Introducción, Modelo de capas OSI y TCP/IP

Introducción a la Comunicación de Datos.
Redes de Comunicación de datos. Modelo de Comunicaciones.
Modelo OSI y TCP/IP
Comunicación de datos
Realizado por los profesores:
Antonio Russoniello
Roger Bello
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Comunicación de Datos
•
COMUNICACIÓN DE DATOS
– Objetivo: Intercambio de información entre partes
– Información (datos, mensaje): video, texto, número, imágenes, audio
– Ejemplo de sistema de comunicación:
Ejemplo:
*Modem: Modulador – Demodulador
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Comunicación de Datos
• COMUNICACIÓN DE DATOS
Elementos de un sistema de comunicación de datos:
1.
2.
3.
4.
5.
Mensaje: información, mensaje a comunicar
Emisor: dispositivo que envía el mensaje
Receptor: dispositivo que recibe el mensaje
Medio: camino físico por donde viaja el mensaje
Protocolo: conjunto de reglas que gobiernan la transmisión de datos. Acuerdo entre
dispositivos que se comunican.
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Comunicación de Datos
REDES: conjunto de nodos interconectados a través de enlaces (medio de transmisión).
• Criterios de Red: en una red deben garantizarse los siguientes criterios para considerar su
efectividad y eficiencia:
– Rendimiento:
•
•
•
•
Retardo, throughput, ancho de banda.
Tiempo de tránsito y la respuesta (dependen del número de usuarios)
Tipo del medio de transmisión
Capacidad del SW y HW
– Confiabilidad:
• Se mide por la frecuencia de fallas
• El tiempo de recuperación de un enlace ante una falla.
• Robustez de la red ante una catástrofe (por ejemplo los sistemas redundantes son robustos)
– Seguridad:
• Privacidad de la información: protección de datos ante accesos no autorizados
• Integridad de los datos: modificaciones de datos
• Corrección de errores
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Comunicación de Datos
ATRIBUTOS DE RED:
•
TIPOS DE TRANSMISIÓN (flujo de datos)
–
–
–
•
Simplex: transmisión en un solo sentido, puede usar toda la capacidad del canal para enviar datos en una dirección. Ejemplos:
emisoras de radio, algunos periféricos del pc como monitor, mouse, teclado.
Semi-duplex (half-duplex): transmisión en ambos sentidos sin simultaneidad, la capacidad total del canal es usada por aquel de
los dos dispositivos que está transmitiendo. Ejemplos: los servicios de banda ciudadana,
Duplex (full duplex): transmisión en ambos sentidos con simultaneidad, en el modo full-duplex, las señales que van en cualquier
dirección deben compartir la capacidad del enlace. Esta compartición puede ocurrir de dos formas: o bien el enlace debe
contener caminos de transmisión físicamente separados, uno para enviar y otro para recibir, o es necesario dividir la capacidad
del canal entre las señales que viajan en direcciones opuestas. Ejemplo: red telefónica.
TIPOS DE DIFUSIÓN
–
–
–
–
Unicast: En unicast, cada dirección destino se corresponde con un único destino.
Broadcast: En broadcast y multicast se asocia una dirección destino a muchos destinos finales.
Multicast: En broadcast y multicast se asocia una dirección destino a muchos destinos finales.
Anycast: En anycast también hay una asociación de una dirección destino a varias máquinas. La diferencia está en que se
selecciona una de estas máquinas para ser la destinataria de la información.
•
TIPOS DE SERVICIOS:
–
–
–
Líneas dedicadas (circuito privado): el enlace está dedicado de forma permanente con un ancho de banda reservado se use o
no.
Conmutación de circuitos: la conexión sólo se establece cuando se requiera, mientras exista conexión el canal permanece
ocupado ya sea que se use o no, para liberar el recurso el canal debe ser liberado, desconectado
Conmutación de paquetes (circuito virtual): el ancho de banda es compartido por diversos circuitos de forma que se multiplexa
tráfico de diferentes usuarios.
