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Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
Tema 4 - Redes de computadores
Ricardo Fernández Pascual
Octubre de 2019
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
Octubre de 2019
1 / 48
Tema 4 - Redes de computadores
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
Octubre de 2019
2 / 48
La red Internet
Tema 4 - Redes de computadores
1
La red Internet
Componentes de Internet
Redes de acceso
El núcleo de la red
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
Octubre de 2019
3 / 48
Índice
La red Internet
Componentes de Internet
1
La red Internet
Componentes de Internet
Redes de acceso
El núcleo de la red
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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4 / 48
La red Internet
Componentes de internet
Componentes de Internet
Red móvil
Dispositivos
ISP Global
Conocidos como hosts o
sistemas finales
Ejecutan aplicaciones de
red
Red doméstica
ISP Regional
Enlaces de comunicación
Fibra, cobre, radio
Cada uno con un ancho de
banda determinado
Equipos de interconexión
Routers, conmutadores
Reenvío y procesado de
paquetes
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
Red Institucional
PC
servidor
portátil
teléfono
móvil
puntos de
acceso
enlaces
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router
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Sistemas finales
La red Internet
Componentes de Internet
Hosts:
Ejecutan aplicaciones de red:
Navegador web, servidor web,
email, bittorrent…
Están en los extremos de la red.
Distintos tipos:
Servidores
Ordenadores (sobremesa o
portátiles)
Teléfonos móviles
Sensores
peer-peer
cliente/servidor
Modelos de comunicación:
Cliente-Servidor: Navegadores y servidores
Web, clientes y servidores
de correo…
Peer to Peer (P2P): BitTorrent, Skype…
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Índice
La red Internet
Redes de acceso
1
La red Internet
Componentes de Internet
Redes de acceso
El núcleo de la red
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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7 / 48
Redes de acceso
La red Internet
Redes de acceso
Varios hosts están conectados
entre sí formando una red
local, la cual se conecta a
otras redes (Internet)
Tipos de redes de acceso:
Redes de acceso
residencial
Redes institucionales
Redes de acceso móvil
Consideraciones:
Cada red tiene distintas
características (ancho de
banda, latencia, QoS…)
Los routers se encargan de
conectar varias (sub)redes
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La red Internet
Redes de acceso
Redes de acceso residenciales
Acceso vía módem telefónico (obsoleto):
Hasta 56Kbps de ancho de banda (normalmente menos)
No se puede navegar y hablar por teléfono a la vez
DSL (digital subscriber line):
Normalmente desplegadas por las compañías telefónicas
aprovechando infraestructura previamente existente
Combinar datos y voz en la misma línea simultáneamente
ADSL: modalidad de DSL donde la velocidad de bajada y la de subida
no son simétricas:
HFC (híbrido de fibra y coaxial, DOCSIS):
La red de cable y fibra une el hogar al router del ISP
Asimétrico: más ancho de banda en el enlace descendente
En enlace hacia el router es compartido entre varios hogares
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La red Internet
Redes de acceso
Redes de acceso organizacional
Red de área local de una empresa u
organismo
Conocida como intranet
Al menos un router da salida a la red
Internet
Uso de tecnología Ethernet (IEEE 802.3):
10 Mbs, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps
Ethernet…
Configuración habitual:
Sistemas finales conectados entre sí
mediante commutadores
Se utilizan puntos de acceso para dar
cobertura inalámbrica IEEE 802.11
(WiFi)
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Índice
La red Internet
El núcleo de la red
1
La red Internet
Componentes de Internet
Redes de acceso
El núcleo de la red
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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La red Internet
Medios de transmisión
El núcleo de la red
Medios físicos que permiten la propagación de bits entre emisor y receptor.
Par trenzado:
Dos hilos de cobre dispuestos de forma helicoidal
cubiertos por un aislante de plástico
Frecuencias de hasta 250 MHz
Ampliamente utilizado en LANs Ethernet
Conector RJ-45
Cable coaxial:
Núcleo de cobre recubierto por un aislante envuelto a
su vez en un conductor externo
Frecuencias de hasta 900 MHz
Mayor velocidad de transmisión e inmunidad al ruido
que el par trenzado
Fibra óptica:
La presencia/ausencia de luz codifica un bit
Núcleo de fibra de vidrio (mayor densidad) y
revestimiento de cristal o plástico (menor densidad)
Alto ancho de banda (varios Gbps)
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La red Internet
Interconexión de routers
El núcleo de la red
Varias subredes se interconectan mediante
routers que se reenvían paquetes.
