asignatura: fundamentos de telemática

Universidad de Las Palmas de Gran CanariaEscuela Universitaria de Ingeniería Técnica de

Telecomunicación

Asignatura:Fundamentos de Telemática

Tema 3: Protocolos y Arquitecturas de Comunicaciones

Introducción

Fundamentos de Telemática : Protocolos y Arquitecturas de Comunicaciones 2

Ubicación A

Mensaje Filósofo

Traductor

Secretaria

Informaciónpara el

traductorremoto

Ubicación B

Informaciónpara la

secretariaremota

L: AlemánFax: nº...

L: Alemán L: Alemán

L: AlemánFax: nº...

Una analogía

Introducción


Conceptos básicosEntidad

– Elemento con capacidad de enviar o recibir información. Ej. aplicaciones de usuario, utilidades de transferencia de ficheros, etc.

Sistema– Objeto físico que contiene una o más entidades

(computador, terminal, etc.)Interfaz

– Define las operaciones y servicios que una capa ofrece a su capa superior

Introducción


Conceptos básicosProtocolo

– Conjunto de normas que regulan el dialogo entre dos entidades de la misma capa o nivel

Entidades Pares– Entidades de una misma capa que se comunican

mediante un protocolo PDU (Protocol Data Unit)

– Unidad de Datos de Protocolo. Mensajes intercambiados entre las entidades pares

Introducción


Elementos de un protocoloSintaxis: formato de los datosSemántica: incluye información de control de coordinación y control de erroresTemporización: coordinación en velocidad, orden secuencial de mensajes

Arquitectura de Protocolos/ComunicacionesConjunto de funciones y protocolos empleados para la comunicación. Modelo jerárquico compuesto por subdivisiones ordenadas en capas o niveles

Ejemplo de Arquitectura


Arquitectura de tres capas

Aplicación: lógica de comunicación entre las aplicaciones de usuario (correo electrónico, transferencia de ficheros, etc.)Transporte: asegura que los datos se intercambian de forma segura y en orden entre las aplicacionesAcceso a red: intercambio entre el computador y la red a la que está conectado (depende del tipo de red)

Sistema 1 Sistema 2

Protocolo de aplicación

Protocolo de transporte

Aplicacion

Transporte

Acceso a laRed

Aplicacion

Transporte

Acceso a laRed Red

Protocolo deacceso a la

Red

Protocolo deacceso a la

Red

Ejemplo de Arquitectura


EncapsuladoLas Unidades de Datos (PDU) del protocolo de una capa se encapsulan en las PDU del protocolo de la capa inferior

Datos de la aplicaciónCabecera de laCapa de Aplicación PDU de la Capa de

Aplicación

Datos de la Capa de Transporte

Datos de la Capa de Acceso a la Red

PDU de la Capa deTransporte

PDU de la Capa deAcceso a la Red

Cabecera de laCapa de Transporte

Cabecera de laCapa de Acceso a laRed

Aplicacion

Transporte

Acceso a laRed

En la recepción se realiza el proceso inverso

Funciones a Realizar en las Arquitecturas de Comunicaciones


EncapsuladoLa PDU de cada Capa contiene información de control, que puede incluir:

– Dirección: del emisor y/o receptor.– Códigos de detección de errores.– Control del protocolo: otras funciones del

protocolo.PDU de datos: información de control e información de la capa superior PDU de control: sólo información de control



Segmentación y EnsambladoSegmentación: proceso durante la transmisión, cuando en una capa se dividen las PDU de la capa superior - (N+1) PDU - en dos o mas PDU de menor tamaño - (N) PDU

PDU de la Capa N+1 (N+1) PDU

(N) PDU (N) PDU



Segmentación y EnsambladoSegmentación

– Razones: limitaciones de la red– Ventajas: mejor control de errores, menor tamaño de buffers– Desventajas: mayor proporción de información de control,

mayor número de interrupcionesEnsamblado : proceso que se realiza en el sistema receptor

