1 internetworking
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Este documento resume los conceptos básicos de las redes de comunicaciones. Explica que una red permite compartir recursos como voz IP, correo electrónico y videoconferencia entre dispositivos interconectados. Describe los componentes clave de una red como PCs, servidores, switches y routers. Además, explica los modelos OSI e Internet que definen los protocolos de comunicación entre capas. Finalmente, detalla cada una de las 7 capas del modelo OSI, incluyendo sus funciones, protocolos y estándares asociados para la transmisión de datos a través de
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- 1. Internetworking CAPITULO 1
- 2. Internetworking Básico Una red es un conjunto de dispositivos interconectados con el fin de compartir recursos. Las redes de comunicación son vitales para las empresas debido a que sus procesos de negocio dependen de la disponibilidad de la red para compartir recursos como: Voz IP, Correo, Transferencia de Archivos, Sistema, Videoconferencia, etc.
- 3. Componentes de una red En la actualidad las redes se basan en PC arquitectura cliente-servidor es decir desde una estación de trabajo (PC) se Server accede a aplicaciones que residen en servidores y se comunican a través de Switch dispositivos de red como Routers y Router switches. La disponibilidad y el desempeño de la comunicación depende de la operación y el mantenimiento de los dispositivos de red.
- 4. Modelos de Red Cuando las empresas empezaron a implementar comunicación en los dispositivos lo hacían a su manera por lo cual no se podía interconectar dos equipos de diferente fabricante. Debido a esto la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) creó el modelo OSI ( Open System Interconnection) el cual sirvió de patrón para la interconectividad de equipos de diferente fabricante. En el se describe cómo la información viaja del origen al destino.
- 5. Enfoque de Capas Los procesos de comunicación en las redes son demasiado complejos para estudiarse como un solo tema. Por lo cual se realizó una división en grupos lógicos (capas) a esto se le llamó arquitectura de capas. La ventaja principal de esta arquitectura es que el análisis se realiza por bloques más pequeños.
- 6. Modelo OSI odelo Jerárquico de 7 capas 7 Aplicación 6 Presentación s 3 capas superiores definen cómo las licaciones dentro de las PC se 5 Sesión munican. 4 Transporte s 4 capas inferiores definan cómo se 3 Red ansmitirán los datos entre dispositivos 2 Enlace de datos nales (generalmente PC). 1 Física
- 7. Función de las Capas Provee de una interface de usuario. 7 Aplicación Presenta los datos y maneja el procesos como encripcion. 6 Presentación Mantiene aplicaciones diferentes separadas. 5 Sesión Provee entrega confiable o no confiable, corrección de 4 Transporte errores antes de retransmitir. Provee direccionamiento lógico (IP) con esto los routers 3 Red determinan el mejor camino. Detección de errores, provee acceso al medio con el 2 Enlace de datos direccionamiento MAC (Switches). 1 Física Mueve bits entre dispositivos, voltajes, velocidades,cables.
- 8. Capa 7 Aplicación La capa de aplicación es la interfase entre la aplicación y la capa inferior (presentación). Para obtener datos provenientes de un servidor la Aplicación hace uso de la capa de aplicación para hacer la petición.
- 9. Capa 6 Presentación Presenta los datos de la capa de aplicación, es responsable de la traducción de los datos y el formato del código. Asegura que los datos transferidos de la capa de aplicación de un sistema puedan ser interpretados por la capa de aplicación del otro sistema. Tareas como compresión, descompresión, encripción, desencripción están asociadas a esta capa.
- 10. Capa 5 Sesión Es la responsable de la creación, manejo y terminación de las sesiones entre las entidades de la capa de presentación. Provee el diálogo de control entre dispositivos. Coordina la comunicación ofreciendo 3 modos diferentes: simplex, half-duplex, full-duplex.
- 11. Capa 4 Transporte Segmenta y ensambla el flujo de datos. Provee servicio de transporte end to end y puede establecer una conexion lógica entre dos hosts. Mediante TCP se provee de una conexión confiable gracias a paquetes de confirmación de recibido, números de secuencia y control de flujo.
- 12. Capa 4 Transporte Control de Flujo El control de flujo previene que un host envíe datos a otro que esta ocupado (saturado) y evita que se pierdan los paquetes (la información). Para lograr esto usa la comunicación orientada a conexión (TCP).
