Curso de Redes Computadores 1 Objetivo Perspectivas Contenido

Contenido del Curso
Curso de
Redes Computadores 1
 TEMA 1: Conceptos básicos. Internet. Redes locales, de
área ancha, etc. Protocolos de uso e implementación de
servicios. Estructuración de software de red por capas.
Modelos TCP/IP y OSI. Protocolos basados en preguntarespuesta. Servicios de red.
 TEMA 2: Introducción a Internet (redes IP). Identificadores
de máquinas: dirección “física” y dirección IP. Espacio de
direcciones IP: dominios y máquinas. Nombres nemónicos:
servicio DNS. Asociación número IP <-> nombre DNS.
 TEMA 3: Introducción a la capa de transporte. Interfaz de
programación en redes. Sockets: par (dirección IP, puerto).
 TEMA 4: Estudios de casos de protocolo estándares sobre
capas de transporte, tales como RFC822, POP, HTTP.
 TEMA 5: Otros modelos de programación en redes: RPC.
Tema 1
Introducción a las Redes de
Computadores
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Redes de Computadores Tema1
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1
Redes de Computadores Tema1
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Objetivo
Contenido del Curso
 Al finalizar el curso los estudiantes
tendrán un conocimiento básico sobre la
noción de protocolo de comunicación, la
estructura de software/hardware de redes
locales, las funciones principales de las
capas de software en el modelo TCP/IP y
algunos modelos de programación en
redes, en especial el modelo clienteservidor.
 TEMA 6: Componentes de una red IP. Redes locales. Redes de
difusión, redes punto a punto. Elementos para armar una red local.
Medios de transmisión y propiedades. Dispositivos: modems,
conmutadores, concentradores (hubs).
 TEMA 7: Control y manejo del intercambio de datos sobre un
enlace (link). Trama (frame) y sincronización de trama. Control de
flujo a nivel de enlace. Transmisión confiable. Control de errores.
Detección de errores.
 TEMA 8: IP en detalle. Formato de los paquetes. Conmutación,
fragmentación y re-ensamblaje. Introducción a enrutamiento.
Algoritmos de vector de distancias y de estado de enlace.
 TEMA 9: UDP y TCP. Formato de los segmentos. Protocolos.
Inducción a control de flujo y control de congestión.
 TEMA 10: Introducción a aspectos de seguridad. Encriptamiento.
Autentificación.
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Perspectivas




Curso de
Redes Computadores 1
Usuario de la Red
Diseñadores e Instaladores de Red
Administradores de Redes
Proveedores de Servicios (de Red)
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Tema 1
Introducción a las Redes de
Computadores
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Redes de Computadores
Redes de Computadores
 Internet
 Una red de
computadores es un
conjunto de equipos
conectados por medio
de cables, señales,
ondas o cualquier otro
método de transporte
de datos, que
comparten información
(archivos), recursos (CDROM, impresoras, etc.) y
servicios (acceso a
internet, e-mail, chat,
juegos), con un objetivo
específico.
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Redes de Computadores
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Redes de Computadores
 Un servicio puede ser definido como un
conjunto de actividades que buscan
responder a necesidades de un cliente.
 El objetivo de una red de
Telecomunicaciones es el de intercambiar
información entre entidades que pueden
estar fisicamente distantes
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Modelo Simplificado para las
Telecomunicaciones
Redes de Computadores
 150 millones de sitios web. 500 millones
de usuarios (2008)
 Su tamaño se duplica cada 5 años.
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Un Modelo de Telecomunicaciones
Redes (networks)
 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
 Conexión punto a punto entre todas las
entidades no es práctica
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Tareas Claves en un Sistema de
Telecomunicaciones