PDU de la Capa N+1 (N+1) PDU

(N) PDU (N) PDU



Control de ConexiónDos entidades pares pueden intercambiar PDU de datos de dos formas:

– Transferencia no orientada a conexión: cada PDU se trata independientemente de las anteriores y/o posteriores. Analogía: correo postal

– Transferencia orientada a conexión: se establece una asociación lógica, o conexión, entre las entidades. Todas las PDU reciben un mismo tratamiento. Analogía: conexión telefónica



Control de ConexiónTres fases en la transferencia orientada a conexión

Petición de conexión

Aceptación conexión

Datos

Reconocimientos

Petición fin conexión

Aceptación fin conexión

.

.

.

Entidad

Datos

Reconocimientos

Establecimiento

Transferencia

Liberación

Entidad

Establecimiento

Transferencia

Liberación



Control de ConexiónUna conexión es como un tubo creado entre dos entidades de una capa (N), por el que se comunican las entidades de la capa superior (N+1)

CapaN

( ) ( )

Conexión N

EntidadN+1

EntidadN+1

Entidad N Entidad N

CapaN+1

El tubo se establece mientras las entidades de la capa superior intercambian datos a través de élUna definición de Conexión (N): asociación establecida por la Capa N para comunicación entre entidades de la Capa N+1



Entrega OrdenadaPuede ocurrir que las PDU no se reciban en el mismo orden en que fueron transmitidas (por ejemplo, si siguen diferentes rutas en la red)Cuando se ofrece un servicio de transferencia de datos orientado a conexión se necesita mantener el orden de las PDUSe pueden asignar un número de secuencia a cada PDU, para reordenar en la entidad receptora.



Control de FlujoProcedimiento para regular la transmisión de PDU de datos para que el transmisor no desborde la capacidad de proceso del receptor Se regula el intercambio de PDU entre entidades pares

Control de ErroresTécnicas para controlar los errores de comunicación, y la pérdida de datos de información y control. En muchos casos se emplea información de comprobación y retransmisión en caso de errorPuede realizarse en más de una capa



DireccionamientoDireccionar es identificar un origen o un destino en una red (donde hay muchos posibles)Nivel de direccionamiento

– Nivel al que se direcciona en la arquitectura de comunicaciones

– Normalmente cada sistema final / intermedio de una red tiene una dirección única (en la Capa de Red)

– También a cada aplicación de un sistema se le puede asignar una dirección



DireccionamientoEjemplo de direccionamiento a dos niveles:

– Dirección de red– Dirección de

aplicación (puerto o SAP: Service Access Point)

Red

Sistema 1

Sistema 2

Transporte

Acceso a laRed

( ) ( )( ) ( )Sistema 3

Transporte

Acceso a laRed

( )( )

SAP (ServiceAccess Point)

Dirección deRed

1 2 3 4

1 2Aplicación

Aplicación

Transporte

Acceso a laRed

( ) ( )( )

Aplicación1 2 3



DireccionamientoÁmbito de direccionamiento

– Dirección global– Dirección de un sistema sin ambigüedad, y de aplicación global

en toda la red– Dirección local

– Dirección de identificación de puerto o SAP dentro de un sistema, propia de una subred, etc.

SAP (ServiceAccess Point)

Dirección deRed

Transporte

Acceso a laRed

( ) ( )( )

Aplicación1 2 3



DireccionamientoModo de direccionamiento

– Dirección individual (unicast)– Se refiere a un único sistema o puerto

– Dirección multidestino (multicast)– Se refiere a múltiples sistemas en una red

– Dirección de difusión (broadcast)– Se refiere a todos los sistemas en una red

Identificadores de Conexión– En transferencias orientadas a conexión no es

necesario usar direcciones completas



MultiplexaciónCuando la correspondencia entre conexiones de capas adyacentes no es de una a unaTipos de Multiplexación

– Multiplexación hacia arriba (upward): varias conexiones de la capa superior comparten una de la inferior. En el sistema receptor se realiza la Demultiplexación.