Un paquete deberá atravesar varias redes
distintas hasta llegar a su destino.
Dos formas de trabajar:
Conmutación de circuitos
Usado para llamadas telefónicas
Se establece un circuito por
conexión y se entregan los mensajes
en orden y con calidad de servicio
Conmutación de paquetes
Usado normalmente en redes de
computadores (por ejemplo, IP:
Internet Protocol)
Cada mensaje se divide en paquetes
y se encamina por separado.
La entrega puede ser fuera de orden
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Ejemplo de red
La red Internet
El núcleo de la red
Red Académica Española (RedIris)
Conecta universidades y otros centros de investigación
españoles.
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Protocolos y arquitecturas de red
Tema 4 - Redes de computadores
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
Protocolos de comunicación
Arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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15 / 48
Protocolos y arquitecturas de red
Índice
Protocolos de comunicación
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
Protocolos de comunicación
Arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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16 / 48
Protocolos y arquitecturas de red
Protocolos
Protocolos de comunicación
Los protocolos definen:
El formato
El orden de los mensajes enviados y recibidos entre entidades
Las acciones realizadas al enviar o recibir los mensajes
Analogía entre protocolos humanos y de red:
Hola
TCP connection
request
Hola
TCP connection
Response
¿Qué hora es?
Get http://www.awl.com/kurose-ross
2:00
<fichero>
tiempo
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Protocolos y arquitecturas de red
Arquitecturas de red
Índice
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
Protocolos de comunicación
Arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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18 / 48
Protocolos y arquitecturas de red
Arquitecturas de red
Arquitecturas de red
Las redes son complejas, con muchos componentes heterogéneos:
Hosts, routers, enlaces de distinto tipo, aplicaciones, protocolos, hardware,
software…
Es aconsejable estructurar las redes en capas:
Una estructura explícita permite identificar los componentes y sus
relaciones en sistemas complejos
La modularización facilita el mantenimiento y la actualización
En cambio en la implementación de un servicio en una capa es transparente
para el resto del sistema
Principios de la división en capas:
Cada capa realiza un conjunto de tareas relacionadas
Cada capa proporciona servicios a la capa superior (ocultando todos los
detalles de implementación) usando únicamente servicios de la capa inferior
Las entidades en la misma capa pero en distintos hosts reciben el nombre
de procesos pares
Los procesos pares dialogan mediante un protocolo
Al conjunto de capas (conjuntos de servicios) y protocolos usados en cada
capa se le denomina arquitectura de red (pila de protocolos)
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Protocolos y arquitecturas de red
Arquitecturas de red
Arquitectura de capas IP (Internet)
1
2
3
4
5
Aplicación:
Transferencia de archivos, email, web
Protocolos: FTP, HTTP, SMTP, POP3
Transporte:
Transferencia de información entre procesos.
Proporciona un mecanismo para distinguir distintas
aplicaciones dentro de una misma máquina a través del
concepto de puerto.
TCP: Orientado a conexión y fiable, garantiza datos
entregados sin errores y en el mismo orden al transmitido.
UDP: No orientado a conexión y no fiable, muy utilizado para
envío de audio y video en tiempo real.
Red:
Encaminamiento de paquetes desde el origen hacia el destino
Protocolo IP, algoritmos de encaminamiento
Enlace:
Transferencia de datos entre elementos conectados
directamente
PPP, Ethernet (IEEE 802.3), IEEE 802.11 (wifi), HDLC
Física:
Transmisión de bits sobre el medio
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Aplicación
Transporte
Red
Enlace
Física
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Direccionamiento en Internet
Tema 4 - Redes de computadores
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
Direccionamiento CIDR
Asignación de direcciones
Traducción de direcciones (NAT)
IPv6
Identificación de procesos: puertos
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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21 / 48
Direccionamiento en Internet
Fundamentos del direccionamiento IP (1)
Direccionamiento IP:
Cada interfaz de red tiene asignada una dirección IP de 32 bits
La dirección IP suele expresarse de forma más cómoda como 4
números entre 0 y 255 separados por puntos:
Las direcciones IP son únicas (a no ser que se use NAT):
Los routers suelen tener varias interfaces de red, por tanto
varias direcciones IP.