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Comunicación de Datos
ATRIBUTOS DE RED:
• TIPOS DE CONEXIÓN: para que halla conexión los dispositivos deben estar conectados a través de
enlaces (medio). Los dos tipos de conexión se diferencian por como utilizan el medio (el enlace).
TIPO
CARACTERISTICAS
Punto a punto
•
•
•
Enlace dedicado entre dos dispositivos.
La información es enviada solo al nodo al cual va dirigido.
El canal se ocupa en su totalidad para la transmisión de
información entre los dos dispositivos.
•
•
Varios dispositivos comparten el mismo enlace
Capacidad del canal compartida: puede ser compartida en el
espacio y el tiempo.
Multipunto
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EJEMPLOS
Enlaces dedicados, telégrafo, servicios de
encomienda, LAN conmutada, microondas,
enlaces satelitales, servicio de telefonía
tradicional.
Servicio de TV público o por suscripción (cable,
satelital, señal abierta), emisoras de radio
comercial, redes LAN no conmutadas.
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Comunicación de Datos
• CLASIFICACIÓN DE REDES
– Según la Topología:
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•
Malla (mesh): cada dispositivo tiene un enlace punto a punto y dedicado con
cualquier otro dispositivo. Una red de malla completamente conectada (full
connected) posee n(n-1)/2 enlaces físicos dúplex y cada dispositivo debe tener n-1
puertos de entrada/salida. Ventajas: enlaces dedicados (mayor seguridad, capacidad
del medio disponible para el par de nodos), topología robusta (si un enlace falla no
inhabilita todo el sistema). Desventajas: cantidad de cableado (costos), número de
puertos de E/S elevado.
•
Estrella: cada dispositivo tiene un enlace punto a punto al dispositivo central
(concentrador), los dispositivos no están directamente enlazados entre si y por lo
tanto no se permite tráfico directo entre dispositivos. Ventajas: más barata que
topología en malla (menos cableado y conexiones), cada dispositivo necesita solo un
enlace y un puerto E/S para conectarse a otros dispositivos, fácil instalación, es
robusta (si falla un enlace solo se verá afectado un dispositivo). Desventaja:
dependencia de un punto único (el concentrador).
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Comunicación de Datos
• CLASIFICACIÓN DE REDES
– Según la Topología:
•
Bus: conexiones tipo multipunto. Un cable largo actúa como una red troncal que
conecta todos los dispositivos en la red. Ventaja: fácil instalación, menos cableado
que topología de malla y estrella. Desventaja: no escalan fácilmente, un fallo o
rotura en el cable del bus interrumpe todas las transmisiones, incluso entre
dispositivos que están en la parte de red que no falla. Esto se debe a que el área
dañada refleja las señales hacia la dirección del origen, creando ruido en ambas
direcciones.
•
Anillo (token ring): En una topología en anillo cada dispositivo tiene una línea de
conexión dedicada y punto a punto solamente con los dos dispositivos que están a
sus lados. En ésta topología, las computadoras se conectan en un circuito cerrado
formando un anillo por donde circula la información en una sola dirección, con esta
característica permite tener un control de recepción de mensajes. Ventajas: fácil
instalación, Desventajas: poco robusta (si el anillo se corta los dispositivos quedan
incomunicados).
•
Otras topologías: estrella distribuida o árbol sin bucles, topologías híbridas
(ejemplo: una topología en estrella en la que cada rama conecta varias estaciones
usando topología de bus, como se muestra en la Figura
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Comunicación de Datos
CLASIFICACIÓN DE REDES
– Según su alcance Geográfico:
•
•
•
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LAN (Local Area Network): redes de área local, PAN, BAN
WAN (Wide Area Network): redes de área extensa
MAN (Metropolitan Area Network): redes de área metropolitana. Intermedias entre LAN y WAN
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Comunicación de Datos
•
REDES LAN
–
–
–
–
–
–
–
•
Generalmente de tipo multipunto
Medio compartido
Medio de transmisión (comúnmente cableado) es normalmente propiedad del usuario
Diseñadas desde sus inicios para la transmisión de datos
Área menor a los 3 km: oficina única, edificio o campus.