( ) ( )( ) ( ) ( )( )

CapaN

CapaN-1

ConexionesN

Multiplexación Demultiplexación

( ) ( )Conexión

N-1



MultiplexaciónTipos de Multiplexación

– Multiplexación hacia abajo (downward): una conexión de la capa superior utiliza varias de la inferior. También llamada División. En el receptor se realiza la Recombinación

( ) ( )( ) ( ) ( )( )

Conexión N

División Recombinación

( ) ( )

ConexionesN-1

CapaN

CapaN-1



Servicios de TransmisiónEjemplos de servicios adicionales ofrecidos por un protocolo:

– Prioridad: tratamiento especial de ciertos mensajes.

– Grado de servicio: calidad del servicio ofrecido (rendimiento, retardo, errores, etc.)

– Seguridad: mecanismos de seguridad, acceso restringido.

El Modelo de Referencia OSI


AntecedentesLa necesidad de interconectar sistemas diferentes hace que en 1977 se forme en la ISO un comité técnico para su normalización

Modelo de Referencia para la Interconexión de Sistemas Abiertos, RM-OSI (Reference Model for Open Systems Interconnection)

Se publica la norma ISO 7498, adoptada por el CCITT (UIT-T) en la recomendación X.200

Se ha quedado como un modelo teórico, como un patrón de referencia

El Modelo de Referencia OSI


Siete Capas o Niveles

Medio deTransmision

A-PDU

P-PDU

S-PDU

T-PDU

N-PDU

L-PDU

A-PDU

P-PDU

S-PDU

T-PDU

N-PDU

Capa deAplicación

Capa dePresentacion

Capa de Sesion

Capa deTransporte

Capa de Red

Capa de Enlacede Datos

Capa Física

Capa deAplicación

Capa dePresentacion

Capa de Sesion

Capa deTransporte

Capa de Red


Capa Física

Sistema transmisor Sistema receptor

Normalización en el Modelo de Referencia OSI


El modelo OSI es un marco de normalizaciónDefine las funciones generales a realizar en cada capa. Facilitando el marco de normalización de dos formas

– Normalizaciones independientes para cada capa.– Los cambios en una capa no deben afectar al resto

Principales objetivosServir de base para desarrollo de estándares y cualificar a productos como Abiertos si emplean dichos estándares

Sistema AbiertoUno o mas computadores, software, periféricos, medios de transferencia, etc. que permite - siguiendo un conjunto de normas OSI - el intercambio de información con otros sistemas



La función de comunicación se descompone en 7 capas (diseño modular)Las capas superiores desconocen los detallesmanejados por las inferiores. Independencia - aunque no indiferencia - entre capas

Protocolocon entidad

par

Capa de Aplicación

Capa dePresentacion

Capa de Sesion

Capa deTransporte

Capa de Red

Capa de Enlace deDatos

Capa Física

Entidad Capa deTransporte

Servicios a la capasuperior

Servicios de lacapa inferior



Elementos de normalización de cada capaEspecificación de protocolo: forma de interactuar entre entidades pares (formato PDU, campos, secuencia).Definición del servicio: qué servicios ofrece una capa a su superior (descripción funcional).Direccionamiento: las entidades de una capa se referencian por los SAP que usan para acceder a los servicios de la capa inferior Definición de

ServicioDireccionamiento

(Service Access Point)

Definición deProtocolo

Capa N

Terminología en el Modelo de Referencia OSI


ServicioCapacidad o función que una Capa (N) proporciona a la Capa inmediatamente superior (N+1).

Punto de Acceso al Servicio (SAP)Representa una asociación entre una Entidad de una Capa (N+1) Usuaria y una Entidad del Capa (N) Proveedora. Identifica a la Entidad Usuaria.

