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4. Comunicación y redes de datos
1.
Comunicaciones en Audio y Vídeo
3.
Tema 4: Comunicación y redes de
datos
Curso 2008/2009
DIAC – EUITT -UPM
Introducción.
1.
2.
1
2.
Modelo de comunicaciones.
Comunicación de datos por de redes.
1.
2.
Protocolos y arquitectura de protocolos.
1.
2.
3.
4.
Tipos de transmisión.
Interfaces.
Curso 2008/2009
4.
5.
6.
Protocolos de enlace.
1.
2.
3.
TDM síncrono.
TDM estadístico.
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line).
1.
2.
3.
Conmutación de circuitos.
Conmutación de paquetes.
ATM.
1.
2.
3.
Topologías.
MAC: control de acceso al medio.
Bridges y routers.
DIAC – EUITT - UPM
2
1. Introducción
Control de enlace.
1.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).
OSI (Open Systems Interconection).
Características de protocolos.
Funciones de protocolos.
La interfaz.
1.
2.
4. Comunicación y redes de datos
3.
WAN (Wide Area Network).
LAN (Local Area Network).
Conexión de los equipos para transmitir datos (señales digitales).
Sinergia entre ordenadores y comunicaciones.
Tratamiento de los datos independiente del origen.
Desaparición de fronteras: WAN y LAN, equipos individuales y
terminales.
Globalización = normalización = compatibles.
Multiplexación.
Redes conmutadas.
LAN.
Curso 2008/2009
DIAC – EUITT - UPM
3
Curso 2008/2009
DIAC – EUITT - UPM
4
1
1.1 Modelo de comunicaciones
1.1 Modelo de comunicaciones
Acceso al medio:
Acceso al medio.
Interfaz y generación señal.
Sincronización.
Gestión de intercambio.
Multiplexación o acceso múltiple: FDM o ATM.
Control de congestión.
Gestión de intercambio:
Detección y corrección de errores.
Control de flujo.
Direccionamiento.
Encaminamiento.
Recuperación.
Formato de mensajes.
Seguridad.
Gestión de red.
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Tipo de comunicación: simplex, múltiplex.
Cantidad y formato de datos.
Solución de errores y problemas.
Detección y corrección de errores.
Control de flujo: p.e. no saturación buffer.
Direccionamiento: para quién es el mensaje.
Encaminamiento: por donde va el mensaje.
Recuperación: que hacer cuando falla el mensaje.
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1.2 Comunicación de datos por redes
Curso 2008/2009
Extensa área geográfica.
Rutas de acceso públicas.
Circuitos proporcionados por proveedores de servicios de
telecomunicaciones.
Tecnologías usadas:
Conmutación de circuitos: p.e. red telefónica.
Conmutación de paquetes: entre ordenadores.
WAN (Wide Area Network)
MAN (Metropolitan Area
NetworK)
LAN (Local Area Network)
• Original: retardo, Pe alta, corrección de errores por nodos (64 kbps).
• X.25: llegada en orden y repetición si error.
• Frame relay: retransmisión de tramas, no necesita tanto procesado (2 Mbps).
ATM (Asynchromous Transfer Mode), “cell relay”.
Estructura comunicación:
• Celdas de longitud fija, menos procesado (> 10 - 100 Mbps).
• Circuitos virtuales de velocidad variable mediante fase de establecimiento.
Usuario.
Enlace.
Red.
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1.2.1 WAN (Wide Area Network)
Imposibilidad de enlace punto
a punto: medios exclusivos.
Conexión entre diferentes
equipos.
Tipos de redes: medios
compartidos.
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Curso 2008/2009
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2
1.2.1 Ejemplo de WAN
1.2.2 LAN (Local Area Network)
Áreas pequeñas (soluciones técnicas propias):
Medio de transmisión.
Topología.
Protocolo de acceso al medio.
RDSI: Red Digital de Servicios Integrados.
Conjunto de redes que forman una red mundial: protocolos de malla.
Normalización del interfaz de usuario: protocolo de acceso.
Variedad de tipos de tráfico.
Servicios de valor añadido.
RDSI banda estrecha (64 kbps): conmutación de paquetes.
RDSI banda ancha (cientos Mbps): ATM.
Redes propietarias.
Inversión definitiva.
Gestión propia.
Velocidades de transmisión altas.
Tecnologías usadas:
Generalmente redes de difusión.
⌧Transmisión por paquetes.
⌧Transmisión semi-dúplex.
Otros casos: conmutación de circuitos para Ethernet, LAN
ATM, canales de fibra óptica.
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Curso 2008/2009
1.3 Protocolos y arquitectura de
protocolos
Capa de aplicación:
Intercambio entre aplicaciones.
Qué se comunica.
Cómo se comunica.
Cuándo se comunica.