Topologías más frecuentes: bus, anillo, estrella
Ethernet: 10Mbps, FastEthernet: 100 Mbps, 1000 Mbps, Gigabit Ethernet: 1000 Mbps, 10 Gigabit
Ethernet: 10 Gbps
REDES WAN
–
–
–
–
Generalmente son de tipo punto a punto.
Servicio contratado a operadoras
Medio de transmisión propiedad de la operadora.
A pesar que fueron diseñadas en un principio para el servicio de telefonía, actualmente son redes de
tipo multimedia.
– ADSL (Asymmetric Digital Suscriber Line: 256 kbit/s a 20 Mbit/s hacia el usuario), Cable Internet
Access: 250 Mbps, Líneas Dedicadas: T0: 64 kbps, T1: 1.5 Mbps, T3: 45 Mbps, E1: 2.0 Mbps, E3: 34.4
Mbit/s, Frame Relay,: 2 Mbps, ATM: (10, 100, 1000 Mbps).
– Transmisión a larga distancia. Extensiones que abarcan países, continentes.
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Comunicación de Datos
INCISO
UNIDADES DE INFORMACIÓN
Velocidad binaria (bits/s):
bit: mínima unidad de información
Octeto = 1 Byte: 8 bits
1000 bits/s = 1000 / 8 = 125 Bytes
La definición estándar del kilobit es 1 kilobit = 103 bits = 1000 bits. Sin embargo en el
contexto de la capacidad de almacenamiento de información y en el contexto del
espacio de direccionamiento la definición habitualmente usada es la binaria: 1 kilobit
= 210 bits = 1024 bits. El uso de una u otra puede ser ambiguo por lo que también
existe el término kibibit que hace referencia inequívocamente a la definición binaria.
La definición decimal se utiliza comúnmente para expresar las velocidades de
transmisión de datos. Por ejemplo, la velocidad de transmisión de un módem de 56K
(56 kbit/s) sería 56 000 bits por segundo (56 x 1000).
Pixel (picture element): mínima unidad de información de color de una imagen.
Pixel de 8 bits: 256 colores
Pixel de 24 bits (true color): 16.777.216 colores
Megapixel: 1.000.000 pixel
Ejemplo: una imagen de resolución 2048 × 1536 = 3.145.728, aprox. 3,1 Megapixeles
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Comunicación de Datos
Ejemplo:
• WAN conmutada
• WAN punto a punto
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Comunicación de Datos
ORGANISMOS DE ESTANDARIZACIÓN
– Al inicio de las redes: cada fabricante especificaba sus propios protocolos, esto obligaba a los
usuarios a ser clientes de un determinado fabricante ya que la interoperabilidad entre equipos de
fabricantes diferentes no estaba garantizada.
– Estándares: imprescindibles para asegurar interoperabilidad entre equipos de diferentes
fabricantes. Si el protocolo son las reglas, la estandarización son aquellas reglas sobre la que hay un
acuerdo. Tipos de estándares:
•
•
De facto: normas aceptadas sin haber sido previamente estandarizadas por ningún organismo. Algunos de estos
estándares acaban convirtiéndose en estándares de jure: teclado QWERTY, MIDI, protocolos TCP/IP, dispositivos
USB, office, MP3.
De jure: normas estandarizas por algún organismo: protocolos OSI, tamaño de papel (A4, oficio), MPEG, HTML,
Open Document, H.323 (sesiones de videoconferencia en redes paquetizadas, creado por la ITU).
