Doc. de redes - Ministerio de Hacienda y Administraciones Públicas

Redes Grupo de Sistemas y Comunicaciones [email protected] Octubre 2004 1 Introducción a las Redes de Ordenadores c 2004 GSyC Redes 2 Objetivos de las Redes de Ordenadores Objetivos de las Redes de Ordenadores Compartir recursos: Discos duros, impresoras, programas. . . Compartir información: Acceso documentos remotos. . . Mejorar la fiabilidad: Alternativas, replicación. . . Incrementar el rendimiento: Máquinas trabajando juntas. . . Servir de medio de comunicación de personas/comunidades c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 3 Estructura de las Redes Estructura de las Redes Diversas máquinas (hosts) se conectan a una subred de comunicaciones que permite el diálogo entre ellas. Dos formas fundamentales de diseñar la subred de comunicaciones: mediante canales punto-a-punto mediante canales de radiado broadcast Normalemente hay una mezcla de muchos canales de los dos tipos. c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 4 Topologı́as comunes en Redes Topologı́as comunes en Redes ESTRELLA ANILLO TOTALMENTE CONECTADA BUS ARBOL PARCIALMENTE CONECTADA SATELITE ANILLO c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 5 Protocolo de Comunicaciones Protocolo de Comunicaciones “Conjunto de reglas (interfaces, algoritmos, formatos de mensajes . . . ) que conocen las entidades que intercambian datos a través de una red de comunicaciones.” c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 6 Jerarquı́as de Protocolos Jerarquı́as de Protocolos En la mayorı́a de las redes se utilizan varios protocolos con distintos propósitos. Todos esos protocolos se organizan normalmente en niveles o capas. cada nivel ofrece servicios al nivel superior cada nivel se apoya en los servicios ofrecidos por el nivel inferior c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 7 Jerarquı́as de Protocolos (cont.) Principios Fundamentales Cada nivel ofrece servicios al nivel superior, ocultándole la forma en que realmente se implementan dichos servicios. Cada nivel dentro de una máquina “conversa” con su gemelo en otra. Las reglas que rigen esta “conversación” forman el protocolo de dicho nivel. No hay transferencia fı́sica de datos entre niveles gemelos. La transferencia se hace en cada máquina entre niveles adyacentes, a través de las interfaces entre niveles: llamadas a procedimientos/funciones. c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 8 Jerarquı́as de Protocolos (cont.) Maquina A Nivel 4 Maquina B Protocolo del Nivel 4 Nivel 4 interfaz 3/4 Nivel 3 Protocolo del Nivel 3 Nivel 3 interfaz 2/3 Nivel 2 Protocolo del Nivel 2 Nivel 2 interfaz 1/2 Nivel 1 Protocolo del Nivel 1 Nivel 1 Medio de transmision c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 9 Jerarquı́as de Protocolos (cont.) Máquina origen de una comunicación El mecanismo básico en cada nivel es: tomar las unidades de datos que le ofrece el nivel superior procesarlos (agrupando, separando, . . . ) y formar sus propias unidades de datos (añadiendo información de control en cabeceras) pasar sus unidades de datos al nivel inferior, usando sus servicios ¿Es esto software o hardware? c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 10 Jerarquı́as de Protocolos (cont.) Máquina destino de una comunicación El mecanismo básico en cada nivel es: tomar las unidades de datos que le ofrece el nivel inferior identificar las cabeceras introducidas en el nivel gemelo para procesar los datos adecuadamente (agrupando, separando, . . . ) pasar los datos al nivel superior ¿Es esto software o hardware? c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Jerarquı́as de Protocolos (cont.) 11 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Jerarquı́as de Protocolos (cont.) 12 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Jerarquı́as de Protocolos (cont.) 13 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N c 2004 GSyC Protocolo Nivel N-1 Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 14 Jerarquı́as de Protocolos (cont.) Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 15 Jerarquı́as de Protocolos (cont.) Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 16 Jerarquı́as de Protocolos (cont.) Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Jerarquı́as de Protocolos (cont.) 17 Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 18 Jerarquı́as de Protocolos (cont.) Protocolo Nivel N+1 Protocolo Nivel N Protocolo Nivel N-1 c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 19 Arquitectura de Red Arquitectura de Red Conjunto de niveles y protocolos de una determinada red de ordenadores. Las distintas arquitecturas de redes se diferencian en: Número de niveles, y servicios de cada nivel Protocolos de cada nivel c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 20 Arquitectura OSI Arquitectura OSI En 1983 ISO (Organización de Estándares Internacionales) propone un modelo de referencia para arquitecturas de redes: Modelo de Referencia para la Interconexión de Sistemas Abiertos (ISO OSI Reference Model). El Modelo OSI no es estrictamente una arquitectura, sino un marco al que deben someterse protocolos concretos para establecer una arquitectura “conforme a OSI” OSI no define los servicios y protocolos exactos para cada nivel, sólo aquello de lo que cada nivel debe ocuparse. c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Arquitectura OSI (cont.) 21 La “torre” OSI Maquina A Aplicacion Presentacion Sesion Transporte Red Enlace Fisico Maquina B Protocolo de Aplicacion Protocolo de Presentacion Protocolo de Sesion Protocolo de Transporte Protocolo de Red Protocolo de Enlace Protocolo de nivel Fisico Aplicacion Presentacion Sesion Transporte Red Enlace Fisico Medio de transmision c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 22 Arquitectura OSI (cont.) El Nivel Fı́sico Se ocupa de enviar y recibir bits sobre un medio fı́sico de transmisión: Debe asegurarse que la forma de transmitir un bit a 1 es reconocida en recepción como un bit a 1. La transmisión puede ser eléctrica, óptica, . . . Aborda los problemas eléctricos, electrónicos, de establecimiento de conexiones fı́sicas, . . . c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 23 Arquitectura OSI (cont.) El Nivel de Enlace Transforma un sistema de transmisión crudo (lo que le ofrece el nivel fı́sico) en una lı́nea libre de errores de transmisión (lo que ofrece para el nivel de red) entre máquinas conectadas al mismo medio fı́sico. Forma tramas. Se encarga de detectar las tramas recibidas con errores de transmisión. Además, puede • descartar las tramas con errores, y/o • corregir los errores de las tramas con errores, y/o • pedir la retransmisión de las tramas con errores Se ocupa de resolver los problemas de acceso a un medio de transmisión compartido. c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 24 Arquitectura OSI (cont.) Nivel de Red Se encarga de la interconexión de máquinas que no están conectadas al mismo medio de transmisión. Por ello su misión fundamental es el encaminamiento de paquetes desde la máquina origen a la máquina de destino. El encaminamiento puede ser estático o dinámico. Gestiona las congestiones y cuellos de botella. Puede incluir funciones de tarificación. Puede proporcionar distintos tipos de servicio: Fiable, no fiable. c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 25 Arquitectura OSI (cont.) Nivel de Transporte Se encarga de gobernar el acceso múltiple a la red de los diversos procesos de la misma máquina que quieran usarla (gestiona puertos en máquinas multiproceso). Puede proporcionar distintos tipos de servicio: Fiable, no fiable. Realiza comunicación extremo a extremo, no tiene en cuenta las máquina intermedias. Realiza control de flujo extremo a extremo (el receptor no es capaz de recibir a la velocidad a la que transmite el emisor). c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 26 Arquitectura OSI (cont.) Nivel de Sesión Permite a usuarios en distintas máquinas establecer sesiones entre ellos: Proporciona mecanismos para controlar el diálogo: Ej: Turno, gestión de tokens. Gestiona la sincronización entre máquinas. Ejemplo: pizarra compartida. c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 27 Arquitectura OSI (cont.) Nivel de Presentación Se ocupa de la sintaxis y semántica de la información transferida entre máquinas: Orden de bytes de enteros (little endian/big endian). Representación de caracteres alfabéticos. Tamaño de los tipos de datos. Tı́picamente traduce los datos a un formato normalizado que todas las máquinas entienden. También se suele ocupar de la compresión y cifrado de datos. c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 28 Arquitectura OSI (cont.) Nivel de Aplicación Contiene un conjunto de protocolos que son de utilidad directa para aplicaciones que usan la red: Para transmisión de ficheros Para correo electrónico Para control de trabajos remotos ... c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 29 Arquitectura OSI (cont.) Crı́ticas al Modelo OSI Surgió demasiado pronto. Niveles de distinto “grosor”. Modelo muy complejo. Funcionalidades mal situadas: cifrado, . . . Modelo dominado por una visión “telefónica” de las redes de datos Hoy la arquitectura OSI ha caı́do en desuso, pero se utiliza su terminologı́a (fundamentalmente la denominación de los niveles) c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 30 Arquitectura TCP/IP Arquitectura TCP/IP Su desarrollo comenzó a finales de los 60, como proyecto financiado por el Gobierno de los Estados Unidos. Auténtico sistema abierto: Los protocolos y sus implementaciones están disponibles públicamente. Constituyen el armazón sobre el que se sitúa Internet. No se ajusta exactamente al modelo de referencia OSI, surgio antes y OSI no intentó incluirlo. Su éxito (a partir del de Internet) ha hecho que sea la arquitectura más importante y conocida actualmente. c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 31 Arquitectura TCP/IP (cont.) La pila TCP/IP Nivel de Aplicación DNS, SMTP, HTTP. . . Nivel de Transporte TCP, UDP Nivel de Red IP, ICMP Nivel de Enlace c 2004 GSyC Ethernet, PPP, ADSL Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores 32 Arquitectura TCP/IP (cont.) ordenador A ordenador B Protocolo HTTP Servidor HTTP Cliente HTTP Protocolo TCP TCP TCP encaminador IP Driver + Tarjeta Ethernet Protocolo IP Protocolo Ethernet Protocolo IP IP Driver + Tarjeta Ethernet Driver + Tarjeta Ethernet Protocolo Ethernet IP Driver + Tarjeta Ethernet ETHERNET ETHERNET c 2004 GSyC Redes: Introducción a las Redes de Ordenadores Arquitectura TCP/IP (cont.) 33 Nivel Fı́sico c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 34 Introducción Introducción El nivel fı́sico es el más bajo de toda la torre OSI. Se ocupa de cómo se transmiten los datos a través de los medios fı́sicos de transmisión. Debe ocuparse de que las entidades directamente interconectadas concuerden en la forma de usar el medio fı́sico, es decir, que un bit a 1 enviado no sea interpretado por el receptor como un bit a 0. c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 35 Conceptos Generales Conceptos Generales Velocidad de Transmisión: Bits por segundo que se transmiten (Unidades: Kbps, Mbps, Gbps). También se le llama, informalmente, “ancho de banda”) Latencia o Retardo de propagación: Tiempo que tarda un bit desde que sale hasta que llega a su destino. Transmisión Simplex: El canal de comunicaciones es de un solo sentido. Transmisión Semi-Duplex: Canal bidireccional, pero en el que no puede transmitirse en ambos sentidos a la vez. Transmisión Duplex: Canal bidireccional en el que puede transmitirse en ambos sentidos a la vez. c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 36 Medios de Transmisión Medios de Transmisión Medios Magnéticos Se almacenan datos en cintas magnéticas que se transportan en tren o camión a su destino, donde se leen. ¡No es broma! Se pueden alcanzar velocidades de transferencia media de varios Gbps. El problema es la latencia o retardo de propagación: lo que tarda en llegar el primer bit a su destino. Los bancos siguen utilizando estos métodos. c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 37 Medios de Transmisión (cont.) Cable de Pares Cable de pares: Dos cables de cobre de 1 mm de espesor, trenzados en hélice. Pueden emplearse sin amplificación en varios kilómetros. Utilizados tanto en telefonı́a como redes Ethernet. Pueden alcanzarse cientos de Mbps de ancho de banda. c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 38 Medios de Transmisión (cont.) Cable Coaxial de Banda Base Núcleo de cobre, aislante y malla conductora. 