InterfazConjunto de SAP que un Capa N ofrece al Capa N+ 1

PrimitivasFunciones mediante las que se especifican los servicios que una Capa (proveedor) ofrece a su Capa superior (usuario)

Primitivas de Servicio


Tipos de primitivas1. Solicitud (Req): generada por el Usuario del Servicio (Entidad Origen de la Capa N+1) para invocar un servicio y pasar los parámetros que lo especifiquen2. Indicación (Ind): generada por el Proveedor del Servicio para: indicar que se ha invocado una función, ó notificar al Usuario de alguna acción hecha por el Proveedor

Entidad N+1(origen)

Entidad N

N-SAP

1. Req 4. Con

Entidad N+1(destino)

Entidad N

N-SAP

3. Res 2. Ind

Capa Usuaria

CapaProveedora

Primitivas de Servicio


Tipos de primitivas3. Respuesta (Res): generada por el Usuario (Entidad Destino) para confirmar o completar una función invocada por una primitiva de Indicación4. Confirmación (Con): generada por el Proveedor para confirmar o completar una función invocada previamente mediante una primitiva de Solicitud

Entidad N+1(origen)

Entidad N

N-SAP

1. Req 4. Con


Entidad N

N-SAP

3. Res 2. Ind

Capa Usuaria

CapaProveedora

Tipos de Servicio según las Primitivas Utilizadas


Servicio ConfirmadoEmplea los cuatro tipos de primitivas (figura anterior)

Servicio no ConfirmadoPrimitivas de Requerimiento e Indicación. La Entidad Origen no espera Respuesta

Entidad N+1(origen)

Entidad N

N-SAP

1. Req


Entidad N

N-SAP

2. Ind

Capa Usuaria

CapaProveedora

1. Req

2. Ind

ProveedorUsuario Usuario



Servicio Confirmado por el ProveedorComo resultado de una primitiva de Requerimiento se recibe una de Confirmación, emitida por el Proveedor

Entidad N+1(origen)

Entidad N

N-SAP

1. Req


Entidad N

N-SAP

2. Ind

Capa Usuaria

CapaProveedora

1. Req

2. Ind

3. Con

3. Con

ProveedorUsuario

Usuario



Servicio Iniciado por el ProveedorOriginado por el Proveedor. Mediante una primitiva de Indicación informa a los usuarios de algún suceso

Entidad N+1(origen)

Entidad N

N-SAP


Entidad N

N-SAP

Ind

Capa Usuaria

CapaProveedora

IndInd

Ind

Proveedor UsuarioUsuario

Especificación de Primitivas


EspecificaciónLas Primitivas se especifican independientemente del Lenguaje de Programación y/o el Sistema OperativoEjemplo: secuencia para solicitud de una conexión a la Capa de Transporte (servicio confirmado)

– T_CONNECT.req– T_CONNECT.ind– T_CONNECT.res – T_CONNECT.con

Comunicación en el Modelo OSI


(N) ICI (N+1) PDU

(N) SDU

(N) ICI

(N) PCI

(N) PDU

(N-1) ICI

(N-1) IDU

(N) IDU

(N-1) SDU

(N-1) ICI

PROTOCOLO - N

ENTIDAD N

Capa N+1

Capa N

Capa N-1

Comunicación entre entidades de capas adyacentes

Ejemplo: transmisión de una N-PDU

Comunicación en el Modelo OSI


Descripción de las unidades de datosU. Datos del Servicio N (N-SDU) : información de las Capas superiores que se transmiten de la Capa N+1 a la Capa NInformación de Control de la Interfaz N (N-ICI): parámetros intercambiados entre una Entidad N+1 y una N, mediante los que se solicitan los serviciosInformación de Control del Protocolo N (N-PCI) : información de control entre Entidades N Pares (cabeceras)U. Datos del Protocolo N (N-PDU) : combinación de N-SDU y N-PCI. Unidad de información intercambiada entre Entidades de la Capa N, especificada por el Protocolo NU. Datos de la Interfaz N (N-IDU): información transferida por la interfaz N-SAP entre el Capa N+1 y el N

Las 7 Capas del Modelo de Referencia OSI


APLICACIÓN Proporciona a los usuarios (personas o programas) un conjunto de servicios de información distribuida, asegurando la compatibilidad semántica.

