX Generalmente son direcciones unicast (de un
host a otro host) E.g.: 0a:3f:2a:44:de:4b Son direcciones planas (flat), es decir no indican
ninguna jerarqua de redes e identifican inequvocamente a una tarjeta de red (NIC)
Existe la posibilidad de broadcast (de un host a todo el dominio broadcast) con la direccin ff:ff:ff:ff:ff:ff
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47Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Comunicacin entre dispositivos L5 El cliente desconoce la direccin L2 del dispositivo destino
independientemente de donde est situado De hecho, el dispositivo destino (e.g. WIFI) podra usar una
tecnologa de acceso distinta a la del origen (e.g. Ethernet) El cliente sabe la direccin L3 del dispositivo destino pero no
sabe como llegar hasta l (no hay una lnea directa)
Hay que solucionar: Como aprender direcciones L2 a partir de direcciones L3 Como llegar a dispositivos remotos a partir de direcciones L3
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48Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Comunicacin entre dispositivos L5
ARP (Address Resolution Protocol) Protocolo que resuelve direcciones de L2 a partir de
direcciones de L3
IPnetwork
Red 10.5.5.0/24
@IPHA:10.5.5.3/24@MACHA: 0a:cd:34:21:5a:1e
Web Server (puerto 80)
@IPS1:10.5.5.5/24@MACS1: 0b:b4:14:f1:51:2c
@IPHB:10.5.5.4/24@MACHB: 0c:ad:b4:2d:3a:11
(1) HA enva ARP request (trama L2) @MAC dest=broadcast, @MAC orig=@MACHA, !! El que tenga @IP=IPS1 me envie su @MAC !! (2) S1 enva ARP reply (trama L2) @MAC dest=@MACHA, @MAC orig=@MACS1, !! Yo tengo la @IP=IPS1 y mi @MAC=@MACS1 !! (3) El resto como no tienen la @IP=@IPS1 no responden y descartan el ARP request(4) HA y S1 guardan en el ARP cache una entrada con la correspondencia @MAC, @IP y AGE (tiempo de vida antes de eliminar la entrada y volver a preguntar)
HA
S1
HB
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49Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Comunicacin entre dispositivos L5 Redes Broadcast
Redes que son capaces de transmitir paquetes a toda la red Tecnologas de L2:
LANs por definicin son redes broadcast (BMA: BroadcastMedium Access networks), e.g. Ethernet, IEEE 802.11x
WANs por definicin son unicast (NBMA: Non-Broadcast MediumAccess networks), e.g. RDSI, ADSL, ATM, FR,
Tecnologas de L3: Redes IP son broadcast por definicin pero por defecto cualquier
router deshabilita el hacer broadcast por todos sus puertos. Conclusin:
Los ARP request/reply solo funcionan en una red BMA En redes NBMA se usan tcnicas adaptadas para solucionar la
direccin L2 (e.g. un CV) a partir de la direccin L3 ARP inverso (no confundir con ARP reverso)
En redes IP hay que buscar otras soluciones encaminamiento L3
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50Diseo de Redes Corporativas27/11/2006
Comunicacin entre dispositivos L5 Redes Broadcast
VLAN=2 VLAN=3VLAN=4
Red IP1 Red IP2
Red IP2
Red IP3
Red IP1 Red IP3