50 ohmios. Mayor inmunidad al ruido que el cable de pares. Con cables de 1 km se alcanzan 10 Mbps. c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 39 Medios de Transmisión (cont.) Cable Coaxial de Banda Ancha Igual que el de Banda Base, pero de 75 ohmios. Utilizado tradicionalmente para televisión. Alcanza hasta 150 Mbps, pero necesita amplificadores intermedios que convierten el canal en unidireccional. c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 40 Medios de Transmisión (cont.) Fibra Óptica En vez de corriente eléctrica se transmite luz. Para transmisión digital: La presencia de luz es un 1, la ausencia un 0. Sistema de Transmisión: Emisor: Diodo láser Medio: Fibra óptica (silicio) Receptor: Foto-diodo Puede transmitirse hasta a 20 Gbps en varios km. Se han alcanzado velocidades de 1 Tbps en laboratorio y el lı́mite teórico está por los 50 Tbps. c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 41 Medios de Transmisión (cont.) Transmisión por Aire Se transmiten señales de radiofrecuencia por radiado (broadcast). Tres escenarios en los que se utiliza: Redes Inalámbricas (WiFi/802.11): • Alcances en el entorno de los cientos de metros, con antenas direccionales especiales unos cuantos kilómetros. • 11 Mbps - 54 Mbps Redes por Satélite: • Cuando no hay visón directa emisor–receptor: Satélites. • Cada satélite tiene varios transpondedores (canales), ofreciendo cada uno cientos de Mbps para transmisión de datos. • Principal problema: retardo, tı́picamente 300 ms extremo a extremo para satélites geosincrónicos. Pero si no hay retransmisiones, puede ser mejor que cables. GSM/GPRS c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 42 Transmisión Digital Transmisión Digital Para medios capaces de transportar una señal digital directamente. Ventaja: Menor tasa de errores (puede recrearse la señal original en puntos intermedios) Se transmite una señal cuadrada, en la que los distintos niveles de tensión indican la transmisión de ceros o unos. Hay varias formas de codificar los 0 y 1: Código unipolar, NRZ, Manchester, Manchester diferencial. . . c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 43 Transmisión Digital (cont.) Ejemplo: Código Manchester V 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 t Nota: No se puede transmitir una señal cuadrada perfecta (ancho de banda infinito). Se transmite una suma de sinusoides que se le parece: c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 44 Transmisión Analógica Transmisión Analógica Para medios diseñados para transportar señales analógicas (ej: lı́nea telefónica). Se necesitan MOduladores–DEModuladores en los puntos de acceso al medio. Los modems convierten una señal digital en su equivalente analógica (modulan) y viceversa (demodulan). MODEM MODEM Transmision ´ Digital Transmision ´ ´ Analogica c 2004 GSyC Redes: Nivel Fı́sico 45 Transmisión Analógica (cont.) Tipos de Modulación 0 Señal digital: 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 (a) Modulación ASK: (b) Modulación FSK: (c) Modulación PSK: (d) Phase changes Modulación QAM: c 2004 GSyC Combinación de ASK y PSK. Redes: Nivel Fı́sico 46 Transmisión Analógica (cont.) Nivel de Enlace c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 47 Introducción Introducción El Nivel de Enlace suele subdividirse en dos subniveles: Nivel de Red LLC (Subnivel de Control del Enlace Lógico) MAC (Subnivel de Control de Acceso al Medio) Nivel Fı́sico MAC: gobierna el acceso a un medio de transmisión compartido por varias máquinas LLC: ofrece al nivel de red un servicio de transmisión de datos entre máquinas adyacentes, encargándose de: composición/descomposición de tramas. control de flujo (opcional). gestión de los errores en la transmisión (opcional). c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 48 El problema del acceso al medio El problema del acceso al medio ¿Cómo y cuando asignar el canal fı́sico a las distintas máquinas que lo comparten y quieren acceder a él? Soluciones: Asignación estática: Se reparte el canal en el tiempo (TDM) o en frecuencia (FDM). Bueno para tráficos pesados y constantes, pero malo para ráfagas (lo habitual). Asignación dinámica: No está prefijado el reparto. Trata de aprovechar mejor el canal en LAN’s. • Acceso por contienda: Las máquinas compiten por usar el medio. Si coinciden dos o más a la vez: colisión • Acceso por reserva: Las máquinas pueden hacer reservas para poder usar el canal en exclusiva durante un tiempo c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 49 Protocolo CSMA/CD Protocolo CSMA/CD CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): Acceso múltiple con detección de portadora. Funcionamiento: Cuando una estación quiere transmitir escucha en el canal. Si está ocupado, espera a que quede libre Si está libre, transmite. Mientras transmite, sigue escuchando para ver si alguien transmite a la vez, en cuyo caso aborta la transmisión c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 50 Protocolo CSMA/CD (cont.) ¿Cómo se pueden producir las colisiones? Cuando dos estaciones deciden transmitir simultáneamente al ver el canal libre. Cuando el canal parece libre pero no lo está debido al retardo de propagación de los paquetes por la red. Caso patológico: Dos estaciones quieren transmitir y ven que el canal está ocupado. Esperan a que quede libre, y cuando lo está ambas transmiten a la vez, colisionando. Y ası́ indefinidamente. Para evitarlo, en caso de colisión las estaciones esperan un tiempo aleatorio antes de reintentar. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 51 Protocolo CSMA/CD (cont.) Tiempo que tarda en detectarse una colisión en el caso peor (tiempo de reacción): Doble del retardo máximo de propagación (τ ): Desde que A empieza a transmitir hasta que pasa τ , B puede empezar a trasmitir también. B se da cuenta de la colisión inmediatamente, pero hasta que no pasa otro τ , A no se entera. Ejemplo: Con cable coaxial de 1 km τ = 5 µs tiempo de reacción = 10 µs c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 52 Protocolos de Paso de Testigo Protocolos de Paso de Testigo Acceso al medio por reserva: Existe un testigo o token que circula por la red. En todo momento, sólo el poseedor del testigo puede transmitir, por lo que desaparecen las colisiones. Supone que las estaciones de la red se configuran como un anillo fı́sico o lógico. Mecanismo: Cuando el canal está libre, por él circula el testigo. Cuando una estación quiere transmitir: • captura el testigo • envı́a su trama • devuelve el testigo al anillo. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace Nivel de Enlace 53 Nivel de Enlace Recuerda: 2 partes. MAC: Control de acceso al medio (ya visto) LLC: Control del enlace lógico: • Gestión de tramas • Control de flujo (opcional) • Control de errores (opcional) c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 54 Gestión de tramas Gestión de tramas El nivel fı́sico maneja una “tira” de bits que recibe-del/pasa-al nivel de enlace. El nivel de enlace maneja unidades de datos denominadas tramas. Debe encargarse de: con los datos que recibe del nivel de red, formar tramas que pasa al nivel fı́sico de los bits que recibe del nivel fı́sico, reconocer tramas y extraer los datos de ellas para pasárselos al nivel de red. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 55 Gestión de tramas (cont.) Separación de tramas Cuando el nivel de enlace toma la tira de bits del nivel fı́sico debe ser capaz de identificar tramas en ella. El método más habitual es colocar patrones especiales de bits al principio y/o al final de cada trama. Por ejemplo: 01111110. Problema: ¿Y si en medio bits de datos aparece justo ese patrón especial? Solución: Bits de relleno (bit stuffing) — Si vienen 5 unos seguidos, el emisor añade un 0 de “relleno”. El receptor, cada vez que recibe 5 unos, descarta el 0 subsiguiente. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 56 Control de Flujo Control de Flujo Problema: Emisor enviando más deprisa de lo que el receptor es capaz de recoger. Solución: Los protocolos incluyen reglas que permiten al transmisor saber de forma implı́cita o explı́cita si puede enviar otra trama al receptor. Ejemplo: Al establecer la conexión, el receptor indica que se le pueden enviar hasta N tramas consecutivas, pero no más hasta que él lo indique expresamente. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 57 Gestión de errores Gestión de errores El problema de la gestión de errores puede abordarse en el nivel de enlace o en niveles superiores (normalmente nivel de transporte). Si se hace en el nivel de enlace, se corrigen los errores en la comunicación entre cada par de máquinas adyacentes que participen en la comunicación Si se hace en el nivel de transporte, se corrigen los errores en las máquinas origen y destino de la comunicación. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 58 Gestión de errores (cont.) Problemas: 1. algún bit de una trama ha cambiado 2. una trama entera se ha perdido 3. una trama llega por duplicado al receptor Normalmente, el primer problema se resuelve siempre en el nivel de enlace, pues esos errores se dan con cierta frecuencia entre máquinas adyacentes. Los otros dos problemas no son tan habituales entre máquinas adyacentes, por lo que podrı́a “diferirse” su solución a niveles superiores. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 59 Bits cambiados en una trama Bits cambiados en una trama Soluciones al problema: el receptor detecta el error y lo corrige automáticamente. el receptor detecta el error y descarta la trama incorrecta, esperando que en algún momento el emisor la retransmita (ya veremos como). c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 60 Corrección de errores Corrección de errores Consiste en introducir redundancia en la información que se envı́a para, en caso de error, poder “suponer” cuál era la información original. Idea Básica: sólo ciertos patrones de bits son “posibles” si se recibe un patrón “imposible”, se supone que el que se querı́a enviar es aquel “posible” que más se le parezca. Distancia Hamming (d): N.o de diferencias entre dos patrones consecutivos. En un patrón pueden detectarse hasta d−1 errores, y corregirse hasta (d − 1)/2 errores. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 61 Corrección de errores (cont.) Ejemplo: 1. Patrones posibles: 0000000000, 0000011111, 1111100000, 1111111111 2. Se recibe: 0000000111 3. Se corrige a 0000011111 En este caso, d = 5, por lo que se pueden corregir hasta 2 errores en un patrón. Si al transmitir 0000011111 hubiera habido 3 errores, y llegado 0000000011, se hubiera corregido incorrectamente a 0000000000. Sin embargo sı́ se puede detectar que ha habido errores (se pueden detectar hasta 4). c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 62 Detección de errores y retransmisión Detección de errores y retransmisión Ahora la redundancia que se introduce es sólo con el objeto de poder detectar cuándo una trama ha llegado con errores, sin intentar corregirlos pues la trama será reenviada. Es más eficiente detectar que corregir errores: se necesitan menos bits de redundancia, aunque aparece la necesidad de retransmitir. La corrección de errores se utiliza fundamentalmente en casos en que es imposible retransmitir. Ejemplo: Medios de transmisión simplex. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 63 Detección de errores y retransmisión (cont.) Bit de Paridad Consiste en añadir un bit al patrón de datos que se envı́a. Paridad Par: El bit añadido hace que el total de unos enviado sea siempre par. Paridad Impar: El bit añadido hace que el total de unos enviado sea siempre impar. Se puede detectar un error de 1 bit del patrón, y hay un 50 % de probabilidades de detectar un error en más de 1 bit a la vez. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 64 Detección de errores y retransmisión (cont.) Códigos de Redundancia Cı́clica (CRC) Se consideran los patrones de bits como polinomios, y se realizan operaciones aritméticas módulo 2 con ellos. El cálculo del CRC se implementa con circuitos hardware sencillos. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace Detección de errores y retransmisión (cont.) 65 Se demuestra que con los CRC de 16 bits se detectan: Todos los errores simples y dobles Todos los errores en un número impar de bits Todas las ráfagas de longitud≤16 bits El 99.997 % de las ráfagas de 17 bits El 99.998 % de las ráfagas de longitud≥18 bits c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 66 Recuperación de pérdidas y/o duplicados Recuperación de pérdidas y/o duplicados Estos protocolos, además de permitir la recuperación frente a tramas perdidas y/o duplicadas pueden utilizarse también para realizar el control de flujo. Se utilizan Timeouts y Asentimientos para implementarlos MUY IMPORTANTE: Pueden situarse en el nivel de enlace o en niveles superiores. En las redes TCP/IP no aparecen hasta (por lo menos) el nivel de transporte. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 67 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) Tres tipos principales de protocolos: De parada y espera: El transmisor, después de enviar una trama, espera su asentimiento por parte del receptor antes de enviar la siguiente. De envı́o continuo: El transmisor va enviando tramas sucesivamente, y el receptor le va asintiendo por su cuenta. Requiere memoria infinita. De ventanas: El transmisor puede enviar un número máximo de tramas antes de recibir el primer asentimiento c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) 68 Parada y Espera Mecanismo básico: Emisor Receptor tiempo dato-1 Plazo ACK c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) Emisor tiempo 69 Receptor dato-1 Plazo dato-1 Plazo ACK c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 70 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) El protocolo genera duplicados, que podrı́an descartarse en el receptor si los paquetes van identificados de alguna forma. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) Emisor 71 Receptor tiempo dato-1 Plazo ACK dato-1 Plazo ACK c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 72 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) Emisor Receptor tiempo dato-1 Plazo ACK dato-1 Plazo ACK c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 73 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) Solución: Con asentimiento alternado: cada paquete de datos lleva un bit que va alternando. Los acks también incluyen el bit para identificar uno u otro paquete. Emisor Receptor Emisor Receptor dato-1 (0) dato-1 (0) plazo ack (0) ack (0) dato-2 (1) dato-1 (0) ack (1) ack (0) dato-3 (0) dato-2 (1) ack (0) ack (1) c 2004 GSyC Ya no hay duplicados ni pérdidas Redes: Nivel de Enlace 74 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) Envı́o Continuo El canal está infrautilizado. Mejor que el emisor envı́e siempre que pueda. Envı́o contı́nuo con Rechazo Simple: Emisor tiempo Receptor dato-1 dato-2 dato-3 dato-4 dato-5 nack-3 Se asiente negativamente la trama perdida, por lo que ¡¡cada trama debe tener un identificador!! dato-6 dato-3 dato-4 El Emisor debe reenviar todas las tramas desde la perdida dato-5 c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 75 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) Envı́o contı́nuo con Rechazo Selectivo: Emisor Receptor dato-1 tiempo dato-2 dato-3 dato-4 dato-5 dato-6 nack-3 Se asiente negativamente la trama perdida dato-3 dato-7 dato-8 c 2004 GSyC Emisor sólo retransmite las tramas indicadas, lo que es más eficiente Redes: Nivel de Enlace 76 Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) Ventanas Parada y Espera es muy lento. Envı́o Contı́nuo requerirı́a memoria infinita. Solución intermedia: El Emisor, en vez de parar después de transmitir cada trama, para después de transmitir n (tamaño de la ventana) tramas. Cuando va recibiendo los ACKs de las tramas enviadas puede proseguir enviando nuevas tramas. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace Recuperación de pérdidas y/o duplicados (cont.) Emisor 1 dato-1 1 2 dato-2 1 2 3 77 Receptor dato-3 Tamaño de ventana del Emisor: 3 ack-1 2 3 4 2 3 4 3 4 5 3 ack-2 dato-4 dato-5 4 5 3 c 2004 GSyC dato-3 Redes: Nivel de Enlace 78 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP Los más habituales: Ethernet Fast Ethernet PPP c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 79 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) Ethernet Norma originalmente establecida por Xerox, DEC e Intel. Pensada para medios compartidos con acceso mediante CSMA/CD Hasta 10 Mbps Medios fı́sicos: • Cable coaxial grueso (Thicknet): 10Base5, topologı́a en bus. • Cable coaxial fino (Thinnet): 10Base2, topologı́a en bus. • Par trenzado: 10Base-T, topologı́a en estrella. • Fibra óptica: 10Base-F, topologı́a en estrella Nivel Fı́sico: Código Machester, niveles de +0.85V y –0.85V. Acceso al Medio: CSMA/CD c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 80 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) 10BaseT: Cable UTP-3 ó UTP-5 (Unshielded Twisted Pair ): 4 Pares trenzados, no blindados, categorı́a 3 ó 5. Conectores RJ-45. Se usa un par para transmitir y otro para recibir (full duplex). Un concentrador (hub) hace de bus. Lo que recibe por una boca, lo retransmite por todas las demás. 10 Mbps entre todas las bocas. A veces se usa un conmutador (switch): Reenvı́a sólo a la boca a la que se conecta el destinatario. 10 Mbps por boca y sentido, varias transmisiones a la vez. Longitud máxima hasta el concentrador: 100 metros c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 81 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) Formato de trama nº bytes 7 1 Preámbulo 6 6 2 0 - 1500 0 - 46 4 Dirección destino Dirección origen Tipo Datos Relleno CRC Comienzo de trama Preámbulo 10101010 (x 7 bytes). Permite al receptor sincronizar su reloj con el del transmisor. Comienzo de trama 10101011, indicando que a continuación empieza la trama. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 82 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) Direcciones destino y origen 6 bytes. Si todos los bits de destino son 1, la trama será entregada a todas las estaciones de la subred (omnienvı́o o broadcast). Si el bit 47 (el de mayor peso) de la dirección destino es 1, la trama va destinada a un grupo de máquinas (multienvı́o o multicast). Si el bit 46 de una dirección está a 1, la dirección es de ámbito mundial, asignada de forma única. Si está a 0, es de ámbito local, relativo a esa subred. En ambos casos son direcciones unienvı́o o unicast. La dirección de destino va delante para que una estación sepa rápidamente si una trama es para ella o no. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 83 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) Tipo Indica el Protocolo encapsulado dentro del campo de Datos: 0x0800 datagrama IP 0x0806 paquete ARP (28 bytes de datos y 18 de relleno) 0x8035 paquete RARP (28 bytes de datos y 18 de relleno) Datos Entre 46 y 1500 bytes. Relleno La norma obliga a que toda trama sea ≥ 64 bytes, para poder considerar que todas las tramas menores son resultado de transmisiones abortadas al detectar colisión. Por ello, si hay menos de 46 bytes de datos, se utilizan estos bytes de relleno. Retardo máx. de propagación en 2,5 km, 4 repetidores: 25.6 µs Tiempo de Reacción: 25.6 x 2 = 51.2 µs Bits transmitidos en 51.2 µs a 10 Mbps: 51,2·10−6 ×10·106 = 512 bits = 64 bytes. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 84 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) CRC 32 bits de Control de Redundancia Cı́clica, para la detección de errores: El transmisor calcula el CRC de los bits de datos, y lo coloca en la trama. El receptor calcula el CRC de los bits de datos de la trama, y comprueba que coincida con el CRC que viene en ella. Si no coincide, los datos han sido modificados por ruido en el cable, y se descarta la trama. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) 85 Fast Ethernet Compatible con Ethernet (mismo formato de trama). 100 Mbps 100Base-TX: 2 pares UTP-5 100Base-T4: 4 pares UTP-3 100Base-FX: 2 fibras ópticas c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 86 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) PPP: Point to Point Protocol Es un protocolo pensado para encapsular IP (nivel de red) sobre lı́nea serie. Está diseñado de forma que no sólo puede encapsular IP, sino también otros protocolos. Se utiliza fundamentalmente para conectarse a Internet a través de la red telefónica básica mediante módem. Históricamente se usó primero SLIP (Serial Line IP), pero PPP es más completo. La principal diferencia de PPP con SLIP es que PPP incluye detección de errores de transmisión mediante CRC. flag 7E addr FF control 03 protocolo 1 1 1 2 datos CRC hasta 1500 c 2004 GSyC 2 flag 7E 1 nº bytes Redes: Nivel de Enlace 87 Protocolos de Nivel de Enlace en redes TCP/IP (cont.) ADSL: Asymetric Digital Susbcriber Line Una lı́nea telefónica normal transmite voz: Una banda de 0-4kHz. En un par de cobre “cabe más”, por lo que en la centralita se agrupan (multiplexan) varias conversaciones (desplazadas en frecuencia) por un mismo cable. Las transmisiones mediante módem con PPP reciben el mismo trato. Con ADSL el abonado continúa utilizando los primeros 4kHz para las llamadas de voz, pero ahora ocupa más ancho de banda para la transmisión (simultánea) de datos. En la centralita se trata al abonado de forma diferente, separando los 4kHz por un lado y transmitiendo los datos de forma independiente. Es asimétrico: se reserva más para recibir (256Kbps–2Mbps) que para enviar (128Kbps–300Kbps). Ambas bandas están separadas. Se transmite por modulación multitono discreta (MDT). ADSL es más bien un nivel fı́sico: como nivel de enlace puede utilizarse cualquier de los usados en lı́neas punto a punto. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 88 Dispositivos de interconexión de subredes Dispositivos de interconexión de subredes Para interconectar subredes pueden colocarse dispositivos muy diferentes en propósito y funcionamiento: repetidores (repeaters) puentes (bridges) encaminadores (routers) concentradores (hubs) conmutadores (switches) c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 89 Dispositivos de interconexión de subredes (cont.) Repetidores Copian señales eléctricas de un medio fı́sico de transmisión a otro (trabajan en el nivel 1). Permiten extender la longitud fı́sica de la subred Aislan los fallos de diferentes segmentos de la subred c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 90 Dispositivos de interconexión de subredes (cont.) Puentes Interconectan dos LAN, pasando tramas de una a otra (trabajan en el nivel 2). Las máquinas de las dos subredes NO son conscientes de la presencia del bridge. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 91 Dispositivos de interconexión de subredes (cont.) Encaminadores Interconectan subredes distintas trabajando en el nivel de red. La mayor diferencia con los bridges es que los niveles de enlace de máquinas de las subredes que interconectan SÍ son conscientes de su presencia. Los estudiaremos con más detalle en el tema siguiente. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 92 Dispositivos de interconexión de subredes (cont.) Concentradores Ofrecen el servicio de un bus a topologı́as en estrella. Su servicio es fundamentalmente de nivel 1: repiten la señal de una boca a las otras Puede incorporar cierta funcionalidad de nivel 2: en Ethernet, cuando detectan señal por una boca, envı́an ruido por todas las demás para que la vean las tarjetas, colisionen y reintente. Reparten el ancho de banda disponible entre todas las bocas c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 93 Dispositivos de interconexión de subredes (cont.) Conmutadores Exteriormente muy parecidos a los concentradores, pero de comportamiento muy diferente Almacenan internamente las tramas entrantes en buffers, del que en paralelo van sacando tramas y reenviándolas por las bocas adecuadas (trabajan en el nivel 2). Pueden dar todo el ancho de banda a cada una de varias transmisiones simultáneas entre bocas. Para tecnologı́as compatibles (Ethernet/FastEthernet) pueden tener bocas trabajando a distintas velocidades. Reciben su nombre porque, para una transmisión entre dos bocas, ofrecen un funcionamiento equivalente a “conmutar” para interconectarlas ofreciendo un único canal directo e independiente de otras transmisiones. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Enlace 94 Dispositivos de interconexión de subredes (cont.) Nivel de Red c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 95 Introducción Introducción El nivel de red se ocupa de que los paquetes que salen del transmisor lleguen a su destino final, aunque el emisor y el receptor no estén “adyacentes” (conectados directamente al mismo medio de transmisión). Esto normalmente requiere pasar a través de nodos intermedios: encaminadores (routers). Es necesario elegir la mejor ruta a seguir. RECORDATORIO: El nivel de enlace sólo se ocupa de que las tramas viajen entre máquinas “adyacentes”. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 96 Misiones del Nivel de Red Misiones del Nivel de Red Encaminamiento de paquetes. Asignación de direcciones únicas a todas las máquinas de la red, independientes de la tecnologı́a de los niveles de enlace. Interconexión en una misma red de subredes con distinto nivel de enlace. Control de congestión. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red Tipos de Nivel de Red 97 Tipos de Nivel de Red Según haya o no conexiones de red: No orientado a conexión Orientado a conexión Según se encamine cada paquete por separado o no: Basado en datagramas Basado en ciruitos virtuales Según se ofrezca o no un servicio fiable: Fiable No fiable c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 98 Tipos de Nivel de Red (cont.) Servicio No Orientado a Conexión Cada vez que el nivel superior quiere enviar datos, se compone una unidad de datos (paquete) con ellos y se envı́a. No hay relación con transmisiones previas o futuras al mismo destino Servicio Orientado a Conexión Antes de enviar el primer byte de datos, origen y destino mantienen un diálogo inicial para establecer ciertas condiciones de la transferencia de información, que se mantienen mientras dure esta transferencia c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 99 Tipos de Nivel de Red (cont.) Servicio basado en Datagramas La dirección de destino viaja en todos los paquetes de datos. El encaminamiento de cada paquete es independiente, por lo que varios paquetes enviados del mismo origen al mismo destino pueden viajar por diferentes rutas (y, tal vez, llegar en desorden). Servicio basado en Circuitos Virtuales Al principio se establece un “circuito virtual” por el que viajarán todos los paquetes de datos. La dirección de destino viaja sólo en los paquetes que establecen el cirtuito virtual. Los paquetes con datos sólo llevan un identificador del circuito virtual al que pertenecen Todos los paquetes pertenecientes a un mismo circuito virtual siguen el mismo camino y llegan en orden. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 100 Tipos de Nivel de Red (cont.) Servicio basado en datagramas: 3 2 1 3 A B 3 2 1 E 2 1 C 2 3 1 1 D c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 101 Tipos de Nivel de Red (cont.) Servicio basado en circuitos virtuales: 3 2 1 A 3 2 1 B 3 2 1 E 3 2 1 C D c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 102 Tipos de Nivel de Red (cont.) Servicio Fiable: Se garantiza al nivel superior que todos los paquetes llegan a su destino, y que el destino es capaz de reordenarlos si se desordenan en el camino. Para ello se numeran los paquetes, y se retransmiten los perdidos Servicio No Fiable: No se garantiza al nivel superior que todos los paquetes lleguen a su destino: pueden perderse paquetes (tı́picamente por congestión). Algún nivel superior deberá ser capaz de detectar y recuperarse de estas pérdidas, si la aplicación lo requiere. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 103 Tipos de Nivel de Red (cont.) Todas las combinaciones de tipos de servicio de nivel de red son teóricamente posibles, pero no todas se dan en la práctica. Las combinaciones más frecuentes son: Servicio Orientado a Conexión, basado en Circuitos Virtuales y Fiable (ejemplo: X.25). Servicio No Orientado a Conexión, basado en Datagramas y No Fiable (ejemplo: IP). c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 104 Direcciones de Red Direcciones de Red Se necesita un mecanismo de identificación unı́voca de todas las máquinas de la red, independientemente de la tecnologı́a del nivel de enlace de cada una. Existen distintos métodos de direccionamiento según el tipo de redes. Veremos más adelante el formato de las direcciones del nivel de red IP. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 105 Interconexión de subredes con distinto nivel de enlace Interconexión de subredes con distinto nivel de enlace Dependiendo de la arquitectura de red que se trate, puede que se desee integrar en una misma red a subredes con distinto nivel de enlace. Cuando ası́ ocurre, es misión de nivel de red hacer esta integración Es necesario que el nivel de red del encaminador que une las subredes “entienda” los dos niveles de enlace. Puede tener que resolver problemas de: • distintos tamaños de las unidades de datos • distintas velocidades de las subredes c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 106 Interconexión de subredes con distinto nivel de enlace (cont.) Ejemplo Protocolo FTP Cliente FTP Servidor FTP Protocolo TCP TCP TCP router IP Driver Ethernet Protocolo IP Protocolo Ethernet Protocolo IP IP Driver Ethernet Driver token ring Protocolo token ring IP Driver token ring TOKEN RING ETHERNET c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 107 Encaminamiento Encaminamiento El proceso mediante el cuál se encuentra un camino entre dos puntos cualesquiera de la red Problemas a resolver: ¿Qué camino escoger? ¿Existe alguno más corto? ¿Qué ocurre si un encaminador o un enlace intermedio se rompen? ... c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 108 Encaminamiento (cont.) Algoritmo de encaminamiento: Procedimiento por el cuál los encaminadores (routers) alcanzan las decisiones de las mejores rutas para cada destino. Como parte del algoritmo de encaminamiento, normalmente los encaminadores tienen que enviarse entre sı́ mensajes de control para conseguir toda la información necesaria. El resultado de los algoritmos de encaminamiento es generar en cada encaminador su tabla de encaminamiento. Tabla de encaminamiento: Tabla que consulta el encaminador cada vez que recibe un paquete y tiene que encaminarlo. Esta tabla tiene esta forma: Destino final Encaminador vecino al que enviar el paquete D1 V1 D2 V2 ... ... Muchas veces se utiliza el término Protocolo de Encaminamiento en vez de Algoritmo de Encaminamiento. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 109 Encaminamiento (cont.) Objetivos de un algoritmo de encaminamiento Minimizar el espacio de la tabla de encaminamiento para poder buscar rápidamente y para tener menos información a intercambiar con otros encaminadores Minimizar el número y frecuencia de mensajes de control Robustez: evitar agujeros negros, evitar bucles, evitar oscilaciones en las rutas Generar caminos óptimos: • menor retardo de tránsito, o • camino más corto (en función de una cierta métrica en función de retardo, coste de los enlaces, . . . ), o • máxima utilización de la capacidad de la red c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 110 Encaminamiento (cont.) Algoritmo de inundación Es un algoritmo simple que a veces se utiliza cuando no hay ninguna información de encaminamiento disponible (al arrancar algún otro algoritmo): 1. Cada paquete recibido por un nodo es encaminado a todos los vecinos (excepto al que lo envió). 2. Los paquetes van etiquetados y numerados. 3. Si un nodo recibe un paquete que ya ha encaminado, lo descarta. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 111 Encaminamiento (cont.) Algoritmo de aprendizaje Es un algoritmo simple, que mejora el de inundación. Se utiliza también en los bridges de nivel de enlace. 1. Cada nodo mantiene una tabla con entradas (Destino, enlace por el que encamino) que va actualizando según los paquetes que va recibiendo. 2. Al recibir un paquete, se fija en el nodo origen y enlace por el que le ha llegado, apuntando en la tabla que cuando ese nodo sea destino de un paquete lo encaminará por ese enlace 3. Cuando para un destino no hay entrada en la tabla, se envı́a por inundación. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 112 Encaminamiento (cont.) Algoritmo de Dijkstra Es un algoritmo que encuentra caminos de distancia mı́nima de un nodo al resto (por lo que cada nodo ejecuta el algoritmo). Requiere conocer todas las distancias entre nodos adyacentes. 1. Se trabaja con dos conjuntos de nodos: P : Nodos con su encaminamiento ya resuelto (permanentes) T : Nodos aún no resueltos (tentativos) 2. Inicialmente P sólo contiene el nodo inicial 3. Para cada nodo de T : si no está directamente conectado a ningún nodo de P , su distancia al nodo inicial es infinta en caso contrario, se calcula la menor entre la distancia calculada en un paso anterior y las distancias directas entre él y los nodos de P 4. El nodo de T de menor distancia se pasa a P . Si aún quedan nodos en T , se vuelve al paso anterior. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 113 Encaminamiento (cont.) B 2 7 2 A E 2 F D A E (∞, −) H G (6, A) (a) B (2, A) A (b) C (9, B) E (4, B) F (∞, −) B (2, A) D (∞,−) A H (∞, −) G (6, A) A F (6, E) D (∞,1) H (∞, −) (d) E (4, B) F (6, E) H (9, G) (e) C (9, B) G (5, E) C (9, B) G (5, E) D (∞, −) H (∞, −) E (4, B) (c) B (2, A) F (∞, −) 2 4 G C (∞, −) B (2, A) 3 2 1 6 C 3 B (2, A) D (∞,−) A C (9, B) E (4, B) F (6,E) G (5, E) D (∞,−) H (8, F) (f) Fig. 5-6. The first five steps used in computing the shortest path from A to D. The arrows indicate the working node. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 114 Encaminamiento (cont.) Algoritmos basados en Vectores de Distancias El protocolo RIP (Routing Information Protocol), utilizado en Internet, emplea esta técnica. 1. Cada nodo mantiene una tabla de encaminamiento con pares (Destino, Nodo vecino por el que encamino), para todos los destinos de la red. 2. Cada nodo estima el retardo de sus paquetes a los nodos vecinos (enviando periódicamente paquetes de sondeo). 3. Cada nodo envı́a periódicamente a sus vecinos todos sus pares (Destino, retardo estimado) 4. Cada nodo estudia la información recibida de los vecinos para ver si puede conseguir una ruta de menor retardo enviando a través de otro de sus vecinos, y actualiza sus tablas de encaminamiento consecuentemente c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 115 Encaminamiento (cont.) New estimated delay from J K Line Router A B C D F E G H To A B C D E F G H I J K L I K J (a) L A I 0 12 25 40 14 23 18 17 21 9 24 29 JA delay is 8 24 36 18 27 7 20 31 20 0 11 22 33 JI delay is 10 8 20 28 20 17 30 18 12 10 0 6 15 H 20 21 31 28 19 36 8 24 30 22 19 40 6 31 0 19 14 22 7 10 22 0 9 9 JH JK delay delay is is 12 6 A A I H I I H H I − K K New routing table for J Vectors received from J's four neighbors (b) Fig. 5-10. (a) A subnet. (b) Input from A, I, H, K, and the new routing table for J. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 116 Encaminamiento (cont.) Problema: cuenta al infinito. La información acerca de mejores rutas se propaga poco a poco, consiguiéndose al cabo de un rato que todos los encaminadores tengan tablas óptimas Pero las malas noticias (se cae un enlace o un encaminador) tardan en llegar: A B ∞ 1 1 1 1 C ∞ ∞ 2 2 2 D E ∞ ∞ ∞ ∞ Initially ∞ After 1 exchange ∞ After 2 exchanges ∞ After 3 exchanges 4 After 4 exchanges A 3 3 (a) B 1 3 3 5 5 7 7 ∞ C 2 2 4 4 6 6 8 .. . ∞ D E 3 3 3 5 5 7 7 4 4 4 4 6 6 8 ∞ ∞ Initially After 1 exchange After 2 exchanges After 3 exchanges After 4 exchanges After 5 exchanges After 6 exchanges (b) Fig. 5-11. The count-to-infinity problem. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 117 Encaminamiento (cont.) Algoritmos basados en el Estado de Enlace El protocolo OSPF (Open Shortest Path First), utilizado en Internet, emplea esta técnica. c 2004 GSyC 1. Cada encaminador mide su distancia con cada uno de sus vecinos (enviando paquetes de sondeo) y construye un paquete de estado de enlaces con esta información. 2. Cada encaminador envı́a perdiódicamente el paquete de estado de enlaces a todos los encaminadores de la red. Estos mensajes se difunden por inundación. 3. Cada encaminador, con la información recibida, conoce la topologı́a completa de la red y calcula el mejor camino a todos sus destinos (aplicando, por ejemplo, el algoritmo de Dijkstra) Redes: Nivel de Red 118 Encaminamiento (cont.) B Link B C 2 A 4 3 A D 1 6 5 7 8 State C Packets E D F Seq. Age Seq. Age Seq. Age Seq. Age Seq. Age Seq. Age B 4 E 5 A 4 C 2 F 6 B 2 D 3 E 1 C 3 F 7 A 5 C 1 F 8 B 6 D 7 E 8 E F (a) (b) Fig. 5-15. (a) A subnet. (b) The link state packets for this subnet. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 119 Encaminamiento (cont.) Encaminamiento jerárquico Si la red es muy grande, las tablas de encaminamiento se hacen inmanejables: se tarda mucho en calcular los caminos óptimos se genera mucho tráfico de control para conseguir difundir la información necesaria para los algoritmos de encaminamiento Solución: Encaminamiento Jerárquico: Se divide la red en dominios Dentro de cada dominio se encamina según un algoritmo de los vistos anteriormente Los dominios están interconectados mediante pasarelas (gateways) Las máquinas dentro de un dominio no conocen a las de otro Los gateways sólo conocen a otros gateways c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 120 Encaminamiento (cont.) Full table for 1A Dest. Region 1 Region 2 1A Line – 1B 2A 2B 1B 1C 2A 2B 1B 1C 1B 1B 1A 1C 2C 4A 3A 3B 4B 4C 5B 2D Region 4 1B 1B 1C 1C 4A 4B 4C 5A 5B 5C 5D 1C 1C 1C 1C 5C 5A (a) 1 1 2 3 Hierarchical table for 1A Dest. Hops – 3 1B 1C 1B 1C 1 1 2 2 4 5 1C 1C 1B 1C 2 3 4 3 2 Line – 1A 3 4 5D 5E Region 5 Region 3 2C 2D 3A 3B Hops – 5E 3 4 4 4 1C 1B 1C 5 5 6 1C 5 (b) (c) Fig. 5-17. Hierarchical routing. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 121 Control de Congestión Control de Congestión Un encaminador tiene varios enlaces de entrada y salida. Puede ser que lleguen paquetes más deprisa de lo que el encaminador sea capaz de darles salida. Si esta situación es esporádica, se resuelva con buffers. Los buffers son limitados: cuando se llenan se ha alcanzado la congestión Congestión: cuando el tráfico deseado/originado en los extremos es mayor del que puede encaminar el nivel de red c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red 122 Control de Congestión (cont.) Medidas: En redes basadas en circuitos virtuales, se puede hacer un control de admisión: Al intentar establecer un nuevo circuito virtual, los encaminadores intermedios indican si tienen recursos (buffers) para que pase por ellos. En redes basadas en datagramas, los encaminadores suelen descartar los paquetes que reciben y no les caben en sus buffers de salida. c 2004 GSyC Redes: Nivel de Red Control de Congestión (cont.) 123 IP: Internet Protocol c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 124 Introducción Introducción IP es un protocolo de Nivel de Red que ofrece un servicio de entrega de mensajes (datagramas): no orientado a conexión no fiable Dentro de un datagrama IP se encapsula una unidad de datos de uno de los siguientes protocolos: ICMP Internet Control Message Protocol IGMP Internet Group Management Protocol TCP Transmission Control Protocol UDP User Datagram Protocol c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 125 Datagramas IP Datagramas IP 4 versión 8 longitud cabecera 16 tipo de servicio(TOS) tiempo de vida (TTL) longitud total flags (3 bits) identificación 31 protocolo offset de fragmentación checksum de la cabecera dirección IP origen cabecera 0 dirección IP destino opciones (en su caso) datos c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 126 Datagramas IP (cont.) versión Actualmente versión 4. La siguiente versión es IPv6. longitud cabecera Número de palabras de 32 bits que ocupa la cabera. Normalemente es 5 (20 bytes), cuando no hay opciones TOS Se usan sólo 4 bits para indicar tipo de servicio a ofrecer: minimizar retardo maximizar rendimiento maximizar fiabilidad minimizar coste económico c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 127 Datagramas IP (cont.) longitud total En bytes. Tamaño máximo: 65535 bytes. Normalmente es menor de 576 bytes. Dependiendo del nivel de enlace, cualquier máquina puede necesitar fragmentar un datagrama IP al encaminarlo. identificación Diferente para cada datagrama que genera una máquina (se va incrementando de 1 en 1). Distintos fragmentos del mismo datagrama mantienen el mismo número de identificación. flags Uno para indicar si este datagrama no puede fragmentarse, y otro para indicar si hay más fragmentos de este datagrama offset de fragmentación Generado al fragmentar un datagrama, le sirve al destino final para reensamblarlo. TTL Indica el número máximo de encaminadores que el datagrama puede atravesar. Normalmente se coloca a 32 ó 64. Cada encaminador lo decrementa, y si alcanza 0 se descarta el datagrama, enviándose al originador del datagrama un mensaje ICMP. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 128 Datagramas IP (cont.) protocolo Indica si en el campo de datos va un paquete de ICMP, IGMP, TCP o UDP. checksum Calculado únicamente sobre la cabera del datagrama. direcciones origen y destino Valores de 32 bits. opciones Información opcional. No todas las máquinas y encaminadores las soportan. El campo de opciones se rellena con ceros por la derecha para asegurar un múltiplo de 32 bits. Ejemplos de opciones: restricciones de seguridad ruta recorrida marca de tiempo encaminamiento en origen c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 129 Direcciones IP Direcciones IP Cada interfaz fı́sico conectado a la Internet tiene asignada una dirección IP que resulta única en toda la red. Los 32 bits se suelen expresar en ((notación decimal puntuada)): 212.128.4.4 El rango de direcciones se divide en 5 clases: Clase c 2004 GSyC Rango A 0.0.0.0 a 127.255.255.255 B 128.0.0.0 a 191.255.255.255 C 192.0.0.0 a 223.255.255.255 D 224.0.0.0 a 239.255.255.255 E 240.0.0.0 a 247.255.255.255 Redes: IP: Internet Protocol 130 Direcciones IP (cont.) Los primeros bits de una dirección indican cuál es su clase. En cada clase, es distinto el número de bits de red y el de bits de máquina. 7 bits id red Clase A 0 Clase B 1 0 Clase C 1 1 0 Clase D 1 1 1 0 Clase E 1 1 1 1 24 bits id maquina 14 bits id red 16 bits id maquina 21 bits id red 8 bits id maquina 28 bits id grupo multicast 0 27 bits reservado para usos futuros c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol Direcciones IP (cont.) 131 Tipos de direcciones IP unicast Representan a una sola máquina multicast Representan a un grupo de máquinas broadcast Representan a todas las máquinas de una subred c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 132 Direcciones IP (cont.) ¿Quién asigna direcciones IP? Tres organismos regionales: ARIN (América), RIPE (Europa y África) y APIC (Asia). RIPE delega en organismos regionales (normalmente por paı́ses). En España, el organismo es Red.es, Entidad Pública Empresarial adscrita al Ministerio de Ciencia y Tecnologı́a. Una organización adquiere una (o más) direcciones de clase, y el administrador local de la organización reparte la dirección de clase entre todas sus máquinas. ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) es una organización internacional creada en 1998 para coordinar todas las tareas de asignación de nombres y direcciones. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 133 Direcciones IP (cont.) Subredes En ocasiones, por razones organizativas o topológicas, se utilizan algunos bits de máquina como bits de subred. Sobre todo con direcciones de clases A y B. Dada una dirección de red otorgada a una organización, el administrador decidirá si utilizará subredes, y el número de bits de máquina que utilizará para indicar la subred. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 134 Direcciones IP (cont.) El número de bits con el que se indica la subred se denota con una máscara de subred: 32 bits, 1 para bits de red y subred, 0 para bits de máquina. Ejemplos: Dirección de clase Máscara Subredes 163.117.0.0 255.255.255.0 163.117.0.0 – 163.117.0.255 163.117.1.0 – 163.117.1.255 ... 163.117.254.0 – 163.117.254.255 163.117.255.0 – 163.117.255.255 193.147.71.0 255.255.255.128 193.147.71.0 – 193.147.71.127 193.147.71.128 – 193.147.71.255 Normalmente en cada subred se reservan: la primera dirección (bits de máquina a cero) como “dirección de la red” la última dirección (bits de máquina a uno) como “dirección de broadcast”. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 135 Encaminamiento Encaminamiento Cualquier máquina IP puede está o no configurada como encaminador: Si NO lo está los datagramas IP que recibe que no son para ella, se tiran. Si lo está, se tratan de encaminar. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 136 Encaminamiento (cont.) Para encaminar, una máquina consultará su tabla de encaminamiento. En ella, para enviar un datagrama a una cierta dirección IP destino, buscará por este orden: 1. Una entrada con una dirección IP de máquina igual a la buscada. 2. Una entrada con una dirección IP de red igual a la parte de red de la buscada. 3. Una entrada por defecto (0.0.0.0). c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 137 Encaminamiento (cont.) Las tablas de encaminamiento tienen el aspecto: % netstat -nr Kernel IP routing table Destination Gateway 163.117.137.0 0.0.0.0 127.0.0.0 0.0.0.0 0.0.0.0 163.117.137.2 Genmask 255.255.255.0 255.0.0.0 0.0.0.0 Flags U U UG MSS 1500 3584 1500 Iface eth0 lo eth0 U ruta utilizable G ruta indirecta (pasarela) c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 138 Encaminamiento (cont.) CIDR El mecanismo de las clases A, B y C se ha mostrado muy inflexible y ha provocado: Agotamiento de las direcciones de las clases A y B Crecimiento enorme de las tablas de encaminamiento por “el centro” de Internet Solución (mientras que se pasa a IPv6): CIDR (Classless Inter Domain Routing): Encaminamiento sin clases. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 139 Encaminamiento (cont.) Con CIDR: No se tiene en cuenta la “clase” de las direcciones Nueva forma de indicar direcciones y máscaras mediante prefijos: 193.147.71.0/25 indicando que los 25 primeros bits son los significativos en la dirección anterior (entra el primer bit del último byte). Las direcciones pasan a comprarse de esta manera. Las tablas de encaminamiento se construyen y consultan de esta manera. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 140 ARP (Address Resolution Protocol) ARP (Address Resolution Protocol) El protocolo de resolución de direcciones ARP proporciona una forma de pasar de una dirección IP a una dirección Ethernet. Cuando el nivel IP va a enviar un datagrama con una cierta dirección IP de destino: Si la dirección de destino es de la misma subred, esa máquina es directamente a quien hay que enviar la trama Ethernet que contenga el datagrama. Si no, la tabla de encaminamiento da la dirección IP del siguiente salto, que es el encaminador a quien hay que enviar la trama Ethernet que contenga el datagrama. En cualquiera de los dos casos, sólo se conoce la dirección IP de una máquina adyacente a la que pasar el datagrama, pero para formar la trama Ethernet se necesita conocer la dirección Ethernet de destino. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 141 ARP (Address Resolution Protocol) (cont.) Para conocer la dirección Ethernet de una máquina de la misma subred, dada su dirección IP, una máquina hace lo siguiente: 1. Envı́a una trama Ethernet de broadcast consistente en una solicitud ARP, conteniendo la dirección IP en cuestión. 2. Aquella máquina que reciba una solicitud ARP preguntando por su propia dirección IP, contesta con una trama Ethernet dirigida a quien hizo la pregunta, conteniendo una respuesta ARP indicando la dirección Ethernet pedida. Cada máquina mantiene una cache de correspondencias direcciones IP a direcciones Ethernet: se guarda los resultados de las solicitudes que hace aprende de todas las solicitudes de otras (aprovechando que las solicitudes son broadcast. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 142 ARP (Address Resolution Protocol) (cont.) Formato del paquete de solicitud/respuesta de ARP: ARP puede usarse en combinación con otros protocolos de nivel de red (no sólo IP), por lo que el formato varı́a. Formato para usar ARP con IP: Solicitud/Respuesta Eth. Or. IP Or. Eth. Dest. IP Dest. No hay que olvidar que el paquete de ARP viaja dentro de una trama Ethernet (si es ése el nivel de enlace). En una solicitud, los campos ((origen)) llevan los datos de la máquina que pregunta, y de los campos ((destino)) sólo va relleno “IP Dest.”, ya que “Eth. Dest.” es justo lo que se pregunta Al formar la respuesta, la máquina interrogada cambia los dos campos ((origen)) por los ((destino)), rellenando el que falta (que es su dirección Ethernet pedida). c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 143 ARP (Address Resolution Protocol) (cont.) ARP gratuito: Una máquina puede enviar una solicitud ARP preguntando sobre su propia dirección IP. Propósitos: • detectar direcciones IP duplicadas • forzar a que todos actualicen la entrada de la cache correspondiente ARP delegado (proxy ARP): Un encaminador puede contestar a una solicitud ARP como si fuera la máquina destino, cuando esa máquina destino es alcanzable a través de dicho encaminador. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 144 RARP (Reverse Address Resolution Protocol) RARP (Reverse Address Resolution Protocol) En ocasiones es necesario un método para obtener la dirección IP de una máquina a partir de su dirección Ethernet. Ejemplo: Al arrancar una estación sin disco, no puede tener en ningún fichero de configuración su dirección IP. Sólo sabe que tiene una tarjeta Ethernet en la que está grabada su dirección Ethernet. Mecanismo de RARP: 1. La máquina envı́a un broadcast de una solicitud RARP, indicando su dirección Ethernet. 2. Alguna máquina de la subred le enviará una respuesta RARP indicándole cuál es su dirección IP. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 145 RARP (Reverse Address Resolution Protocol) (cont.) Lo habitual es tener una máquina en la subred que actúe como servidor de RARP, manteniendo una tabla de correspondencias de direcciones Ethernet a direcciones IP para todos los nodos de la subred. Si, por razones de protección frente a fallos, se colocan varios servidores de RARP en la misma subred, el protocolo establece que se tomará sólo la primera respuesta RARP recibida por la máquina que lanzo la solicitud RARP. Alternativas a RARP: BOOTP (similar) y DHCP (más complejo). c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 146 ICMP (Internet Control Message Protocol) ICMP (Internet Control Message Protocol) Este protocolo se utiliza para interrogar y/o comunicar condiciones de error entre máquinas. Los mensajes ICMP se transmiten encapsulados en datagramas IP. Su formato es: 0 8 16 código tipo 31 checksum de todo el mensaje ICMP datos dependiendo de tipo ycódigo c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol ICMP (Internet Control Message Protocol) (cont.) 147 Ejemplos de mensajes ICMP: c 2004 GSyC tipo código 0 0 respuesta de eco descripción 3 0 destino inalcanzable: red inalcanzable 3 1 destino inalcanzable: máquina inalcanzable 3 3 destino inalcanzable: puerto inalcanzable 8 0 solicitud de eco 11 0 tiempo excedido: TTL = 0 12 1 cabecera IP mal: falta una opción 13 0 solicitud de marca de tiempo 14 0 respuesta de marca de tiempo Redes: IP: Internet Protocol 148 NAT (Network Address Translation) NAT (Network Address Translation) Existen unos rangos de direcciones IP privadas, reservadas para ámbito local, y que no son utilizables globalmente en Internet: • 10.0.0.0–10.255.255.255 • 172.16.0.0–172.31.255.255 • 192.168.0.0–192.168.255.255 Para paliar la escasez de direcciones, una organización puede usar direcciones privadas internamente, y tener una sola dirección IP global (pública) en la máquina que da salida a Internet. Esta máquina utiliza NAT para que los datagramas puedan entrar/salir de/a las máquinas internas. Muy resumidamente lo que hace es cambiar las direcciones IP privadas de los datagramas por la suya pública. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 149 Congestión en Internet Congestión en Internet El nivel de red (IP) ofrece un servicio basado en datagramas. La principal fuente de pérdidas de paquetes en Internet se debe a la congestión de encaminadores, que actúan descartando paquetes. IP no toma ninguna medida para prevenir o disminuir la congestión: será labor de protocolos de niveles superiores, en su caso. c 2004 GSyC Redes: IP: Internet Protocol 150 Congestión en Internet (cont.) UDP: User Datagram Protocol c 2004 GSyC Redes: UDP: User Datagram Protocol 151 Introducción Introducción UDP es un protocolo sencillo que implementa un nivel de transporte orientado a datagramas: NO orientado a conexión. NO fiable. Los datagramas UDP se encapsulan dentro de la parte de datos de un datagrama IP. Una aplicación que utilice UDP para transmitir datos, producirá exactamente un datagrama UDP cada vez que la aplicación quiera enviar datos. Dicho datagrama UDP se encapsulará en un datagrama IP. Si ese datagrama IP va a exceder el tamaño máximo de la unidad de datos del nivel de enlace (ej: Trama Ethernet), se fragmentará. c 2004 GSyC Redes: UDP: User Datagram Protocol 152 Datagramas UDP Datagramas UDP 0 16 31 número de puerto origen número de puerto destino longitud total checksum de todo el datagrama UDP (opcional) datos (en su caso) La longitud del datagrama puede ser un número impar de bytes. c 2004 GSyC Redes: UDP: User Datagram Protocol 153 Datagramas UDP (cont.) Checksum El checksum es sobre cabecera y datos. Es un campo opcional, aunque se recomienda que siempre se utilice. Se calcula sobre el datagrama UDP más una pseudo-cabecera que se coloca delante: 16 31 dirección IP de origen dirección IP de destino ceros protocolo longitud total (repetido) número de puerto origen número de puerto destino longitud total checksum de todo el datagrama UDP (opcional) pseudo-cabecera 0 datos (en su caso) byte de relleno (ceros) c 2004 GSyC Redes: UDP: User Datagram Protocol 154 Puertos Puertos En una máquina multiproceso, el nivel de transporte debe preocuparse de saber a qué proceso va destinado un datagrama UDP o segmento TCP que acaba de llegar por la red. Por ello, los procesos que usan la red lo hacen a través de puertos. Cada puerto del Nivel de Transporte proporciona a una aplicación un punto de acceso a la red de comunicaciones, con lo que ésta puede dialogar con otra aplicación situada en un puerto de una máquina remota. c 2004 GSyC Redes: UDP: User Datagram Protocol 155 Puertos (cont.) Ası́, el Nivel de Transporte TCP/IP: multiplexa las unidades de datos que envı́an las aplicaciones a través de los puertos, encapsulándolas en datagramas UDP o segmentos TCP demultiplexa los datagramas UDP y los segmentos TCP, pasando los datos a las aplicaciones. Los puertos se identifican por un número de 16 bits. Los puertos UDP y TCP se manejan por separado: el puerto 7 UDP y el puerto 7 TCP son puertos distintos. c 2004 GSyC Redes: UDP: User Datagram Protocol 156 Puertos (cont.) Los puertos menores que 1024 (puertos privilegiados) están reservados y asignados universalmente a aplicaciones de red conocidas. En una máquina Unix está asignación está en fichero /etc/services: echo echo discard discard daytime daytime netstat ftp-data ftp telnet smtp time time www www 7/tcp 7/udp 9/tcp 9/udp 13/tcp 13/udp 15/tcp 20/tcp 21/tcp 23/tcp 25/tcp 37/tcp 37/udp 80/tcp 80/udp sink null sink null # default ftp data port mail timserver timserver http # WorldWideWeb HTTP # HyperText Transfer Protocol c 2004 GSyC Redes: UDP: User Datagram Protocol 157 Puertos (cont.) Ası́, por ejemplo, un servidor de WWW es un proceso esperando peticiones en el puerto 80 de una máquina. Un navegador desde otra máquina hará peticiones al puerto 80 del servidor, y escuchará las respuestas en un puerto suyo no privilegiado. En vez de tener un servidor escuchando en cada puerto, un sólo proceso (inetd) escucha en varios, y se encarga de arrancar el proceso adecuado según el puerto concreto por el que llegó la petición. Ambos mecanismos conviven: inetd escucha en varios puertos, y en otros (los más frecuentemente utilizados) lo hace directamente el proceso involucrado. c 2004 GSyC Redes: UDP: User Datagram Protocol 158 Servicio dado por UDP Servicio dado por UDP El servicio ofrecido por UDP sólo aumenta el ofrecido por IP en: números de puerto un checksum optativo Por ello el servicio ofrecido es NO fiable, presentando problemas que las aplicaciones pueden querer resolver. pueden perderse datagramas pueden duplicarse datagramas pueden desordenarse datagramas Pero es un protocolo muchı́simo más ligero que TCP, y en una red local (hay CRC y no hay encaminadores) puede compensar. c 2004 GSyC Redes: UDP: User Datagram Protocol 159 Servicio dado por UDP (cont.) TCP: Transmission Control Protocol c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 160 Introducción Introducción TCP (Transmission Control Protocol): Protocolo de Transporte. Ofrece un servicio orientado a conexión y fiable. Unidad de datos: Segmento. Se encapsula dentro de IP. Ofrece servicio de puertos (como UDP). c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 161 Servicio Orientado a Conexión Servicio Orientado a Conexión La transmisión de datos de nivel de transporte presenta las fases: • establecimiento de la conexión • intercambio de datos • liberación de la conexión. Peculiaridad: Ambos extremos pueden transmitir y recibir datos simultáneamente. Los datos de la aplicación son troceados en segmentos del tamaño que TCP considera adecuado (¡diferente a UDP!). c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 162 Servicio Fiable Servicio Fiable Éste es el primer nivel en el que se proporciona fiabilidad. Objeto: Recuperarse de pérdidas y desorden producido por IP. Idea básica: • Los segmentos con datos llevan un número de secuencia. • El receptor de los datos debe mandar asentimientos (ACKs). • Para cada segmento con datos transmitido se espera un plazo de tiempo a que llegue su asentimiento. Si vence el plazo, se retransmite el segmento. • Para asentimientos y retransmisiones se utiliza un protocolo de ventana. • El receptor reordena segmentos y descarta los duplicados. c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 163 Segmentos TCP Segmentos TCP 0 16 número de puerto origen 31 número de puerto destino número de secuencia longitud cabecera reseervado (6 bits) URG ACK PSH RST SYN FIN número de asentimiento checksum de todo el segmento TCP tamaño de la ventana puntero de datos urgentes opciones (en su caso) datos (en su caso) c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 164 Segmentos TCP (cont.) Puertos: TCP los asocia con la aplicación origen y destino del segmento (como UDP). Longitud cabecera: Tamaño de la cabecera en palabras de 32 bits. Lo normal es 5 (20 bytes). Checksum: Sobre pseudo-cabecera, cabecera y datos, calculado como en UDP. Si no se pasa la comprobación, se descarta el datagrama. c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 165 Números de secuencia Números de secuencia Cada segmento con datos lleva un número de secuencia El número de secuencia numera bytes, y NO segmentos: identifica el número de orden del primer byte de datos que lleva el segmento. Al establecerse una conexión se elige un número de secuencia inicial para que no se confundan segmentos aún en tránsito procedentes de conexiones diferentes. c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 166 Números de asentimiento Números de asentimiento El receptor de segmentos de datos tiene que asentir los que le llegan correctamente. NO es necesario enviar un asentimiento para cada segmento con datos que se recibe. Se puede esperar a asentir varios segmentos de una sola vez. El número de asentimiento indica el número de secuencia del próximo byte que se espera recibir, asintiéndose de esta manera hasta el byte anterior incluido. No hay rechazo selectivo: No hay forma en que el receptor le diga al emisor que tiene los bytes del 300 al 700 excepto el trozo 400-500. c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 167 Números de asentimiento (cont.) Cada segmento tiene un campo para el número de asentimiento: siempre que se manda un segmento se aprovecha para asentir los datos que esté enviando el otro extremo: • Si el lado que envı́a un asentimiento tiene datos que enviar al otro lado, puede aprovechar un segmento para las dos cosas: envı́a el asentimiento ((arrecucas)) de los datos (piggybacking). • Si el lado que envı́a un asentimiento no tienen datos que enviar al otro lado, envı́a un segmento sólo con la cabecera, sin datos. Importante: Cada lado de la conexión utiliza sus números de secuencia (partiendo de su número de secuencia inicial) y asiente los que está usando el otro extremo. c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 168 Números de asentimiento (cont.) Ventana Deslizante Se usa un protocolo de ventana para coordinar el envı́o de segmentos y asentimientos. El receptor indica en el campo de tamaño de ventana el número de bytes (a partir del indicado en el número de asentimiento) que está dispuesto a recibir del emisor. El emisor puede transmitir esos bytes aunque no reciba asentimientos, pero una vez transmitidos tendrá que parar hasta que sepa más del receptor. Según el receptor va recibiendo datos, puede ir asintiendo y deslizando la ventana para aceptar más. Como ambos extremos pueden enviar datos, hay dos ventanas diferentes, una para cada sentido. c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 169 Números de asentimiento (cont.) Ejemplo: • El emisor recibe un segmento con: ◦ Número de asentimiento: 5 ◦ Tamaño de ventana: 8. • El emisor ha transmitido los bytes hasta el 9 (incluido), sin recibir nada del receptor. • En ese momento la situación es la siguiente: ventana 1 2 3 enviados y asentidos 4 5 6 7 8 enviados y no asentidos 9 10 11 12 13 14 pendientes para enviar 15 16 sin aceptar de la aplicación El tamaño de la ventana es variable dinámicamente (pero deberı́an mantenerse las ((antiguas promesas))). El tamaño de la ventana permite también hacer control de flujo extremo a extremo. c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 170 Establecimiento de conexión Establecimiento de conexión A B segmento con bit SYN núm.secuencia = x segmento con bit SYN núm.secuencia = y núm.asentimiento = x+1 segmento núm.asentimiento = y+1 Es necesario ponerse de acuerdo en el número de secuencia inicial de los dos sentidos de transmisión (((triple apretón de manos)), three-way handshake). c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 171 Liberación de conexión Liberación de conexión A B segmento con bit FIN segmento con asentimiento del FIN segmento con bit FIN segmento con asentimiento del FIN Como la conexión permite la transmisión bidireccional de datos (full duplex), es necesario “cerrar” cada sentido de la transmisión (por separado). c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 172 Liberación de conexión (cont.) Plazos para asentimiento Cuando se envı́a un segmento, se arranca un temporizador para esperar su asentimiento. Problema: ¿Qué plazo le ponemos? Se utiliza un algoritmo adaptativo para optimizar lo más posible la transmisión de datos. Para cada segmento se calcula el tiempo de ronda (round-trip time, RTT): tiempo entre que se envı́a el segmento y se recibe el asentimiento. Se va tomando su media en el tiempo. Normalmente se elige un plazo de dos veces el tiempo de ronda medio, teniendo cuidado con la varianza. c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol 173 Liberación de conexión (cont.) Entrega de datos a la aplicación Cuando llega un segmento con la bandera PSH activada se está indicando al receptor que pase esos datos a la aplicación. No sólo se pasa ese segmento, sino también todos los datos asentidos que el receptor tuviera pendientes de entregar a la aplicación. c 2004 GSyC Redes: TCP: Transmission Control Protocol Redes: TCP: Transmission Control Protocol c 2004 GSyC $#:$9 JF 8 & #; T #; ! $#; 8=$<BU!3< :$# @!B /C$< "&>$#; $!; A 3# G&; $!A T M@ 6S4 :K9G& C $# &GF 3!AE @ D @; $$# C @3#B" = < $!:A$#8 654 3RQ &">3#F JF %$!; A 8@ M@8 P&;MO ; @ 8N 8B3 J B $!; A M@ $#; $$#; L %$!A ! K # !B ' $:$#JF$#:$98I$; H?>$# =<# 4 Ejemplo de conexión HR N8; > W3<:K9V& </B3< B Q &"%>$#; 8F %$!; A 8@ M@8 P&; :O$#8 %B @3#!"; ?"%>$# = < 8 $:$#8;$#:$9 87 654 "R8 P&;O \ #3 &;9 P&3#8 ; W3< B 8 N 6]4 +\ 5 * 2X [5 2 Z* XY * /2 / &"$#%"! . . ,-+*) $( &"$#%"! 1 / * 2 . &"3#"! "&%$#"! ' "&%$#"! "&%$#"! "&%$#"! / +*) $( "&%$#"! 0 Redes: TCP: Transmission Control Protocol c 2004 GSyC 174 Liberación de conexión (cont.) Datos urgentes Pueden enviarse datos denominados urgentes (o ((fuera de banda))), que el receptor debe pasar inmediatamente a la aplicación, lo antes posible. Ejemplo: Envı́o de un CTRL-C. Se indican mediante el empleo de la bandera URG: Cuando está levantada, el campo puntero a datos urgentes apunta al último byte de datos urgentes del segmento. No está especificado dónde empiezan los datos urgentes. Se deja a la aplicación. 175 Ejemplo de conexión 176 Ejemplo de conexión (cont.) DNS: Domain Name System c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 177 ¿Por qué necesitamos el DNS? ¿Por qué necesitamos el DNS? Los humanos preferimos nombres a direcciones IP (ej: cacharro.escet.urjc.es frente a 212.128.1.44) Los números IP están ligados a la estructura de la red, pero eso no tiene por qué reflejarse en el nombrado de máquinas (ej: www.debian.org, www.de.debian.org. Los números IP están ligados a máquinas concretas, puede ser conveniente un nivel de abstracción no ligado a máquinas (ej: www.urjc.es puede cambiar de máquina, y de IP, pero no de nombre). Es necesario establecer una correspondencia entre nombres y direcciones IP. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 178 Un poco de historia Un poco de historia Al principio (años 70), un único fichero (HOSTS.TXT) con información de todas las máquinas de ARPANET. Se obtenı́a periódicamente por FTP. Gestión completamente manual. Con el crecimiento de ARPANET se hizo inmanejable. 1984, Paul Mockapetris: primeras RFC que describen el Domain Name System. Especificaciones actuales: RFC 1034 y 1035. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 179 Estructura de nombrado Estructura de nombrado Se descentraliza el control consiguiéndose una estructura jerárquica y fácilmente ampliable. Jerarquı́a de dominios: Dominio raı́z (root o “.”). Gestionado por ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers). Dominios de nivel máximo: • Tradicionales: com, edu, gov, mil, net, org, int, códigos ISO de paises (uk, mx, ar, de, es. . . ) • En negociación por ICANN en noviembre de 2000: biz, info, name, pro, aero, coop, museum Dominios secundarios, terciarios, . . . c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 180 Estructura de nombrado (cont.) Árbol de dominios com edu gov mil org net es uk ... sun mit eng lcs theory acm ieee urjc escet rct gsyc c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 181 Estructura de nombrado (cont.) Dominios directo e inverso Dominio directo: proporciona para cada nombre una dirección IP. Dominio inverso: proporciona para cada dirección IP un nombre. • El dominio inverso también se conoce como dominio in-addr.arpa. • Los elementos del dominio inverso son las direcciones de red construidas invirtiendo los números que la componen, y terminando en in-addr.arpa • Ejemplo: La red 138.117.0.0 es el dominio inverso 117.138.inaddr.arpa c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 182 Estructura de gestión Estructura de gestión Cada vez que se delega un subdominio se delega también su gestión (incluyendo su posible subdivisión sucesiva). Si el gestor del dominio es delega un subdominio urjc, el responsable de urjc manejará la correspondencia de nombres y direcciones de todas las máquinas de su dominio. Si el responsable de urjc lo cree conveniente, puede delegar un subdominio escet, sin que por ello tenga que informar al gestor de es. Hay dominios (ejemplo: com, org) gestionados por varios “registrars” en régimen de competencia. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 183 Consulta de una dirección para un nombre Consulta de una dirección para un nombre Cada aplicación va enlazada con una biblioteca de consulta al DNS (resolver), con llamadas como gethostbyname(). La consulta normalmente sigue los pasos siguientes (en una máquina Unix): Consulta en un fichero (/etc/hosts). Consulta en un servidor de DNS (su dirección IP está en /etc/resolv.conf). c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 184 Esquema de funcionamiento del DNS Esquema de funcionamiento del DNS Se trata de mantener la información como una base de datos distribuida. Las consultas al DNS se realizan en modo cliente-servidor: Cuando una aplicación (cliente) quiere “resolver” un nombre (que no aparece en el fichero local), pregunta a un servidor de DNS El servidor investiga por su cuenta y devuelve la dirección IP pedida. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System Esquema de funcionamiento del DNS (cont.) 185 Consulta a un servidor telnet gsyc.escet.urjc.es Servidor DNS gsyc.escet.urjc.es? telnet resolver UDP(gsyc.escet.urjc.es?) UDP(212.128.1.45) 212.128.1.45 c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 186 Esquema de funcionamiento del DNS (cont.) Funcionamiento básico (sin caches) Cuando un servidor recibe una consulta para resolver un nombre (ejemplo: nic.funet.fi): 1. Comprueba si el nombre pertenece a alguno de los dominios que sirve (si es que sirve alguno). Si lo encuentra busca en su “mapa” y devuelve la dirección IP correspondiente. 2. En caso contrario pregunta a un servidor del dominio raı́z, que le contestará con la dirección IP de un servidor del dominio “fi”. 3. Luego regunta a ese, obteniendo la dirección IP de un servidor de “funet.fi”. 4. Ahora se pregunta a este último, que ya tiene en sus mapas la dirección IP pedida. (Cada servidor puede servir uno o varios dominios, o ninguno) c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 187 Esquema de funcionamiento del DNS (cont.) gsyc.escet.urjc.es.? pregunta a es gsyc.escet.urjc.es.? es urjc escet rct gsyc pregunta a urjc gsyc.escet.urjc.es.? pregunta a escet gsyc.escet.urjc.es.? 212.128.1.45 212.128.1.45 gsyc.escet.urjc.es? telnet c 2004 GSyC resolver Redes: DNS: Domain Name System 188 Esquema de funcionamiento del DNS (cont.) Consultas a un servidor Por lo tanto, los servidores de DNS responden dos tipos de consultas: Recursivas: Las que le hace un cliente, que obligan al servidor a hacer las consultas necesarias para encontrar la dirección pedida. Iterativas: Las que le hace otro servidor, a las que responden con la dirección IP del servidor del siguiente dominio en la jerarquı́a. Siempre que pueden, los servidores usan datos de su cache. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 189 Tipos de servidores Tipos de servidores Según cómo son utilizados: Reenviador (“forwarder”). Los servidores lo usan antes de consultar al resto del DNS. Utilizados por servidores para centralizar las consultas. Evitan, por ejemplo, el acceso directo a servidores raı́z. Esclavo. Utilizados por servidores en lugar del resto del DNS (por ejemplo, si hay cortafuegos). c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 190 Tipos de servidores (cont.) Según cómo reciben los datos: Primario. Tiene la información actualizada. Secundario. Copia del primario. Cache. Guardan datos sobre los que han consultado. Según el lugar de procedencia del dato: Con autoridad (“authoritative”). Tiene el mapa “original” para el dominio consultado (primario o secundario). Sin autoridad. Tiene el dato en su cache. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 191 Mapas de dominio Mapas de dominio Cada mapa de dominio incluye un conjunto de registros de recurso (RR): Son la unidad de consulta. Cada registro de recurso tiene 5 campos: • Nombre de dominio. • Tiempo de vida. Tiempo de validez del registro en las cachés. • Clase. En Internet siempre IN. • Tipo. Define el tipo del registro. • Valor. Contenido que depende del campo tipo. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 192 Mapas de dominio (cont.) Tipos de registro SOA: Da información de gestión una zona del dominio (servidor de nombres primario, administrador, etc.). NS: Identifica al servidor de nombres. A: Define una dirección IP de la estación (puede tener varias). MX: Define el servidor de correo del dominio. CNAME: Permite asociar un alias a un nombre de dominio. HINFO: Da información del tipo de máquina y sistema operativo. TXT: Da información del dominio. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System Mapas de dominio (cont.) urjc.es. 172800 172800 172800 www 172800 venus 172800 escet 172800 gsyc.escet 172800 c 2004 GSyC 193 Ejemplo IN SOA venus.urjc.es. root.venus.urjc.es. ( 2000030702 ; Número de serie 86400 ; Refresco 7200 ; Reintento 2592000 ; Expiración 172800 ) ; Ttl IN NS venus.urjc.es. IN MX venus.urjc.es. IN CNAME venus.urjc.es. IN A 193.147.184.8 IN NS gsyc.escet.urjc.es IN A 212.128.1.45 Redes: DNS: Domain Name System 194 Formato de menaje DNS Formato de menaje DNS Paquetes iguales para consultas y respuestas. Cabecera fija de 12 bytes: Identificación (2 bytes). Correspondencia consultas-respuestas. Banderas (2 bytes). Consulta/respuesta, truncamiento, tipo de petición (directa, inversa, estado), respuesta con autoridad, petición recursiva, error. Número de consultas (2 bytes). Número de RRs de respuesta (2 bytes). Número de RRs de autoridad (2 bytes). Número de otros RRs (2 bytes). c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System Formato de menaje DNS (cont.) 195 Datos, tamaño variable: Consultas. Respuestas. Autoridad. Más información. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 196 Formato de menaje DNS (cont.) Consulta Cada consulta de un mensaje DNS (normalmente sólo una) tiene: Nombre de la petición: secuencia de etiquetas (tamaño, 1 byte, cadena, hasta 63 bytes), terminada por la etiqueta “root” (byte de tamaño a 0). Tipo de consulta (2 bytes). A, NS, PTR, etc. Clase de consulta (2 bytes). Normalmente IN. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 197 Formato de menaje DNS (cont.) Registro de recurso Cada RR de un mensaje DNS tiene: Nombre de dominio. Mismo formato que nombre de petición. Tipo (2 bytes). Clase (2 bytes). Tiempo de vida (4 bytes). Tamaño de los datos del recurso (2 bytes). Datos del recurso (valor). c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 198 ¿UDP o TCP? ¿UDP o TCP? Se usa el puerto 53 de TCP y UDP para el servidor de DNS. Normalmente el resolver hace consultas usando UDP. Normalmente el servidor responde usando el protocolo de la consulta. Si la respuesta UDP es de más de 512 bytes (truncada), el resolver al repite usando TCP. Las transferencias de zona de primario a secundario usan TCP. c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System 199 Referencias Referencias “DNS: The Domain Name System”, capı́tulo 14 de “TCP/IP’ Illustrated, Volume 1”, por W. Richard Stevens, Addison Wesley, 1994. FAQ de comp.protocols.tcp-ip.domains: http://www.intac.com/˜cdp/cptd-faq/ ICANN: http://www.icann.net/ c 2004 GSyC Redes: DNS: Domain Name System Referencias (cont.) 200 HTTP c 2004 GSyC Redes: HTTP ¿Qué es HTTP? 201 ¿Qué es HTTP? Hypertext Transfer Protocol. Es el protocolo más habitual para servir páginas web. Protocolo cliente-servidor. Normalmente funciona sobre TCP, con el servidor (normalmente) en el puerto 80. No olvidar que HTTP puede servir tanto contenido estático (ficheros) como dinámico (el resultado de ejecutar programas en el servidor). c 2004 GSyC Redes: HTTP Interacción cliente-servidor en HTTP 202 Interacción cliente-servidor en HTTP El cliente abre una conexión TCP con el servidor. El cliente envı́a un mensaje de petición. El servidor responde con un mensaje de respuesta. El servidor cierra la conexión TCP. HTTP no mantiene estado (no hay información sobre las conexiones entre una petición y otra). c 2004 GSyC Redes: HTTP Interacción cliente-servidor en HTTP (cont.) 203 Formato de los mensajes Mensajes “legibles” (compuestos por lı́neas de texto “casi en inglés”): Lı́nea inicial (diferente para petición y respuesta), terminada en CRLF. Cero o más lı́neas de cabecera, cada una terminada en CRLF: Cabecera-X: Valor-X CRLF Lı́nea en blanco (CRLF). Cuerpo del mensaje (opcional). Además de CRLF, deberı́an tratarse adecuadamente lı́neas terminadas en LF. c 2004 GSyC Redes: HTTP Interacción cliente-servidor en HTTP (cont.) 204 Lı́nea inicial (peticiones) Especifica el recurso que se solicita, y qué se quiere de él: Nombre de método (GET, POST, HEAD). Camino de acceso (path) Versión de HTTP (siempre HTTP/x.x). Ejemplo: GET /directorio/otro/fichero.html HTTP/1.0 c 2004 GSyC Redes: HTTP Interacción cliente-servidor en HTTP (cont.) 205 Lı́nea inicial (respuestas) Proporciona información de estado: Versión de HTTP (siempre HTTP/x.x). Código numérico de estado. Código de estado “en inglés”. Códigos de estado: 1xx: Mensaje informativo. 2xx: Resultado exitoso (200 OK). 3xx: Redirección del cliente a otra URL (301 Moved permanently, 303 See Other). 4xx: Error en el lado del cliente (404 Not Found). 