- 13. Capa 4 Transporte Comunicación orientada a conexión (TCP). Para lograr una conexión confiable se establece una sesión en la cual los dos dispositivos se ponen de acuerdo mediante un mecanismo llamado three-way Handshake. Las características que lo hacen confiable es contar con ACK, three-way handshake, número de secuencia y control de flujo. SYN SYN/ACK ACK Connection Established
- 14. Capa 4 Transporte Windowing (TCP) Sender Reciver Windows size 3 Es un mecanismo de control de flujo que establece un número máximo permitido Send 1 de segmentos transmitidos antes de Send 2 recibir una confirmación de recibido Send 3 (Ack) a ese número se le conoce como Ack 4 Window. Send 4
- 15. Capa 4 Transporte Acknowlegments Sender Reciver Windows size 3 Para asegurar la integridad de los datos se previene envíar datos dobles y Send 1 pérdida de datos usando los Ack. Send 2 Send 3 Cuando se pierde un paquete el Reciver Ack2 pide la retransmisión mediante un Ack. Send 2 Ack4
- 16. Capa 3 Red En esta capa se maneja el direccionamiento lógico de los Mexico dispositivos (dirección IP) y en base a esta información determina el mejor camino para los datos. Ayuda al transporte de datos a Monterrey dispositivos que no están conectados localmente.
- 17. Capa 3 Red Data packets:en ellos se lleva la información que se desea transmitir. Route update packets: este tipo de paquetes se encarga de establecer y mantener los mecanismos para que lleguen a su destino los data packets. Network addresses: identifica una porción de la red y se usa por los routers para determinar por dónde enviarán los paquetes.
- 18. Capa 2 Enlace de datos Provee la transmisión física de datos, maneja notificación de errores, topología de la red, control de flujo. 802.3 Media Access Control(MAC): Define cómo los paquetes se ponen en el medio, aquí se define el direccionamiento físico. 802.2 Logical Link Control(LLC): Es responsable de identificar los protocolos de la capa de red y después encapsularlos; también provee el control de flujo y número de secuencia de control de bits.
- 19. Capa 2 Enlace de datos Switches y Bridges en capa 2 Estos dispositivos leen cada frame en la capa 2 Switch ponen la dirección fuente en una tabla para determinar hacia que puerto se dirigen los datos. Bridge La principal diferencia entre Switch y Bridge es que el Switch funciona con ASIC’s (aplication specific integrated circuit) que reduce los tiempos de latencia a diferencia del bridge que lo hace por software lo que lo hace más lento. ASIC
- 20. Capa 2 Enlace de datos Conversión entre sistemas binario,decimal y hexadecimal Hexadecimal a Binario Decimal a Binario Decimal Binario Hexadecimal 016 00002 0 116 00012 0 128 64 32 16 8 4 2 1 1 0 1 216 00102 10 1 2 2 316 00112 0 0 0 0 1 0 1 0 3 100 3 416 01002 4 4 150 0 1 1 0 0 1 0 0 5 5 516 01012 6 6 616 01102 200 1 0 0 1 0 1 1 0 7 716 01112 7 255 8 8 9 816 10002 9 A 916 10012 B A16 10102 C D B16 10112 E C16 11002 F D16 11012 E16 11102 F16 11112
- 21. Conversión entre sistemas binario,decimal y hexadecimal 1- convertir a binario 172 .17 .28 .220. 2- convertir a binario 10. 11 .12 .99 3- convertir a decimal 01011100.11010111.11000000.00101111. 4- convertir a decimal 11001110.10110110.00000111.00110110. 5- convertir a hexadecimal 11001100.10010111.11000000.10101111. 6- convertir a hexadecimal 11010100.11001110.01000011.00100011.
- 22. Capa 1 Física Se encarga de enviar y recibir bits (1 o 0). Especifica los aspectos eléctrico, mecánico, procedimiento y requerimientos para activar mantener y desactivar una conexión física entre dispositivos. En esta capa también entre el terminal data equipment (DTE) y el data communication equipment (DCE).
- 23. Capa 1 Física Funcionamiento de un Hub Hub Dispositivo que trabaja en capa 1. Recibe la señal eléctrica la regenera y la reenvía a todos los puertos. Si dos dispositivos transmiten al mismo tiempo se produce una colisión (un dominio de colisión).
- 24. Ethernet Networking Ethernet es un método de medio de acceso que permite que los host en una red compartan el mismo banwidth de la conexión. Es muy escalable y fácil de implementar. Ethernet usa las especificaciones de la capa física y la capa de enlace de datos.
- 25. CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access Colision Detection. Es un protocolo que ayuda a los dispositivos a compartir el medio evitando que dos de ellos transmitan al mismo tiempo. Cuando existe una colisión se envía una señal a todos los dispositivos para informar de la colisión, cada dispositivo toma un tiempo de espera diferente y aleatorio antes Colisión comenzar a transmitir. Los efectos de CSMA/CD en un ambiente de muchas colisiones: delay, low throughput y congestion. Colisión Colisión Colisión
- 26. Hub Dominio de Colisión Segmento físico de una red de computadoras donde es posible que los paquetes puedan colisionar con otros. Dominio de Broadcast Switch Area lógica en una red de computadoras en la cual se puede comunicar entre ellos sin el uso de un Router.