Capa de transporte:
Dirección de aplicación destino: D-SAP (service access point).
Información de seguridad sobre los datos, código de detección de
errores, …
Nº secuencia.
Arquitectura de protocolos: jerarquización de las funciones. Tipos de
arquitecturas:
TCP/IP: estándar de Internet.
OSI.
Protocolo de aplicación
Aplicación
Capa de acceso a la red:
Dirección de destino en la red: D-Host.
Tipo de red: solicitud de recursos, prioridades,…
Ordenador Y
Aplicación
Protocolo de transporte
Transporte
Acceso a la red
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1.3 Protocolos y arquitectura de
protocolos
Protocolos: conjunto de reglas para el intercambio de datos entre dos
entidades (software o hardware).
Ordenador X
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Protocolo de acceso a la red
Red de
comunicaciones
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Transporte
Datos de aplicación
Cabecera
Acceso a la red
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Datos de aplicación
Datos de aplicación
Datos de aplicación
Datos de aplicación
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PDU
Protocol Data Unit
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1.3.1 TCP/IP: Transmission control
Protocol/Internet Protocol
Ordenador X
IP
Ordenador Y
Aplicación
Aplicación
TCP
TCP
IP
(Internet Protocol)
Acceso a la red
1.3.1 TCP/IP
Red de
comunicaciones
Capa Internet (IP): protocolo para cambiar de tipo de redes. Aparece
en:
(Internet Protocol)
Acceso a la red
Física
Física
Capa de transporte: protocolo de seguridad de datos, TCP
(Transmission Control Protocol).
Capa física: protocolo de señales, interfaz.
Capa de acceso a la red: protocolo según el tipo de red.
Dirección puerto.
Dirección siguiente.
Conmutación de circuitos.
Conmutación de paquetes: p.e. X.25.
LAN: p.e. Ethernet.
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Sistemas finales.
Router: dispositivo con capacidad de procesamiento que conecta dos
redes.
Dirección IP del siguiente dispositivo.(4 números (0-255) ó 8 números
de 16 bits)
Capa de aplicación: protocolos según la aplicación.
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Curso 2008/2009
1.3.1 TCP/IP
Curso 2008/2009
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DIAC – EUITT - UPM
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1.3.1 TCP/IP
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4
1.3.1 TCP/IP
1.3.2 OSI (Open Systems Interconnection)
UDP (User Datagram Protocol): protocolo no orientado a la
interconexión de redes.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).
FTP (File Transfer Protocol): con contraseñas.
TELNET: conexión remota.
Desarrollado por ISO (International Standarization Organization).
Normalización por capas independientes.
OSI
TCP/IP
Aplicación
Aplicación
Presentación
Capas de usuario
Sesión
Red
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1.3.3 Protocolos
Conmutada
D1
18
Direccionamiento
Dirección de equipos y sistemas intermedios (NSAP): Dirección IP.
Dirección de aplicaciones (SAP): puertos.
Identificador de circuito virtual.
D2
D3
1 Protocolo
7 implementaciones
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Detección de errores y posible corrección.
Retransmisión.
S1
Curso 2008/2009
Física
Control de conexión: adaptación de protocolo.
Entrega en orden: p.e. protocolos de conexión (HDLC).
Control de flujo: p.e. parada-espera.
Control de errores.
Internet
S4
Física
Sistema operativo
Hardware
ATM: 53 bytes fijo.
Ethernet: 1526 bytes máximo.
Punto a punto
S3
Acceso a la red
Encapsulamiento.
Segmentación y ensamblado: p.e.
Directos/indirectos
S2
Firmware
(Internet Protocol)
1.3.4 Funciones de protocolos
Tipos de protocolos:
Difusión multipunto
IP
Enlace de datos
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Software
TCP
Transporte
Multiplexación ascendente o descendente.
Servicios de transmisión: prioridad, tipo de servicio y seguridad.
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Curso 2008/2009
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5
2.1 Tipos de transmisión
2.1 Tipos de transmisión
Transmisión asíncrona:
Transmisión asíncrona sobre soporte síncrono:
Tramas independientes de 5-8 bits.
Bit de comienzo: se sincroniza en
cada trama.
Comienzo bit menos significativo.
Bit paridad par o impar.
P.e. RS232, Ethernet.
Flujo continuo de señal.
Datos con palabras de inicio y final.
Datos de relleno.
P.e. SDTI (serial data transport interface), ASI (asynchronous serial
interface), ATM (asynchronous transfer mode).
Transmisión síncrona:
Tramas largas con delimitadores
principio (preámbulo) y fin (final) y
campos de control de enlace.
Técnicas de sincronización: código,
envío del reloj, recuperación de
portadora,…
P.e. SDI (serial digital interface) o
SSI (serial synchronous interface).
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Curso 2008/2009
2.2 La interfaz
HDLC (High Level Data Link Control)
Características físicas de la señal.