– Principales organizaciones:
•
•
•
•
•
•
•
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ISO: International Organization for Standardization
IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers
IETF: Internet Engineering Task Force
ITU-T: International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector
ANSI: American National Standards Institute
ISOC: Internet Society
IAB: Internet Architecture Board
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Comunicación de Datos
MODELO DE REDES – MODELO DE CAPAS
El modelo de capas permite describir el funcionamiento de las redes de forma modular (por niveles)
con la ventaja adicional de permitir hacer cambios de manera sencilla cuando sean requeridos.
Conceptos básicos del modelo de capas:
– CAPAS O NIVELES: las redes usualmente se dividen en capas o niveles con funciones
específicas
– PROTOCOLO: las reglas y convenciones que rigen la comunicación entre entidades remotas
– JERARQUIA DE PROTOCOLOS: organización de las capas que implementan los protocolos
– ARQUITECTURA DE RED: conjunto de capas y protocolos
– PILA DE PROTOCOLOS: una lista de protocolos usada por una arquitectura de red
– INTERFAZ: define el límite entre cada capa y los servicios que una capa inferior le ofrece a una
superior
Los modelos de referencia más conocidos son el modelo OSI y el TCP/IP
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Comunicación de Datos
TERMINOLOGIA SEGÚN EL MODELO DE CAPAS
–
–
–
–
Capa N: especifica cualquier capa
Capa N-1: es la capa inmediatamente inferior a la capa N
Capa N+1: es la capa inmediatamente superior a la capa N
Entidad N: es una elemento activo dentro de una capa N que incluye un conjunto de las
capacidades definidas para esa capa
– Protocolo N: define el conjunto de reglas y formatos que rigen la comunicación entre
entidades N
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Comunicación de Datos
PRINCIPIOS DEL MODELO DE CAPAS
– La capa N ofrece sus servicios a la capa N+1
– La capa N+1 hace uso únicamente de los servicios de la capa N.
– La comunicación entre capas se realiza mediante una interfaz, ésta define el límite entre
cada capa.
– Los SAP (Service Access Point) son los puntos de acceso al servicio, están situados en la
interfaz entre dos capas. En dicho punto estarán disponibles los servicios y las respuestas.
Está definido como una dirección o un identificador.
– Cada capa se comunica con la capa equivalente en el otro sistema utilizando un protocolo
característico de esa capa.
– El conjunto de protocolos que interoperan en todos los niveles de una arquitectura dada
se conoce como pila de protocolos o protocol stack.
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Comunicación de Datos
PRINCIPIOS DEL MODELO DE CAPAS - PRIMITIVAS DE SERVICIO
Los mensajes entre entidades se llevan a cabo a través de cuatro primitivas:
– Request (requerimiento): invocada por el usuario del servicio para invocar un servicio y
pasar los parámetros necesarios para dicha solicitud.
– Indication (indicación): primitiva emitida por el proveedor del servicio para indicar que un
procedimiento ha sido invocado por un usuario o notificar al usuario del servicio que una
acción ha sido iniciada.
– Response (respuesta): emitida por el usuario del servicio para confirmar o completar
algún procedimiento previamente invocado por una indicación a dicho usuario.
– Confirmation (confirmación): emitida por el proveedor del servicio para confirmar o
completar algún procedimiento previamente invocado por un requerimiento del usuario
del servicio..
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Comunicación de Datos
PRINCIPIOS DEL MODELO DE CAPAS - PRIMITIVAS DE SERVICIO
Los mensajes entre entidades se llevan a cabo a través de cuatro primitivas:
1. La entidad fuente N, invoca un servicio a su entidad N-1 con una primitiva Request.
Asociado a la primitiva están los parámetros necesitados, tales como el mensaje a ser
transmitido y la dirección de destino.
2. La entidad fuente N-1 prepara un paquete para ser enviado a su entidad par destino N-1.
3. La entidad destino N-1 entrega el mensaje a la entidad destino N correspondiente via una
primitiva de Indication, la cual incluye el mensaje y la dirección fuente como parámetros.
4. Si es requerido por la fuente un mensaje de recepción entonces la entidad destino N
envía una primitiva Response a su entidad N-1.