 Dispositivos están muy lejanos entre sí
 Una gran cantidad de dispositivos necesitaría un
número no práctico 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
Utilización del Sistema de Transmisión:
Interfaz entre el dispositivo y el medio de transmisión
Generación de la Señal
Sincronización
Gestión de Intercambio
Detección y Corrección de Errores
Control de Flujo
Direccionamiento y Encaminamiento (Enrutamiento)
Recuperación
Formato de Mensajes
Seguridad
Administración de la Red
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Modelo Simplificado para la Comunicación de Datos
en Redes de Computadores
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Clasificación de las Redes de
Computadores
 WAN (Wide Area Network)
Son Públicas o depende
en parte de circuitos comunes de operadores particulares
Cubren largas distancias (X.25, Frame Relay, ATM, SDH, Sonet)
 MAN (Metropolitan Area Network
Pueden cubrir el area de una Ciudad (MetroEthernet)
 LAN (Local Area Network)
Redes de computadores en un Campus, Organización o una
edificación.
La red, por lo general, pertenece al mismo dueño de los equipos
que ésta comunica (Ethernet, WiFi)
 PAN (Personal Area Network)
Redes de uso personal de muy corto alcance. (Bluetooth, UWB)
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Conmutación de Circuitos
(Circuit Switching)
Protocolos
 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
 Conjunto de reglas que gobiernan el
intercambio de datos entre dos o más
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
 Un Protocolo es en Redes equivalente a un
Algoritmo en la Programación tradicional.
 p.e. Red telefónica
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Conmutación de Paquetes
(Packet Switching)
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Características de los protocolos
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1
 Se envían pequeñas unidades (paquetes) de
datos, uno a la vez.
 Los datos se pueden enviar fuera de secuencia.
 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 de terminal a
computador y de computador a computador
 La comunicación entre dos entidades
puede ser:
 Directa o indirecta
 Los protocolos pueden ser:
 Monolítico o estructurado
 Simétrico o asimétrico
 Estándar o no-estándar
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Configuración
de una Red
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Directa o Indirecta
 Directa
 Los sistemas comparten un enlace punto a punto o
 Los sistemas comparten un enlace multi-punto
 Los datos pueden pasar sin intervención de agentes
activos
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Uso de Protocolos Estándares o No
Estándares
Directo o Indirecto
 Indirecto
 Redes conmutadas o
 Conjunto de redes (Internetworks) o internets
 La transferencia de datos depende de otras entidades
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Monolítico o Estructurado
Funciones de los protocolos
 La tarea de la comunicación es
compleja como para ser abordada
como una unidad









 El diseño estructurado analiza el
problema en unidades más pequeñas
 En lugar de un único protocolo, habrá un
conjunto de protocolos organizados, por
ejemplo en una estructura jerárquica en capas
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Encapsulación de mensajes
Segmentación y re-ensamblaje de mensajes
Control de conexión
Entrega ordenada de mensajes
Control de flujo
Control de Error
Direccionamiento
Multiplexaje
Servicios de transmisión
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Simétrico o Asimétrico
Encapsulación
 Simétrico
 Se agrega información de control a los
datos
 Información de dirección: indicar dirección
del emisor y/o del receptor
 Código detector de errores: se debe incluir
alguna secuencia de comprobación
 Control del protocolo: se debe incluir alguna
información adicional para realizar las
funciones del protocolo que se mencionan más
adelante
Encabezado
Cola
Este es el mensaje a enviar
Mensaje
 Comunicación entre entidades pares
 Asimétrico
 Cliente/servidor
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Transferencia de Datos Orientada
a la Conexión
Encapsulación
Se agrega información de control a los datos
Información de dirección, Código detector de errores, Control del
protocolo
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Cuál es la necesidad de una
arquitectura de protocolos
Segmentación (Fragmentación)
 Por ejemplo para la transmisión de archivos
 Los bloques de datos son de tamaño limitado
 Los mensajes de la capa de aplicación pueden ser muy
grandes
 Los protocolos de niveles inferiores pueden ser más
pequeños
 La segmentación ( o fragmentación en TCP/IP) consiste en
dividir los bloques más grandes en otros más pequeños
 La fuente debe activar el camino de comunicación o
informar a la red cual es su destino
 La fuente debe verificar si el destino está preparado para
recibir la información
 La aplicación de transferencia de archivos en la fuente debe
verificar si el sistema de manejo de archivo del destino
aceptará y almacenará el archivo para el usuario
especificado
 Puede requerirse una transformación de formato del archivo
 Los bloques de ATM (cells) son de 53 bytes de largo
 Los bloques Ethernet (frames) son de hasta 1526 bytes de
largo
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 Una tarea es dividida en subtareas
 Implementadas de forma separada y en capas
dentro de una pila
 Las funciones se necesitan en ambos sentidos
 Las capas pares (del mismo nivel) se comunican
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La utilidad de un arquitectura
jerárquica de protocolos
Control de Conexión
 Establecimiento de la conexión (orientada a la
conexión)
 Transferencia de datos
 Término de la conexión (orientada a la conexión)
 Puede haber interrupción y recuperación de la
conexión
 Numeración secuencial de los mensajes enviado,
esto se usa para
DHL
 Entrega en orden
 Control de flujo
 Control de error
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Elementos Claves de un Protocolo
Requerimientos de
Direccionamiento
 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)
 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 Servico (Service Access
Point SAP)
 El puerto en una red TCP/IP
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Redes y Arquitecturas de
Protocolos
Arquitectura de un Protocolo
 Tareas de comunicación separadas en
módulos
 Por ejemplo la 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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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
Capa de
aplicación
Capa de
transporte
Capa de
Acceso
a la red
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Operación de una Arquitectura de
Protocolo
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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Arquitectura Estándar de
Protocolos
 El modelo de referencia OSI
 Nunca fue más alla de las promesas iniciales
 Suite de protocolos TCP/IP
 Más ampliamente utilizado
 También existe: IBM Systems Network
Architecture (SNA)
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Elementos de Estandarización