5xx: Error en el lado del servidor (500 Server Error). c 2004 GSyC Redes: HTTP 206 Interacción cliente-servidor en HTTP (cont.) Lı́neas de cabecera Mismo formato que las cabeceras de correo y News (RFC 822, sección 3). HTTP/1.0: 16 cabeceras, ninguna obligatoria. HTTP/1.1: 46 cabeceras, “Host:” obligatoria en las peticiones (usada por los “virtual hosts”). Se recomienda incluir en las peticiones al menos: • “From:” (dirección de correo). • “User-Agent:” (ej: Mozilla/4.7). Se recomienda incluir en las respuestas al menos: • “Server:” (ej: Apache/1.3). • “Last-Modified:” (fecha GMT, usado por las caches). c 2004 GSyC Redes: HTTP 207 Interacción cliente-servidor en HTTP (cont.) Cuerpo del mensaje En las respuestas contiene el recurso pedido o texto explicando un error. En las peticiones contiene datos de usuario o ficheros para subir. Si hay cuerpo, normalmente hay algunas cabeceras relativas a él: • “Content-Type”: tipo MIME de los datos (ej: text/html, image/png). • “Content-Length”: número de bytes en el cuerpo. c 2004 GSyC Redes: HTTP 208 Interacción cliente-servidor en HTTP (cont.) Ejemplo (GET, petición) GET /˜jgb/test.html HTTP/1.0\r\n Connection: Keep-Alive\r\n User-Agent: Mozilla/4.07 [en] (X11; I; Linux 2.2.15 i586; Nav) ... Host: gsyc.escet.urjc.es\r\n Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, i ... Accept-Encoding: gzip\r\n Accept-Language: en\r\n Accept-Charset: iso-8859-1,*,utf-8\r\n \r\n c 2004 GSyC Redes: HTTP Interacción cliente-servidor en HTTP (cont.) 209 Ejemplo (GET, respuesta) HTTP/1.1 200 OK\r\n Date: Tue, 23 Jan 2001 12:44:27 GMT\r\n Server: Apache/1.3.9 (Unix) Debian/GNU\r\n Last-Modified: Tue, 23 Jan 2001 12:39:45 GMT\r\n ETag: "19e89f-22-3a6d7b91"\r\n Accept-Ranges: bytes\r\n Content-Length: 34\r\n Keep-Alive: timeout=15, max=100\r\n Connection: Keep-Alive\r\n Content-Type: text/html\r\n \r\n <html>\nEsto es una prueba\n</html> c 2004 GSyC >. Redes: HTTP Interacción cliente-servidor en HTTP (cont.) 210 Métodos HEAD y POST HEAD: Igual que un GET, pero sólo pide las cabeceras. Se pueden consultar las caracterı́sticas sin bajarse el fichero. POST: Hay datos en el cuerpo (que se “suben” al servidor). El URI “pedido” es normalmente el programa que trata los datos enviados. También se pueden enviar datos con un GET (codificándolos en el URL pedido). c 2004 GSyC Redes: HTTP Interacción cliente-servidor en HTTP (cont.) 211 Ejemplo (POST, petición) POST /comments.pl HTTP/1.0\r\n From: [email protected]\r\n User-Agent: MegaNavigator/0.0\r\n Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\r\n Content-Length: 18\r\n \r\n section=all&rank=10 c 2004 GSyC Redes: HTTP Representante (proxy) HTTP 212 Representante (proxy) HTTP Intermediario entre un cliente y un servidor. Es por lo tanto a la vez cliente y servidor. Usos: cortafuegos, caches, etc. Las peticiones a una proxy incluyen la URL completa en la primera lı́nea del mensaje de petición. Pueden encadenarse varias proxies. Ejemplo de petición a una proxy: GET http://gsyc.escet.urjc.es/index.html HTTP/1.0 c 2004 GSyC Redes: HTTP HTTP 1.1 213 HTTP 1.1 Es una evolución de HTTP 1.0. Facilidades especı́ficas para máquinas virtuales (virtual hosts). Codificación por racimos, para respuestas dinámicas (envı́o antes de saber el tamaño total). Uso de conexiones persistentes que permiten varias transacciones sucesivas (se evitan establecimientos de conexión). Facilidades especı́ficas para caches (“If-Modified-Since”, “If-UnmodifiedSince”). c 2004 GSyC Redes: HTTP HTTP 1.1 (cont.) 214 Virtual hosts Para tener virtual hosts es preciso indicar en cada petición a cuál de ellos se dirige. Por eso es obligatorio el uso de la cabecera “Host”. Si un servidor recibe una petición sin “Host”, debe devolver un mensaje de error (400 Bad Request). Los servidores también han de aceptar primeras lı́neas de petición con URLs completas, en lugar de caminos (será lo habitual en versiones futuras). Ejemplo de petición “mı́nima”: GET /dir/index.html HTTP/1.1\r\n Host: gsyc.escet.urjc.es\r\n \r\n c 2004 GSyC Redes: HTTP HTTP 1.1 (cont.) 215 Codificación por racimos Cabecera “Transfer-Encoding: chunked”. Usada por un servidor que quiere enviar trozos que ya tiene listos antes de tener todo. El cuerpo de cada mensaje “por racimos” contiene una serie de racimos, cada uno: • Comienza por el tamaño de los datos del racimo, en hexadecimal, seguidos por “;”, quizás algo más, y CRLF. • Los datos, terminados por CRLF. • Terminado por una lı́nea con “0CRLF”. • Seguido de “footers” (como cabeceras). • Terminado en una lı́nea en blanco (CRLF). c 2004 GSyC Redes: HTTP HTTP 1.1 (cont.) 216 Codificación por racimos HTTP/1.1 200 OK\r\n Date: Fri, 27 Jan 2001 23:00:00 GMT\r\n Content-Type: text/plain\r\n Transfer-Encoding: chunked\r\n \r\n 1b; datos que se pueden ignorar\r\n abcdefghijklmnopqrstuvwxyz\r\n 10\r\n 1234567890abcdefg\r\n 0\r\n a-footer: su-valor\r\n another-footer: otro-valor\r\n \r\n c 2004 GSyC Redes: HTTP HTTP 1.1 (cont.) 217 Conexiones persistentes Permiten que varias peticiones y respuestas sean transferidas usando la misma conexión TCP. Se usan por omisión en HTTP 1.1. Si se envı́a la cabecera “Connection: close”, el servidor cerrará la conexión después de cada respuesta. Un servidor puede cerrar la conexión antes de enviar todas las respuestas. El servidor cerrará las conexiones inactivas pasado un plazo (ej: 10 segundos). c 2004 GSyC Redes: HTTP 218 HTTP 1.1 (cont.) Caches Los servidores deben responder siempre con la cabecera “Date” (con la fecha actual, en GMT). Los servidores han de entender “If-Modified-Since” y “If-UnmodifiedSince” (los clientes pueden usarlos). Respuesta a “If-Modified-Since”: “304 Not Modified”. Respuesta a “If-Unmodified-Since”: “412 Precondition Failed”. c 2004 GSyC Redes: HTTP HTTPS 219 HTTPS HTTP sobre SSL (secure socket layer). La conexión TCP está cifrada, de forma que una tercera parte no puede conocer su contenido. Permite enviar datos “sensibles” a un servidor web, y recibirlos de él. Necesita de otros mecanismos (certificados, etc.) para ofrecer un nivel de seguridad razonable. Las URLs son “https://”. c 2004 GSyC Redes: HTTP Galletitas (cookies) 220 Galletitas (cookies) Sirven para asociar estado a un conjunto de transacciones (peticiones/respuesta). Normalmente son datos asociados a un usuario (carro de la compra, cuenta de usuario, etc.) Las galletitas son generadas por los servidores, y presentadas por los clientes en ciertas ocasiones. Especificación original de Netscape, luego propuesta como RFC 2109. c 2004 GSyC Redes: HTTP Galletitas (cookies) (cont.) 221 Cabecera “Set-Cookie” Cabecera puesta por un servidor cuando quiere enviar una galletita. Formato: • “Set-Cookie:” • Nombre de la galletita y valor (“nombre=valor”). • Fecha de caducidad (“expires=fecha”). • Dominio, camino (“domain=dominio path=camino”). Para decidir más tarde si se envı́a una galletita o no. • “secure”: si está marcada ası́, sólo se transmitirá sobre canales seguros (HTTPS). Ejemplo: Set-Cookie: unnombre=unvalor; expires=Mon, 30-Jan-2001 12:35:23 GMT; path=/dir; domain=mi.dominio.com; secure c 2004 GSyC Redes: HTTP Galletitas (cookies) (cont.) 222 Cabecera “Cookie” Cuando un cliente pide una URL, buscará en su lista de galletitas si hay alguna que tenga que enviar (mirando su “domain” por la cola, y su “path” por su cabeza). Enviará todas las galletitas en una única cabecera (“Cookie”). Dentro de esta cabecera, las galletitas se ordenarán de más a menos especı́ficas (según su “path”). No se consideran las galletitas con caducidad en el pasado (de hecho, se eliminan). Ejemplo: Cookie: unnombre=unvalor; otronombre=otrovalor c 2004 GSyC Redes: HTTP Referencias 223 Referencias “Definition of URL/URI syntax, RFC 2396”. http://www.cis.ohio-state.edu/htbin/rfc/rfc2396.html “HTTP Made Really Easy. A Practical Guide to Writing Clients and Servers”, por James Marshall. http://www.jmarshall.com/easy/http/ “HTTP 1.0, RFC 1945”. http://www.cis.ohio-state.edu/htbin/rfc/rfc1945.html “HTTP 1.1, RFC 2068”. http://www.cis.ohio-state.edu/htbin/rfc/rfc2068.html c 2004 GSyC Redes: HTTP Referencias 224 Referencias “An Overview of SHTTP”, por Adam Shostack. hturlhttp://www.homeport.org/ adam/shttp.html “Persistent Client State. HTTP Cookies”, Netscape. http://www.netscape.com/newsref/std/cookie_spec.html “HTTP State Management Mechanism, RFC 2109”. http://www.cis.ohio-state.edu/htbin/rfc/rfc2109.html c 2004 GSyC Redes: HTTP Referencias (cont.) 225 Correo electrónico c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 226 Algo de terminologı́a Algo de terminologı́a Agente de usuario (UA, user agent): programa que se usa como interfaz de usuario para el correo electrónico (leer, componer, enviar, gestionar, etc.) Agente de transferencia de mensajes (MTA, message transfer agent): se encarga del encamiento y almacenamiento de los mensajes de correo hasta su destino final. Protocolo de acceso al correo electrónico: lo usa un UA para acceder a un MTA, y recoger el correo para un usuario. Ejemplo: POP, IMAP. Protocolo de envı́o de correo electrónico: lo usa un MTA para enviar correo a otro MTA (también puede usarlo un UA para enviarlo a un MTA). Ejemplo: SMTP. c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 227 Generalidades Generalidades Composición de un mensaje Todo mensaje consta de 2 partes: Sobre: Cabeceras estandarizadas para identificar el/los destinatarios/remitentes del mensaje... Permiten que el mensaje llegue Contenido: El mensaje propiamente dicho. • La RFC822 sólo admite texto NVT–ASCII (Network Virtual Terminal – ASCII). • Para otros tipos: codificadores de binarios (uuencode) y sobre todo extensiones al mensaje (MIME, RFC1341 ) c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 228 Generalidades (cont.) Cabeceras Le dicen al MTA qué debe hacer con el correo. From: Dirección de origen To: Dirección/direcciones de destino CC: Con copia a. . . BCC: Con copia ciega a. . . Subject: Tema sobre el que versa la carta Date: Fecha en que fue enviada Received: Por dónde ha pasado la carta Message-id: Identificador del mensaje c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 229 Generalidades (cont.) Direcciones de correo Dan la información necesaria para enviar/recibir un mensaje. Indican a–dónde–va/de–dónde–viene, pero no por dónde ha de pasar. Formato Internet: id_usuario@máquina.dominio O bien, gracias a las cláusulas MX de DNS: id_usuario@dominio c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 230 MIME MIME Las RFC 2045 – 2049 extienden el contenido de los mensajes de correo para que puedan adjuntarse datos genéricos (attachments). Multimedia Internet Mail Extensions define 5 cabeceras • MIME-version: • Content-Description: • Content-Id: • Content-Transfer-Encoding • Content-Type: Hay 8 tipos: Text, Image, Audio, Video, Application, Message, Model y Multipart. varios subtipos: Text: html, plain o richtext; Image: gif, jpeg; . . . c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 231 MIME (cont.) El Content-Type se utiliza para saber cómo tratar en el destino los datos (con qué aplicación). El Content-Transfer-Encoding se utiliza para saber cómo codificar para transmitir los datos por la red y descodificar los datos transmitidos. base 64 (ASCII armor) para binarios: grupos de 24 bits se rompen en 4x6 bits. Cada carácter de 6 bits se cuantifica en binario y se manda en ASCII ( el 0 va como una A, el 1 como B. . . ). Se rellena con = al final. quoted-printable-encoding para textos con acentos: codifica los caracteres por encima del 127 con un caracter “=” y dos dı́gitos hexadecimales. 7bit, 8bit, binary. . . c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 232 El protocolo SMTP El protocolo SMTP usuario agente de usuario (UA) cola de correo saliente agente de transferencia de mensajes (MTA) remitente conexión TCP Puerto 25/TCP usuario agente de usuario (UA) buzones de los usuarios agente de transferencia de mensajes (MTA) destinatario c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 233 El protocolo SMTP (cont.) “Simple Mail Transfer Protocol” Define los comandos que se emplean para comunicarse con/desde un MTA. ¿Cómo? Conexión al puerto tcp/25 y envı́o de órdenes. Los mensajes estaban limitados a 64K y habı́a problemas de timeouts, por lo que la RFC 1425 define ESMTP (EHLO...) c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 234 El protocolo SMTP (cont.) (Telnet pantuflo.escet.urjc.es 25) Connecting to pantuflo.escet.urjc.es (ether)... 220 pantuflo.escet.urjc.es Sendmail SMI-8.6/SMI-SVR4 ready at Mon, 7 Sept 1998 >>> HELO a202e12.escet.urjc.es 250 pantuflo.escet.urjc.es Hello a01-unix [192.2.3.14], pleased to meet you >>> MAIL From:<[email protected]> 250 <[email protected]>... Sender ok >>> RCPT To:<[email protected]> 250 <[email protected]>... Recipient ok (Pueden ir varias RCPT seguidas) >>> DATA 354 Enter mail, end with "." on a line by itself Subject: Ejemplo Texto del mail . 250 MAA29247 Message accepted for delivery >>> QUIT 221 pantuflo.escet.urjc.es closing connection c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 235 Recepción de correo de un MTA Recepción de correo de un MTA Los usuarios no tienen que estar permanentemente conectados a la red ni compartir el directorio donde el MTA almacena los mensajes. Puede usarse un modelo cliente/servidor, siguiendo un protocolo que permita recuperar los mensajes del buzón (y borrarlos o dejarlos) para que el UA pueda presentarlos en pantalla. Hay varios protocolos para esto: • POP2, POP3: Post Office Protocol. (RFC-1725,1734,1082) • IMAP: Internet Message Access Protocol (RFC-1203; 1730 al 1733) c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 236 Referencias Referencias “SMTP: Simple Mail Transfer Protocol”, capı́tulo 28 de “TCP/IP’ Illustrated, Volume 1”, por W. Richard Stevens, Addison Wesley, 1994. “SMTP. Simple Mail Transfer Protocol. A tutorial”, por Ben-Dayan Maor, Ben-Shimon Sonny, Efron Niv, Kuperman Idan y Meller Tal. http://raddist.rad.com/networks/1998/smtp/smtp.htm “POP vs. IMAP”, por Barnard College Online Tutorials. http://www.barnard.edu/at/training/eudora/imap.html c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico 237 Referencias (cont.) Resumen de RFCs principales RFC821: protocolo SMTP RFC822: formato de mensajes e interpretación de cabeceras RFC974: gestión de cláusulas MX del DNS RFC1425: protocolo ESMTP (Extended SMTP) RFC1341: MIME: “Multipurpose Internet Mail Extensions” c 2004 GSyC Redes: Correo electrónico

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