5. La entidad destino N-1 prepara un paquete con la confirmación para ser enviado a su par
la entidad N-1 fuente.
6. El paquete es entregado a la entidad N como una primitiva Confirmation.
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Comunicación de Datos
PRINCIPIOS DEL MODELO DE CAPAS - PRIMITIVAS DE SERVICIO
CAPA N
CAPA
FUENTE
Comunicación
Lógica
4. CONFIRMATION
1. REQUEST
CAPA
DESTINO
3. RESPONSE
SAP
CAPA N-1
CAPA N
2. INDICATION
SAP
CAPA N-1
Ejemplo: primitivas de servicio para la capa de transporte:
T-CONNECT Request
T-CONNECT Indication
T-CONNECT Response
T-CONNECT Confirmation
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Comunicación de Datos
PRINCIPIOS DEL MODELO DE CAPAS – MODOS DE COMUNICACIÓN
Conexión: es una asociación entre dos o más entidades pares. La habilidad de establecer, liberar y
transferir data sobre una conexión es provista a las entidades N por la capa N-1.
1. Modo de comunicación Orientado a Conexión: establece el canal antes de enviar la
información. (Telefonía Celular)
2. Modo de comunicación No Orientado a Conexión: envía los datos sin establecer antes
una ruta. Si la comunicación no es posible los datos se perderán. (Servicio SMS)
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Comunicación de Datos
PRINCIPIOS DEL MODELO DE CAPAS – UNIDADES DE DATOS
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•
•
Información de Control de Protocolo – N (PCI-N): información intercambiada entre las
entidades N pares para coordinar su operación conjunta. Cada capa añade su propia
información de control. Cuantas más capas tiene un modelo más overhead se introduce.
Data de Usuario – N: se transfiere entre entidades N a nombre de las entidades N+1 a la cual
se les está otorgando el servicio.
Unidad de data de Protocolo – N (PDU-N): es la unidad especificada por el protocolo y que
contiene PCI-N y posiblemente data del usuario–N.
Unidad de Data de Servicio – N (SDU-N): consiste de data del usuario e información de control
y es transferida entre las entidades N+1 pares y la cual no es interpretada por las entidades N.
PCI(N+1)
PCI(N)
PCI(N-1)
Header
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Header
SDU
SDU (N)
Header
SDU (N-1)
PDU(N+1)
PDU(N)
PDU(N-1)
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Comunicación de Datos
PRINCIPIOS DEL MODELO DE CAPAS - ELEMENTOS DE OPERACIÓN DE CAPAS
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•
Multiplexación: cuando una función de la capa N usa una conexión N-1 para soportar más de
una conexión N
Control de flujo: regula el flujo entre capas adyacentes o dentro de una capa
Control de flujo entre pares: regula la tasa a la cual los PDU’s se intercambian entre entidades
N
Control de flujo en el limite del servicio: regula la tasa a la cual los SDUs son transferidos entre
entidades N y N-1
Segmentación: ejecutada por una entidad N, divide una SDU en múltiples SDU’s N.
Bloques: ejecutada por una entidad N, une múltiples SDU’s en una PDU N
Concatenación: ejecutada por una entidad N para unir varios PDU’s N en una SDU N-1
Secuenciamiento: ejecutado por una entidad N para mantener el orden en que los SDU´s N
son enviados a la capa N-1
Reset: consiste en llevara las correspondientes entidades N a un estado determinado.
Control de errores: ejecutada por una entidad N para detectar y/o corregir errores de PDU´s N
ocasionados por servicios de la capa N-1
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Comunicación de Datos
PROTOCOLOS
nacen de la necesidad de garantizar la interoperabilidad entre redes diversas
(internetworking). Se da entre capas “iguales” y establecen una comunicación
lógica entre dichas capas.
Los puntos que define un protocolo son:
• Sintaxis: formato de la data, el orden en que la misma se presenta.
• Semántica: significado de cada sección.