- 27. Ejemplos
- 28. Half Duplex Esta definido en el estándar 802.3 usa CSMA/CD para prevenir colisiones y permitir la retransmisión de paquetes en caso de colisión; usa un solo par de cables con la señal digital en ambos sentidos (Tx y Rx). Full Duplex Usa dos pares de cables para la comunicación transmisión con recepción de cada uno lo cual elimina las colisiones Half Duplex Full Duplex Rx Tx Rx o Tx Tx Rx
- 29. Ethernet en la Capa de enlace de datos (2) Es el responsable del direccionamiento Ethernet también llamado direccionamiento físico o direccionamiento MAC. Ethernet también es responsable de recibir los paquetes de la capa 3 convertirlos en frames y prepararlos para la transmisión en la red local con el método de acceso al medio.
- 30. Direccionamiento Ethernet Cada NIC (Network interface card) tiene una dirección MAC única que consta de 48 bits organizados en 6 bytes escritos en un formato hexadecimal (ejemplo 10:9A:DD:6D:C6:13). Los primeros 24 bits o 3 bytes son asignados por la IEEE e identifican al fabricante y los restantes 24 bits son asignados por el vendor arbitrariamente. OUI (lo asigna la IEEE) Asignado por el Fabricante 24 bits 24 bits
- 31. Ethernet Frames La capa de enlace de datos es la encargada del cambio de bits dentro de bytes y bytes dentro de los frames, los Frames son usados para encapsular los datos provenientes de la capa 3 o de red. Ethernet envía los data frames en base a la dirección MAC, además provee de detección de errores por medio de CRC (cyclic redundancy check). Preamble DA SA Type FCS Data 8 bytes 6 bytes 6 bytes 2 bytes 4 bytes Ethernet II Preamble DA SA Length FCS Data 8 bytes 6 bytes 6 bytes 2 bytes 802.3 Ethernet
- 32. Preamble: es un patrón de 7 octetos de unos y ceros a una frecuencia de 5MHz que indica el inicio de cada frame. Start Frame Delimiter (SFD): es un octeto “10101011” que simboliza que lo que viene después ya son los datos. Destination Address: es la dirección mac de 48 bits expresados en hexadecimal a la cual se enviarán los datos, existe una dirección especial llamada de brodcast que es todos los bits en un (FF:FF:FF:FF:FF:FF). Source Address: es la dirección mac de 48 bits expresados en hexadecimal de la cual se enviarán los datos. Length or Type:identifica en Network Layer protocol en caso de que tenga la capacidad de hacerlo. Data: estos son la información que se envía que puede ir desde 64 a 1500 bytes. FCS: es el campo donde se guarda el CRC.
- 33. Ethernet en la capa física La primera implementación de ethernet fue realizada por un grupo llamado DIX (Digital-Intel-Xerox) el estándar IEEE802.3 utilizando un cable coaxial a una velocidad de 10Mbps después apareció el UTP y el Fast ethernet 100Mbps y la fibra óptica teniendo velocidades de 1 y 10Gbps. Data Link Ethernet 802.3 100BaseTX 100BaseT4 100BaseFX 10Base2 10Base5 10BaseT 10BaseF Physical
- 34. 10Base2: 10Mbps, 185 Mts, tecnología banda base soporta hasta 30 estaciones de trabajo en el mismo segmento, la tarjeta de red usaba conectores BNC también conocido como Thinnet. 10Base5: 10Mbps, 500 Mts, tecnología banda base soporta hasta 2500mts con repetidores y hasta 1024 estaciones de trabajo, también conocido como Ticknet. 10BaseT: 10Mbps, cableado UTP cat 3 se debe conectar cada estación de trabajo a un hub o switch usa conector Rj45. 100BaseTX: 100Mbps, cableado UTP cat 5, 6 o 7 alcanza una longitud de hasta 100mts con un conector RJ45.
- 35. 100BaseFX: 100Mbps usa fibra óptica multimodo para enlaces punto a punto y alcanza distancias de hasta 412 usa conectores SC y ST. 1000BaseCX: 1000Mbps en cableado de cobre llamado twinax con un alcance de hasta 25 metros . 1000BaseT: 1000Mbps en cableado UTP con un alcance de hasta 1000mts. 1000BaseSX: 1000Mbps se usa fibra óptica y un láser de 850nmts el alcance depende del core de la fibra 62.5micrones dan un alcance de 220mts y un core de 50 micrones una distancia de 550mts . 1000BaseLX: 1000Mbps fibra óptica monomodo con un core de 9 micrones usando un láser de 1800nmts y las distancias pueden ir de los 3 Km a los 10Km.