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El modelo OSI
 Se requieren para la comunicación de dispositivos
 Los vendedores cuentan con productos con mejor
mercado
 Los consumidores pueden insistir en equipos
basados en estándares
 Existen dos estándares principales que son:
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 Es un modelo basado en capas
 Cada capa desarrolla un subconjunto de
las funcionalidades requeridas para
lograr la comunicación
 Cada capa se apoya en la capa siguiente
de menor nivel para llevar a cabo
funciones primitivas
 Cada capa provee servicios a la siguiente
capa de nivel superior
 Los cambios en una capa no requerirán
de modificaciones en otras capas de la
pila
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Capa k +1
Capa k
Capa k - 1
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Las capas de la OSI
Especificación del protocolo
 Dos entidades en la misma capa en sistemas diferentes cooperan e
interactúan por medio del protocolo
 Las especificaciones del protocolo deben ser precisas
 Formato de la unidad de datos
 Semántica de todos los campos
 Secuencia permitida de PDUs
Definición del servicio
 Se necesita normalizaciones para los servicios que cada capa
ofrece a la capa superior contigua
 Descripción funcional de qué servicios está proporcionando
 No especifica cómo se proporcionan los servicios
Direccionamiento: cada capa suministra a las entidades en la capa
superior contigua.
 Las entidades se identifican mediante SAP
 Un NSAP(NetworkSAP) indica una entidad de transporte que es
usuaria del servicio de red
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Capas OSI
Estándares específicos por capa
 Enlace de Datos:



Se encarga de activar, mantener y desactivar un enlace, ofreciendo 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
Las capas superiores pueden asumir una transmisión libre de errores
 Red:



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Capas OSI
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
No hace falta enlaces directos origen-destino.
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Capas OSI
 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, evitando pérdidas de paquetes,
duplicaciones, errores y pérdida de secuencia en los paquetes.
Proporciona seguridad, transferencia transparente de datos entre los
puntos finales: proporciona además procedimientos de recuperación de
errores, control de flujo origen destino y calidad de servicio.
 Sesión:
Proporciona el control de la comunicación entre las aplicaciones.
Establece, administra y cierra las conexiones (sesiones) entre las
aplicaciones que cooperan
 Contempla mecanismos de recuperación: procedimiento para reanudar
la transmisión después de ocurrido un fallo
 Brinda sus servicios a la capa de presentación

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Capas OSI
Capas OSI
 Física:
 Presentación:


Se encarga de la transmisión de cadenas de bits no estructurados
sobre el medio físico; esta capa está relacionada con las
características mecánicas, eléctricas, funcionales y de procedimiento
para acceder al medio físico
Aquí se definen características de la interfaz física entre dispositivos,
tales como:

Físicas: distancias máximas de transmisión
 Mecánicas: especifica las características físicas del conector y sus
circuitos
 Eléctricas: especifica los niveles de voltaje, velocidades de transmisión
de los datos y sincronización de cambio de voltaje
 Funcionales: especifica las funciones de cada uno de los circuitos
 De procedimiento: especifica la secuencia de eventos que se realizan en
el intercambio de flujo de bits a través del medio físico
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 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)
 Algunos ejemplos de servicios específicos de esta capa
son:
 Compresión de datos
 Encriptación o cifrado de datos
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Capas OSI
Arquitectura Protocolo TCP/IP
 Aplicación:
 Desarrollado por Defense Advanced Research
Project Agency (DARPA) de EEUU para su red de
conmutación de paquetes (ARPANET)
 Arquitectura comercial dominante
 Especificada y extensivamente usada antes de
OSI
 Usado por la Internet global
 Es un modelo no oficial que trabaja con:
 Proporciona un medio para que las aplicaciones
accedan al entorno OSI
 Es la capa más cercana al usuario y brinda servicios de
red a las aplicaciones del usuario
 Incluye las funciones de administración y en general, a
los mecanismos necesarios en la implementación de las
aplicaciones distribuidas
 Pertenecen a esta capa aplicaciones tales como:




Transferencia de archivos
Correo electrónico
Acceso desde terminales a computadores remotos
Etc.
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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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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
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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




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Uso de las capas en diferentes
dispositivos (Un Retransmisor)
 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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Modelo de Arquitectura de
Protocolo TCP/IP
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)
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OSI vs TCP/IP
 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
TCP
 Contiene la lógica necesaria para soportar
la comunicación en varias aplicaciones de
usuario
 La capa usual de transporte en TCP/IP es
Transmission Control Protocol (TCP)
 p.e. para cada tipo distinto de aplicación se necesita un
módulo independiente y con características bien
definidas
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 Asociación lógica y temporal entre entidades en
diferentes sistemas
 TCP PDU
 e.g. Http (Hiper Text Transfer Protocol),
SMTP (Simple Mail Tranfer Protocol),
SNMP, etc.
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 Brinda una conexión confiable
 Conexión
 Llamado segmento TCP
 Incluye puertos de origen y destino (equivalente a SAP)
 Que identifican respectivamente a las aplicaciones de los
usuarios
 Una conexión hace referencia a un par de puertos
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UDP
Seguimiento de una operación simple
Una alternativa a TCP es UDP (User
Datagram Protocol)
 Envíos no garantizados
 No se preserva el orden de secuencia de
paquetes
 No hay protección contra la duplicación de
paquetes
 Presenta una pérdida de eficienca mínima
 Añade el concepto de puertos a IP
 El Proceso asociado con el puerto 1 en el host A
envía un mensaje al puerto 2 en el host B
 El Proceso en A envía hacia abajo el mensaje a TCP para
que éste lo envíe al puerto 2 del destino
 TCP envía información a IP para que el mensaje sea
enviado a B
 IP envía a la capa de red (p.e. Ethernet) para que lo
envíe al router J
 Se generan una serie de PDU encapsulados
A
1
TCP
TCP
IP
Enrutado
Router J
Red
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Conceptos de TCP/IP
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B
2
IP
Red
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PDUs en TCP/IP
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Direccionamiento
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71
Algunos Protocolos de la Suite TCP/IP
 Es el nivel dentro de la arquitectura en el cual las
entidades reciben su nombre
 Existe una dirección única para cada sistema final
(computador) y enrutador (router)
 Dirección a nivel de Red
 IP o dirección de internet (TCP/IP)
 Network service access point or NSAP (OSI)
 Los procesos dentro de un sistema se asocian a
 Número de puerto (Port number) (TCP/IP)
 Service access point or SAP (OSI)
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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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Organizaciones de Normalización
 Internet Society ISOC
 International Organization for Standardization (ISO) creadora
de Open Systems Interconnection (OSI).
 American National Standards Institute (ANSI). USA miembro de
ISO.
 Electronic Industries Association (EIA) Desarrolló el EIA/TIA-232
(antes RS-232) y otros.
 Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) -- IEEE.
Desarrolló IEEE 802.3 e IEEE 802.5.
 International Telecommunication Union Telecommunication
Standardization Sector (ITU-T) -- ITU-T organización
internacional (antes CCITT). Desarrollo X.25 y otros protocolos
 Internet Activities Board (IAB) The IAB ha presentado varios
Request For Comments (RFC) incluído (TCP/IP) y (SNMP).
 ATM forum
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Lecturas Adicionales
 Tanenbaum. Redes de Computadores. Capítulo 1 (1.11.4 y 1.6)
 Stallings, W. Comunicaciones y Redes de
Computadores (7th edicion), Prentice Hall. 2004.
capítulos 1 y 2
 Comer,D. Internetworking with TCP/IP volume I
 Comer,D. and Stevens,D. Internetworking with TCP/IP
volume II and volume III, Prentice Hall
 Halsall, F. Data Communications, Computer Networks
and Open Systems, Addison Wesley
 Web sites for IETF, IEEE, ITU-T, ISO
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