PRESENTACIÓN Proporciona los procesos de aplicación independencia respecto a las diferencias en la presentación de los datos (sintaxis)

SESIÓN Proporciona el control de la comunicación entre las aplicaciones; establece, gestiona y cierra las conexiones (sesiones) entre las aplicaciones.

TRANSPORTE Proporciona seguridad, transferencia transparente de datos y ordenada entre los puntos finales; proceimientos de recuperación de errores y control de flujo origen-destino.

RED Hacer llegar la información suministrada por la capa superior desde un origen a su destino, atravesando tanto sistemas intermedios como subredes y escogiendo la ruta apropiada. El servicio ofrecido puede ser orientado o no a conexión.

ENLACE DE DATOS Transferencia de datos de seguro a través de canales ruidosos y/o compartidos entre sistemas. Envío bloques de datos (tramas) llevando a cabo la sicronizanización, el control de errores y de flujo necesarios.

FÍSICA Transmisión/recepción de cadenas bits no estructurados sobre/de el medio físico. Está relacionada con las caracterísicas mecánicas, eléctricas y funcionales y de procedimiento para acceder al medio físico liberando a la capa superior de esta tarea.

SE

RV

ICIO

DE

RE

DB

LOQ

UE

DE

TRA

NS

PO

RTE

BLO

QU

E D

EA

PLIC

AC

IÓN

La Capa Física


Define las reglas para el intercambio físico de bits entre dispositivos o sistemasLa PDU de la Capa Física es el bitA los protocolos de la Capa Física se les llama también Interfaces de la Capa FísicaEjemplo: la interfaz EIA-232

DCE Red Telefónica DCEDTE

EIA-232

DTE

EIA-232

La Capa de Control del Enlace de Datos


ObjetivoHacer que el enlace físico de transmisión entre los sistemas sea lo mas fiable posible

La PDU es la tramaSecuencia de bits que se intercambian mediante un protocolo de la Capa de Enlace

Principales funcionesSincronización y delimitación de la tramaDetección y Corrección de erroresControl del FlujoControl de Acceso al medio de transmisión

La Capa de Red


ObjetivoRealizar la comunicación - a través de una red - entre sistemas finales no adyacentes.

Las PDU de la Capa de Red se llaman paquetes

A

B

C

1

2 3

54

6

Paquetes

SistemaFinal

SistemaIntermedio

La Capa de Red


Funciones principales de la Capa de RedDireccionamiento e identificación de destinos en la red (direccionamiento global)Encaminamiento y retransmisión de los Paquetes a través de los nodos de la redControl de congestión de los Nodos de la RedSecuenciamiento de paquetesInterconexión entre Redes

La Capa de Transporte


ObjetivoOfrecer un mecanismo para la comunicación entre sistemas finales, a través de una redLibera a las Capas superiores de las limitaciones de las capas inferiores

Servicio de transporte orientado a conexión

Asegura la integridad de los datos en orden, sin errores y sin pérdidas ni duplicados.La complejidad del protocolo de Transporte depende de las redes y los servicios que éstas ofrecen

La Capa de Transporte


La comunicación en la Capa de Transporte es extremo a extremo entre los usuarios de la Red

Capa deAplicación

Capa dePresentacion

Capa de Sesion

Capa deTransporte

Capa de Red


Capa Física

Capa deAplicación

Capa dePresentacion

Capa de Sesion

Capa deTransporte

Capa de Red


Capa Física

Capa de Red

Capa deEnlace de

Datos

Capa Física

Capa de Red

Capa deEnlace de

Datos

Capa Física

. . .

