Tema 1: Introducción Modelo de referencia OSI Ethernet (repaso

Temario STD (Cuatrimestre Otoño, curso 2001/2002)
Tema 1: Introducción (1 semana)
Arquitectura TCP/IP
Modelos de referencia OSI de ISO/IEC
Ethernet (repaso)
PPP, negociación LCP e IPCP
loopback interface
MTU
Tema 2: Internetworking Protocol (IP) (6 semanas)
Funciones de IP
Formato de la cabecera de los datagramas IP
Direcciones IP
Mascaras de red y subredes
Resolución de direcciones (ARP)
Ethernet
ATM
Funcionalidad de un router
Fragmentación y reensamblado
Routers vs. Conmutadores y bridges
VLANs
Encaminamiento en IP
Tablas de encaminamiento
IGP vs. EGP
Encaminamiento estático
RIP y OSPF
BGP4
CIDR
ICMP
ping
traceroute
MTU path discovery
IPv6
DNS
Zonas y dominios
Querys iterativas y recursivas
Querys inversas
Obtención de dominios y bloques de direcciones, función de los ISPs
Tema 1: Introducción
Arquitectura TCP/IP
Modelo de referencia OSI
Ethernet (repaso)
Point-to-Point Protocol (PPP)
loopback interface
MTU
Tema 3: TCP, UDP y APIs (4 semanas)
UDP
Funcionalidades de TCP
Control de errores
Control de flujo
Control de congestión
Grafo de estados de TCP
STD, Jorge García Vidal
Tema 1: Introducción
STD, Jorge García Vidal
3
Tema 1: Introducción
4
3wHS
Finalización de la conexión
Sockets
Mapeo de las llamadas a sockets con el grafo de estados de TCP
Servidores concurrentes e iterativos
Tema 4: Seguridad y conexión a Internet (1 semana)
Firewalls, Servidores Proxy
IPsec y VPNs
NATs
Sesiones de laboratorios (documentación en página asignatura)
1.- Configuración de hosts y de enlaces PPP
2.- Configuración de routers UNIX. Configuración IOS
3.- tcpdump (ping, traceroute, etc). Configuración de RIP en IOS
4.- Grafo de estados de TCP. Control de flujo y de congestión en TCP
Organización del curso (!):
2 horas de teoría cada semana
2 horas de ProbLab cada 2 semanas
Teoría ProbLab Teoría ProbLab
Bibliografía
W. R. Stevens “TCP/IP Illustrated” Vol 1. Addison-Wesley 1995
D. E. Comer “Internetworking with TCP/IP” Vol 1. Prentice-Hall 1994
Bibliografía complementaria
D. E. Comer “Computer Networks and the Internet” Prentice-Hall 1999
W. R. Stevens “Unix Network Programming”, Prentice-Hall 1998
L. L. Peterson, B. S. Davie “Computer Networks”, Morgan Kaufman 1996
11.a
11.a
11.b
11.b
12.a
12.a
12.b
2h
12.b
2h
Semana
STD, Jorge García Vidal
STD, Jorge García Vidal
Introducción
La arquitectura de los protocolos
de comunicaciones es la siguiente:
¿Qué es ProbLab?
Son sesiones de laboratorio de 2
horas en las que se realizan prácticas
y experimentos que ayudan a entender
mejor la teoría.
Usuario
Aplicaciones:
Web, eMail,
chat, e-commerce,
Gestión de
red, Telnet, FTP,
Multimedia, etc...
Sockets,
RPCs
En algunas sesiones también haremos
clases de resolución de problemas
en la pizarra (principalmente de
exámenes de años anteriores)
Sistema
Operativo
Es necesario llevar 2 disquettes para
cargar una imagen de Trinux.
TCP/IP
Drivers
La documentación de cada sesión
irá apareciendo en la web de la
asignatura.
Bus
(ej: ISA,
PCI)
¡Antes de cada sesión hay que leer
el enunciado!
Tarjeta de Red (NIC) / Módem
Se evaluarán como parte del
examen de la asignatura.
STD, Jorge García Vidal
STD, Jorge García Vidal
Tema 1: Introducción
7
¿En dónde se utilizan los protocolos
TCP/IP?
.....
Tema 1: Introducción
¿Cómo surgieron los protocolos TCP/IP?
.....
.....
En 1957 la URSS lanza el Sputnik 1.
En 1958 los EE. UU. crean el DARPA
(Defense Advanced Research Projects
Agency).
En 1969 se crea ARPANET, una WAN
experimental que usa Conmutación de
Paquetes. En Francia se pone en marcha
la red CYCLADES.
ISP
Backbone
Internet
.....
Red sin conexión a
Internet
ISP: Proveedor de Servicios de Internet
VPN: Red Privada Virtual
STD, Jorge García Vidal
8
STD, Jorge García Vidal
A mediados de los años ‘70 se diseñan
los protocolos TCP/IP para interconectar
redes heterogéneas (ARPANET y
ARPA Packet Radio Network).
(Cerf y Kahn, “A Protocol for Packet
Network Intercommunication”, IEEE
Transactions on Communications, 1974).