- 36. Cableado Ethernet Existen 3 tipos de configuración de cableado ethernet dependiendo del tipo de conexión que se desea realizar. - Cable directo. - Cable cruzado. - Cable totalmente cruzado.
- 37. Cableado Directo El cable directo se utiliza en el siguiente tipo de conexiones: - Host a switch o hub - Router a switch o hub 1 1 2 2 y su configuración es de uno a uno. 3 3 6 6 Cable Directo
- 38. Cableado Cruzado El cable cruzado se utiliza en el siguiente tipo de conexiones: - Switch a swich - Hub a hub - Host a Host - Router a Router 1 3 - Router a Host 2 6 3 1 6 2 y su configuración es la siguiente. Cable Cruzado
- 39. Cableado traspuesto o de consola Puerto Com Puerto Consola El cable traspuesto se utiliza para accesar a los equipos mediante el puerto de consola para administrarlos localmente. se utiliza un software terminal para que 1 8 la PC nos sirva de interfase mediante 2 7 3 6 comunicación serial usando el protocolo 4 5 RS232. 5 4 6 3 7 2 y su configuración es la siguiente. 8 1 Cable Traspuesto
- 41. Encapsulacion de datos Cuando un host transmite datos a través de la red a otro dispositivo los datos pasan por un proceso de encapsulación dependiendo la capa del modelo OSI casa capa del dispositivo local se comunica con su similar del dispositivo remoto. para realizar esta comunicación se utilizan los PDU’s (Protocol Data Unit) esto mantiene el control de la información adjunta a los datos en cada capa. 7 Aplicación 6 Presentación 5 Sesión TCP header data 4 Transporte Segmentos IP header data 3 Red Paquetes LLC header data FCS 2 Enlace de datos Frames MAC header data FCS 0101011101110001010 1 Fisica Bits
- 42. Método de encapsulación 1.- La información se convierte en datos para su transmisión. 2.- Los datos se convierten en segmentos y se configura una conexión confiable entre el dispositivo que transmite y el que recibe. 3.- Los segmentos se convierten en paquetes o datagramas y se añade el direccionamiento lógico para que el paquete pueda ser ruteado hacia su destino. 4.- Los paquetes se convierten en frames para la transmisión en la red local. El direccionamiento físico (MAC) identifica a un dispositivo en un segmento de red. 5.- Los Frames se convierten en bits para su transmisión por el cable.
- 43. Segmento source port destination port .... data Paquete source IP destination IP Protocol .... Segmento Frame source MAC destination MAC eth field .... Paquete eth field Bits 010010101000111110101101010101011011010
- 44. Modelo Jerárquico Las grandes redes pueden ser muy complejas, usar múltiples protocolos, configuraciones detalladas y con uso de varias tecnologías diferentes. El modelo jerárquico ayuda a resumir todos los detalles en un modelo que lo hace más fácil de comprender y en el cual cada capa tiene una responsabilidad especifica. Este modelo se compone de 3 capas: core, distribución y acceso Core Distribución Acceso
- 45. Capa de Core Es literalmente el core de la red, es responsable de transportar grandes cantidades de tráfico de manera confiable y rápida. El único propósito de la capa de core es envíar el trafico tan rápido como sea posible . El tráfico que se transporta a través del core es común para la mayoría de los usuarios. No debemos hacer nada que retarde el tráfico como usar access list, ruteo entre VLANs e implementar filtrado de paquetes. Evitar expandir el core cuando la red crezca. Se debe diseñar el core para alta confiabilidad considerando tecnologías que faciliten rapidez y redundancia como FDDI, Fastethernet o ATM. Otro enfoque de diseño es la velocidad, el core debe tener una latencia muy baja, elegir protocolos de ruteo con los más bajos tiempos de convergencia y usar enlaces redundantes Core
- 46. Capa de Distribución La capa de distribución es el punto de comunicación entre la capa de acceso y el core. La función primordial es proveer de routing, filtering, acceso a la WAN y determinar que paquetes pueden accesar al Core. Esta capa debe determinar el mejor camino para los servicios de red que sean solicitados por los host. Aquí es donde se implementan políticas para la red, las siguientes son algunas acciones que deberían usarse en la capa de distribución. Ruteo, access-list, filtrado de paquetes, Implementar seguridad, firewalls, Redistribución entre protocolos, ruteo entre VLANs, definir dominios de Broadcast y Multicast. Distribución
- 47. Capa de Acceso La capa de acceso controla el acceso de los usuarios a los recursos de red. Muchos de los recursos de red que los usuarios necesitan se encuentran disponibles localmente. La capa de distribución maneja cualquier trafico para servicios remotos, las siguientes son algunas de las funciones de la capa de acceso. - Uso de control de acceso y políticas de la capa de distribución. - Creación y separación de dominios de colisión. - Conectividad entre grupos de trabajo. Acceso