Capa de Sesión


ObjetivoRegular el diálogo - o sesión - entre las aplicaciones de los sistemas finales

ServiciosDisciplina del dialogo: que puede ser full-duplex o semi-duplexAgrupamiento: definir grupos de datos en el flujo de información entre las aplicaciones. Identificar los grupos de datos para facilitar su procesamiento en el receptorRecuperación: proporcionar puntos de comprobación para que, si existen fallos de comunicación, sólo retransmitir los datos posteriores al ultimo punto de comprobación

Capa de Presentación


ObjetivoIndependizar a las aplicaciones de las representaciones locales de la información

Se ocupa de la sintaxis de la informaciónServicios

Establecimiento de una sintaxis de transferencia, independiente de la utilizada por las aplicacionesConversión de códigos de representaciónCompresión de datos y criptografía

Capa de Aplicación


ObjetivoProporciona a las aplicaciones el acceso a la arquitectura OSINormaliza las aplicaciones distribuidas de uso generalizado

Ejemplos de aplicacionesTransferencia de ficherosCorreo ElectrónicoAcceso desde terminales remotos

Arquitectura de Protocolos TCP/IP


Desarrollada a partir de la red ARPANETFinanciada por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa (DARPA) en los EEUU

Cinco capas o Niveles TCP/IP

Aplicación

Internet

Transporte

Acceso aRed

Física



Capa de AplicaciónComunicación entre procesos o aplicacionesEjemplos de protocolos: Transferencia de archivos FTP (File Transfer Protocol), transferencia de Hipertexto HTTP(HyperText Transfer Protocol).

Capa de TransporteTransferencia de datos extremos a extremo, entre sistemas finalesDos protocolos principales

– TCP (Transmision Control Protocol): orientado a conexión, proporciona un servicio de comunicación fiable

– UDP (User Datagram Protocol): pensado para intercambios puntuales de datos



Capa de InternetComunicación entre sistemas (finales e intermedios) a través de una o varias redes. EncaminamientoEl protocolo IP (Internet Protocol) es no orientado a conexión: no garantiza una entrega fiable ni en secuencia de los datos al sistema destino

802.5LAN

802.3LAN

802.4LAN

Host

802.3 LAN

SNA WAN

X.25 WAN

Host Host



Capas de Acceso a la RedResponsable de la comunicación el sistema y la red a la que está conectado. Control de errores. Control de acceso

Capa FísicaCodificación de señales, velocidades de transmisión, medios de transmisión. Regula el intercambio de bits entre sistemas unidos por un enlace físico

Comparativa RM-OSI y TCP/IP


TCP/IP OSI

Aplicación

Internet

Transporte

Acceso aRed

Física

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Funcionamiento de TCP/IP


Necesarios dos niveles de direccionamientoSistema dentro de la red global : dirección InternetProceso dentro del computador: puerto (SAP)

TCP

IP

Acceso a la Red

Física

Sistema Final A

TCP

IP

Acceso a la Red

Física

Sistema Final B

Conexión TCP

AplicaciónX

Aplicación YAplicación

X

Aplicación Y

Dirección globalde red

Red1 Red2

Puerto o SAP

IP

NAP1 NAP2

Física Física

Router

Funcionamiento de TCP/IP


Sistemas Finales (hosts)Realizan las funciones que garantizan una comunicación fiable entre el origen y el destino de la informaciónAlojan las aplicaciones

Sistemas Intermedios (routers) Realizan el encaminamiento de los datos en la red

Cada capa interacciona con sus capas adyacentes

TCP/IP no exige que se usen todas las capas Las aplicaciones pueden invocar los servicios de cualquier capa

Unidades de Datos de Protocolo en TCP/IP


Relación entre PDU Datos de la aplicación PDU de la Capa de

Aplicacion

Datos de la Capa de TransporteCabeceraTCP

Datos de la Capa de InternetCabeceraIP

Segmento TCP

Datagrama IP

Puerto destino,Numero de secuencia,checksum...

Dirección delSistema destino,origen...

Datos de la Capa de Acceso a la RedCabecera

CapaAcceso

Red

Dirección subred...

Trama

Ejemplos de Protocolos en TCP/IP


asignatura: fundamentos de telemática

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