• Temporización (Timing):
– ¿Cuándo la data debe ser enviada?
– ¿Cuán rápida debe ser enviada?
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Comunicación de Datos
MODELO OSI (Open System Interconnection)
– Definido entre 1977 y 1983 por la ISO (International Standard Organization) para
promover la creación de estándares interdependientes de fabricantes.
– Es una referencia para el desarrollo de protocolos de comunicación
– Su finalidad es que los protocolos desarrollados bajo su modelo puedan comunicarse
entre equipos de diferentes fabricantes.
– Define 7 capas:
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Comunicación de Datos
• MODELO OSI
– Capa Física: transmite los datos sobre el medio, especificaciones eléctricas. Medio físico
– Capa enlace: datos puros. Provee el control de la capa física. Detecta corrige errores de
transmisión. Controlador del dispositivo de comunicación, organiza los bits en tramas.
– Capa de Red: suministra información sobre la ruta a seguir. Mueve paquetes de origen a
destino. Proporciona conexión entre redes.
– Capa de Transporte: verifica que los datos se transmitan correctamente. Conexión
extremo a extremo (host to host / end to end). Paquetes de datos. Recuperación de
errores de extremo a extremo, en algunos casos (TCP) se solicita retransmisión de datos.
– Capa de sesión: sincroniza el intercambio de datos entre capas inferiores y superiores.
Establece, gestiona y finaliza las conexiones. Define el tipo de conexión (simplex, halfduplex, duplex)
– Capa de Presentación: convierte los datos de la red al formato requerido por la
aplicación. Traduce, cifra y comprime los datos.
– Capa de aplicación: interfaz de interacción con el usuario final. Muestra la información
recibida por algún dispositivo de salida. En ella residen las aplicaciones. Envía los datos
de usuario a la aplicación de destino usando los servicios de las capas inferiores. SMTP,
HTTP, FTP.
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Comunicación de Datos
MODELO OSI- ENCAPSULADO
– Los niveles 6,5,4,3 y 2 añaden cabeceras
– Las colas se añaden habitualmente en el nivel 2
– En el nivel 1 se convierte todo el paquete al formato en que se puede transferir hasta la
máquina receptora
H: Header (encabezado)
T: Tail (cola)
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Comunicación de Datos
• MODELO TCP/IP
TCP: Transmission Control Protocol
IP: Internet Protocol
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Comunicación de Datos
MODELO TCP/IP - PILA DE PROTOCOLOS (STACK PROTOCOL)
SMTP: simple mail transfer protocol
FTP: file transfer protocol
HTTP: hypertext transfer protocol
DNS: domain name system
SNMP: simple network management protocol
TELNET:
SCTP: Stream Control Transmission Protocol
TCP: transmission control protocol
UDP: User Datagram Protocol
ICMP: internet control message protocol
IGMP: internet Group Management Protocol
ARP: Address Resolution Protocol
RARP: reverse address resolution protocol
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Comunicación de Datos
MODELO TCP/IP - ELEMENTOS DE DATOS EN EL MODELO
• Segmento: capa de transporte
• Datagrama: capa de red
• Trama: capa física
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Comunicación de Datos
MODELO TCP/IP – COMUNICACIÓN HOST TO HOST Y END TO END
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Comunicación de Datos
MODELO TCP/IP – DIRECCIONAMIENTO
•
•
•
•
Direccionamiento específico
Direccionamiento por puerto
Direccionamiento lógico
Direccionamiento físico
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Comunicación de Datos
MODELO TCP/IP - DIRECCIONAMIENTO DE PUERTOS
• Ejemplo:
•
•
Direcciones de puertos: a,b,c,j,k
Direcciones lógicas: A,P
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Comunicación de Datos
MODELO TCP/IP - DIRECCIONAMIENTO LÓGICO
• Ejemplo
•
•
Direcciones lógicas: A, P
Direcciones físicas: 20,10,99, 33, 66, 95
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