En 1977 se realizan las primeras pruebas
con TCP/IP.
La arquitectura de protocolos TCP/IP
Las principales restricciones de diseño
eran las siguientes (ref. D. D. Clark,
“The Design Philosophy of the DARPA
Internet Protocols”, SIGCOMM’88):
1. La comunicación debería mantenerse
aun en el caso de que parte de la
internet estuviera dañada (¡Guerra fría!)
2. Debería soportar diferentes tipos
de servicio (Fiable y no fiable)
.....
.....
3. Debería adaptarse a diferentes redes
ya existentes previamente
Gateways
(routers)
Una de las principales decisiones del
diseño fue usar datagramas como la
unidad básica que se transfiere entre
redes (i.e. No orientado a la conexión)
El 1 de Enero de 1983 se realizó la
transición de NCP a TCP/IP.
En 1987 se crea NSFNet.
STD, Jorge García Vidal
Tema 1: Introducción
Supervivencia si la red falla:
STD, Jorge García Vidal
11
Tema 1: Introducción
12
Soporte a diversos tipos de servicio
Aplicaciones
TCP
UDP
IP
IP: No orientado a la conexión.
TCP: Orientado a la conexión
UDP: No orientado a la conexión.
En los routers no se mantiene el estado
de la conexión (IP). IP es NO orientado
a la conexión.
La mayor parte de aplicaciones
necesitan un servicio fiable y ordenado.
TCP proporciona el correspondiente
servicio.
El estado de la conexión se mantiene en
los extremos (TCP). TCP se encarga de
control de errores, del control de flujo y
de la mux/demux de la información.
Algunas aplicaciones no necesitan
de dicho servicio, y se programan
sobre UDP. (ej: Voz, Gestión, etc)
STD, Jorge García Vidal
STD, Jorge García Vidal
Adaptación a diferentes tec. de red
Organismos de estandarización
ISO: Organismos Nacionales de
Estandarización
La arquitectura de Internet consigue
una gran flexibilidad al hacer un
conjunto muy reducido de suposiciones
sobre el tipo de transporte que las
redes proporcionan.
CCITT/ITU: Compañías Operadoras de
Telecomunicaciones
IAB: Internet Activities Board
La suposición básica es que la red
puede transportar un datagrama de
un tamaño de al menos unos 100 bytes
y con una tasa de errores no demasiado
elevada. Si la red no es un enlace
punto a punto debe poseer algún tipo
de direccionamiento.
IEEE, TIA, ETSI, etc...
Durante los años 80 ISO/IEC desarrolló
un modelo de referencia para la
interconexión de sistemas abiertos
denominado OSI.
La intención era definir una arquitectura
de red y un conjunto de protocolos
que fueran utilizados de forma extensiva
en la comunicación de datos.
¡Es difícil imaginar una red que no
cumpla las anteriores condiciones!
Por diferentes motivos, dicha iniciativa
no ha tenido éxito.
STD, Jorge García Vidal
STD, Jorge García Vidal
Tema 1: Introducción
15
Tema 1: Introducción
y la arquitectura TCP/IP
En 1860 el ayuntamiento de Barcelona
abrió un concurso para urbanizar
el actual Eixample...
Arquitectura TCP/IP del IAB
N. Aplicación
TCP/UDP
IP
Murallas
Interfaz Red,
N. Físico
Plan de I. Cerdà
Modelo de referencia OSI de ISO/IEC
N. Aplicación
N. Presentación
N. Sesión
N. Transporte
N. Red
N. Enlace
Plan de A. Rovira
N. Físico
Plan urbanístico <-> Modelo de referencia
Edificios <-> Protocolos
STD, Jorge García Vidal
STD, Jorge García Vidal
16
Modelo de Referencia OSI
Punto de
Acceso al
Servicio (SAP)
En el modelo de referencia de OSI
hay 7 niveles
Nivel Entidad
N
Entidad
Unidad
de Datos
de Interface
(IDU)
N. Aplicación
N. Presentación
N. Sesión
Información
de control
de interface
(ICI)
N. Transporte
N. Red
Unidad de datos
del servicio (SDU)
N. Enlace
IDU
N. Físico
Cabecera
Protocolos
Host-Router
Protocolos
Internos a la
Subred
Unidad de datos
del protocolo (PDU)
STD, Jorge García Vidal
Tema 1: Introducción
STD, Jorge García Vidal
19
Algunos Problemas de OSI
(M. Rose, “The Open Book”):
Problemas de implementación y
eficiencia
Tema 1: Introducción
Redes Ethernet
Las redes locales más utilizadas
son las redes Ethernet. Originalmente
utilizaban una topología en bus,
transmisión por cable coaxial con
un código Manchester a 10 Mbps
y CSMA/CD
Al haber definido 2 servicios de red
(CONS y CLNS) junto con varios
protocolos de transporte (ej: TP2, TP4),
es difícil tener una completa
interoperación entre redes
La estructura de las capas de aplicación
es demasiado compleja pues está
orientada a resolver de forma general
problemas que no siempre se presentan
Hoy en día es más frecuente la
configuración en la que se utiliza
cables UTP, Hubs o conmutadores
El proceso de estandarización fue
demasiado largo. Cuando todavía se
trabajaba en la definición de OSI, existían
implementaciones completas y gratuitas
de TCP/IP (ej: UNIX BSD) y aplicaciones
(e-mail, telnet, ftp, ...)