Conectores.
Procedimientos de transmisión de bits.
Sincronización: velocidad de transmisión.
Transmisión síncrona.
Longitud de tramas variable.
LAPB (Link Access Procedure, Balanced).
HDLC para conmutación de paquetes X.25.
⌧Transmisión síncrona o asíncrona.
LAPD (Link Access Procedure, D-channel).
Topología: disposición física de las estaciones.
Para los canales lógicos D de la RDSI.
⌧Punto a punto.
⌧Multipunto: p.e. LAN.
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LLC (Logical Link Control).
Punto a punto
⌧Simplex
⌧Semi-dúplex.
⌧Full-dúplex: dos circuitos (4H) o MDF (2H).
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3.1 Protocolos de enlace
La Interfaz define:
Conexiones
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Para las LAN IEEE 802.
LAPF (Link Access Procedure for Frame mode).
Multipunto
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Para redes frame relay .
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4 Multiplexación
4.1 TDM síncrono
Cabecera
C1
C2
C3
C4
4 Multiplexación
4.2 TDM estadístico
Cola
Asignación fija de ranuras a canales.
Tamaño de ranura desde bit a caracteres.
Rb total > ΣRb canal.
Inserción de ceros para Rb < Rb canal.
Desaprovechamiento de ranuras.
Jerarquización de la multiplexación en niveles: PDH (plesynchronous digital
hierarchy) y SDH (synchronous digital hierarchy).
Acceso básico RDSI: full-dúplex dos circuitos.
o TDM asíncrono o TDM
inteligente.
Reserva dinámica de ranuras
bajo demanda.
Rb total < ΣRb canal.
Para igual Rb, más
dispositivos.
192 kbps: 2 canales B de datos (64 kbps) y 1 canal D de datos o control (16
kbps).
Tramas de 48 bits.
Acceso primario RDSI:
1.544 Mbps: 23 canales B y 1 canal D a 64 kbps, tramas de 193 bits.
2.048 Mbps: 30 canales B y 1 canal D a 64 kbps, tramas de 256 bits.
SONET/SDH: para red óptica síncrona.
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4 Multiplexación
4.3 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber
Line)
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4 Multiplexación
4.3 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber
Line)
DMT o OFDM: Multitono discreto o FDM ortogonal.
256 subcanales de 4 kHz con velocidad de 0 a 60 kbps: QAM.
Medida de calidad de los subcanales: asignación de velocidad.
Capacidad práctica 1.5 - 9 Mbps (teórica 15.36 Mbps).
Uso de las líneas de abonado
digital: par trenzado (BW < 1
MHz).
Mayor velocidad enlace
descendente que ascendente
(característica del tráfico de
Internet).
FDM:
Mejoras sobre ADSL: xDSL
HDSL (High Digital Subscriber Line): 2 circuitos, hasta 2 Mbps.
SDSL (Simple Digital Subscriber Line): 1 circuito, hasta 2 Mbps
VDSL (Very high Digital Subscriber Line): con RDSI.
0-25 kHz: POTS (Plain Old
Telephone Service) para 4
kHz.
FDM o cancelación de eco
para los dos enlaces (FDM
dentro de cada enlace).
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5 Redes conmutadas
5.1 Conmutación de circuitos
5 Redes conmutadas
Circuitos dedicados: retardo mínimo (sólo de propagación).
Baja eficiencia, bloqueo de red.
Velocidad fija.
Enlaces entre nodos FDM y TDM.
P.e.: red telefónica pública y privadas (PBX, Private Branch
Exchange).
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5 Redes conmutadas
5.2 Conmutación de paquetes
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5 Redes conmutadas
5.2 Conmutación de paquetes
Eficiencia mayor.
Retardos variables, no bloqueo.
Velocidades variables, uso de
prioridades.
Por datagramas:
Paquete:
Cabecera (header)
⌧Inicio o palabra de sincronización.
⌧Direccionamiento: origen – destino.
⌧Contenido carga.
⌧Datos para la red.
⌧Protecciones contra errores: CRC (códigos
de redundancia cíclica).
Más seguros, no congestión.
Por circuitos virtuales:
Carga (payload)
Orden secuencial, control de errores
entre nodos, más rápido (no decisión por
cada paquete).
P.e.: X.25 para RDSI
⌧Información troceada.
⌧Utiliza capa de control de enlace LAPB.
⌧Diferentes formatos de paquetes.
Facturación por datos y no tiempo.
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5 Redes conmutadas
5.3 ATM (Asynchronous Transfer Mode)
Alta velocidad variable (25.6 Mbps – 622.08
Mbps):
Mínimo control de errores y flujo: menos bits
adicionales.
Paquetes tamaño fijo: celdas.
5 Redes conmutadas
ATM: cabecera+carga
Capa superior
Capa de adaptación ATM (AAL)
Capa ATM
Capa física
Canales virtuales: VCC, Virtual Channel Connection.
Agrupación de VCC en caminos virtuales: VPC, Virtual Path Connection.
Transmisión basada en celdas.
Transmisión basada en SDH: jerarquía de tramas.
Clases de Servicio ATM:
Servicio de tiempo real: audio y vídeo.
⌧ A velocidad constante: CBR. Audio y vídeo sin comprimir.
⌧ A velocidad variable: rt-VBR. Vídeo comprimido.
Servicio de no tiempo real:
⌧ A velocidad variable: nrt-VBR.
⌧ A velocidad disponible: ABR.
⌧ A velocidad no especificada: UBR.
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6 LAN
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6 LAN: PDU
Velocidad hasta 100 Mbps – 1 Gbps.
Aplicaciones:
NIC (Network Interface
Card)
LAN de ordenadores personales.
Redes de respaldo y almacenamiento (SAN, Storage Area Network).
Redes ofimáticas de alta velocidad.
LAN troncales.
Topologías:
Capa 1 física.
Capa 2 de enlace:
⌧MAC (media access
control): dirección MAC
exclusiva.
⌧DLL (data link layer).
Anillo.
Bus – Árbol.
Estrella.
Medios:
Par trenzado: < 1 Mbps.
Cable coaxial.
⌧Banda base: Bus (Ethernet e IEEE 802.3): < 10 Mbps (50 Ω). P.e.: 10BASE5.
⌧Banda ancha.
Fibra óptica.
Inalámbrico: infrarrojos o microondas.
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9
6.1 TOPOLOGÍAS
6.1 TOPOLOGÍAS
Bus y Árbol
Conexión directa mediante taps.
Conexión full-dúplex.
Terminador de red o estación (absorbe las tramas).
Control de acceso y transmisión por tramas.
Uso de repetidores para unir segmentos.
Anillo
Conexión mediante repetidores.
Control de acceso y transmisión por tramas.
Repetidor: regenera, retransmite, inserta y elimina tramas.
Límite de repetidores: retardo, fluctuación reloj, etc.
Estrella
Modo difusión: funcionamiento bus.
Modo conmutación de tramas mediante el nodo central.
Mucho cable: par trenzado.
HUB: centro de concentración para estaciones y hubs a través de los puertos.
Switcher: decide el encaminamiento.
Redes inalámbricas
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6.1 Estrella
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6.2 MAC: control de acceso al medio
Forma centralizada – descentralizada.
Acceso síncrono.
Acceso asíncrono:
Rotación circular: cargas equilibradas.
Reserva: cargas dispares.
Contención: baja carga.
ETHERNET Y ETHERNET DE ALTA VELOCIDAD. IEEE 802.3
CSMA/CD: acceso múltiple sensible a la portadora con detección de colisiones.
Ethernet 10 Mbps.
⌧ 10Base5: coaxial, en bus.
⌧ 10Base2: coaxial RG-58, en bus.
⌧ 10BaseT: 2 pares trenzados UTP, en estrella.
Fast-Ethernet (100 Mbps), Giga-Ethernet.
ANILLO CON PASO DE TESTIGO (Token-ring). IEEE 802.5
FDDI / CDDI: fiber or copper distribuited data interface.
FC fiber channel para SAN
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6.3 Bridges y Routers
Puentes y dispositivos de encaminamiento
6.3 Dispositivos de encaminamiento
ROUTER: encaminadores.
Interconecta redes o segmentos conmutando en base a la información de la capa
de red. (Capa 3 de red)
Los routers suelen interconectarse entre sí formando anillos o mallas que facilitan
el direccionamiento alternativo y redundante hacia un único destino.
Puerta de enlace: de entrada salida para LANs y WANS.
Router recibe el paquete, comprueba CRC para descartar errores en la información.
Comprueba la dirección IP en la tabla y si no es de su red lo reenvía a otro router
poniendo otra dirección MAC.
PUENTE o Bridge: conexión
entre LAN iguales o con MAC
diferentes.
Fiabilidad: independencia de
redes.
Prestaciones: tráfico interno.
Seguridad: accesos
restringidos.
Conmutación por paquetes.
Geográfica.
Capa 2 de enlace.
En desuso.
GATEWAYS: gestiona el enrutamiento teniendo en cuenta la información de
capas de aplicación o transporte (Firewall o servidores proxy)
p.e. se permite ftp pero no http.
Filtrado de contenidos.
SWITCHERS: gestiona el encaminamiento dentro de la LAN en función de la
dirección, máximo Rb. (Capa 2 de enlace)
HUBS: enlaza los ordenadores dentro de la LAN a nivel físico, dispositivo
pasivo. (Capa 1 física)
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Curso 2008/2009
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