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Hub/Switch
STD, Jorge García Vidal
20
Trama Ethernet (DIX)
Las direcciones son
únicas para cada NIC
Ethernet (24 OUI+24)
(Org. Unique Ident)
El relleno sirve para
forzar un tamaño
mínimo de trama
Preámbulo
Dirección
destino
Dirección
origen
Tipo de
trama
El IEEE ha definido una serie de
estándares para redes locales (802).
8
Estos estándares definen dos
subniveles para los protocolos en LANs
que están integrado dentro del nivel
2 (nivel de enlace) del modelo de
referencia OSI:
6
6
2
El CRC utiliza el
polinomio CRC-32
El tipo de trama es
(en hexadecimal):
LLC
Datos
46-1500
Octetos
0800 : IP
0806 : ARP
8035 : RARP
Relleno
CRC
802.3
802.4
802.5 ...
Dentro del nivel LLC se han diseñado
varios protocolos que ofrecen diferentes
tipos de servicios. El más utilizado es
“send-data-with-no-ack” (i.e. datagrama).
802.3 corresponde al MAC CSMA/CD
4
STD, Jorge García Vidal
STD, Jorge García Vidal
Tema 1: Introducción
23
Trama Ethernet (802.2/802.3)
Tema 1: Introducción
24
Point to Point Protocol (PPP)
Preámbulo
8
Dirección
destino
6
Dirección
origen
6
Notar que longitud
es siempre menor
a 0800 en hexa =>
longitud
AA
AA
03
2
Podemos distinguir
sin problemas
entre los dos
formatos de trama!
000000
DSAP : AA
SSAP : AA
Cntl: 03
Org Code: 000000
MAC
802.2
Conexión
a red
pública
Módem/TR
DTE
Red
Pública
802.3
802.2
PPP permite encapsular datagramas
IP en enlaces punto a punto, bien
enlaces síncronos o bien enlaces
asíncronos (8 bits de datos, no bit
de paridad)
tipo
Además de la Tx de información
tenemos dos protocolos:
Datos
38-1492
Octetos
LCP que establece, configura y testea
un enlace de datos
Autentificación: PAP y CHAP
Relleno
CRC
STD, Jorge García Vidal
4
NCP que especifica el protocolo a
utilizar (ejemplo: IP, OSI, etc) y
algunas características del protocolo
(Compresión, dirección IP, etc)
STD, Jorge García Vidal
Ejemplo de negociación LCP
Trama PPP sobre HDLC
flag: 7e
A
1
addr: ff
Protocol
2
Datos
En enlaces asíncronos
se usa el byte 0x7d
como carácter de
escape. Cuando
se usa el carácter
de escape, se complementa el 6º bit
del siguiente carácter
LCP conf reject
id=7
MagicNumber
Prot.field.comp
0-1500
CRC
LCP conf ack
id = 8
MRU = 200
ACCM = 000000
ctrol field comp
2
flag: 7e
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Tema 1: Introducción
27
B
A
B
IPCP conf req
id=2
IP:0.0.0.0
IPCP conf nack
id=2
IP:192.168.1.3
IPCP conf req
id=7
IP:192.168.1.1
VJ comp
IPCP conf reject
id=7
VJ comp
IPCP conf req
id = 8
IP:192.168.1.1
IPCP conf ack
id = 8
IP:192.168.1.1
Tema 1: Introducción
28
Loopback
Ejemplo de negociación IPCP
STD, Jorge García Vidal
LCP conf ack
id=1
ACCM
LCP conf req
id = 8
MRU = 200
ACCM=000000
Ctrol field comp
STD, Jorge García Vidal
A
B
LCP conf req
id=7
MRU=200
ACCM=000000
MagicNumber
=a7c390b7
prot.field.comp
ctrol.field.comp
0021: IP
C021: LCP
8021: NCP
En enlaces síncronos
la transparencia se
consigue con bit
stuffing.
A
LCP conf req
id=1
ACCM=000000
cntrol: 03
Protocolo:
B
La mayor parte de implementaciones
de TCP/IP soportan un interface
loopback que permite la comunicación
entre un cliente y un servidor situados
en la misma máquina
Normalmente se asigna la dirección
IP 127.0.0.1 y el nombre localhost
(ver tema 2)
MTU
Para cada tecnología de red hay un
límite en el tamaño del campo de datos
que se puede transmitir. Esto define
la Unidad Máxima de Transmisión (MTU)
Cuando entre dos host hay más de
un tipo de red, se define la MTU del
trayecto (“path MTU”) como el mínimo
de las MTU de las redes situados en
el camino entre las dos máquinas.
STD, Jorge García Vidal