Los hosts suelen tener una sola.
La dirección IP se compone de dos partes::
Dirección de red (netid): primeros bits (¿cuántos?)
Dirección de host (hostid): resto de bits
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22 / 48
Direccionamiento en Internet
Fundamentos del direccionamiento IP (2)
Encaminamiento en IP:
Si dos hosts se encuentran en la misma red, pueden
comunicarse directamente
Se puede determinar si dos hosts se encuentran en la misma red
comparando el netid de sus direcciones IP
Si dos hosts no se encuentran en la misma red, el host origen
envía el paquete al router por defecto
El router por defecto actúa como nexo de unión con otras redes
Todos los equipos deben tener configurada la dirección IP del
router por defecto al que enviar los paquetes destinados a una
red diferente
La dirección IP del paquete es la del host destino
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23 / 48
Índice
Direccionamiento en Internet
Direccionamiento CIDR
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
Direccionamiento CIDR
Asignación de direcciones
Traducción de direcciones (NAT)
IPv6
Identificación de procesos: puertos
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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24 / 48
Direccionamiento en Internet
Direccionamiento CIDR
CIDR (Classless InterDomain Routing)
Esquema de direccionamiento IP actual, que permite un mayor
aprovechamiento del espacio de direcciones IP que esquemas anteriores
Cada dirección IP se expresa como a.b.c.d/x donde x es el número de
bits de la máscara de red
Todas las interfaces que pertenezcan a la misma red tendrán los
mismos x bits iniciales
Máscara de red (netid a 1 y hostid a 0)
Ejemplo: 155.54.12.219/20, es decir, la máscara de red es
255.255.240.0 (11111111.11111111.11110000.00000000)
Red 141.14.0.0/16:
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25 / 48
Índice
Direccionamiento en Internet
Asignación de direcciones
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
Direccionamiento CIDR
Asignación de direcciones
Traducción de direcciones (NAT)
IPv6
Identificación de procesos: puertos
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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26 / 48
Direccionamiento en Internet
Asignación de direcciones
Asignación de direcciones
La configuración de un host consta de tres valores principales:
Dirección IP del host
Máscara de subred (número de bits del prefijo de red)
Dirección IP de un router (router por defecto o gateway)
La especificación de estos valores puede realizarse mediante dos
alternativas:
Mediante configuración manual realizada por el administrador.
Mediante DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol):
Protocolo de configuración dinámica de hosts que automatiza la
asignación de los valores antes mencionados y otros parámetros
de TCP/IP desde un servidor DHCP
Evita tener que configurar TCP/IP manualmente en los clientes
El administrador puede especificar los parámetros de forma
centralizada
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Direccionamiento en Internet
Asignación de direcciones
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
Características de DHCP:
Se asignan direcciones con fecha de caducidad
Un host puede renovar la dirección y extender el plazo
Las direcciones liberadas pueden reasignarse a otros hosts
Ideal para dar soporte a usuarios móviles (inalámbricos)
Esquema general de DHCP:
1
Descubrimiento
2
Oferta
3
Solicitud
4
Confirmación
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28 / 48
Índice
Direccionamiento en Internet
Traducción de direcciones (NAT)
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
Direccionamiento CIDR
Asignación de direcciones
Traducción de direcciones (NAT)
IPv6
Identificación de procesos: puertos
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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29 / 48
Direccionamiento en Internet
Traducción de direcciones (NAT)
NAT (Network Address Translation) (1)
Motivación:
El rango de drecciones IP no es suficiente (232 ) para todos
En ocasiones, como en entornos domésticos, sólo se dispone de
una única dirección IP pública
Si queremos conectar más de un dispositivo (o un dispositivo con
varias interfaces) , necesitaremos más direcciones
Ciertos rangos de direcciones son privados y no se usan en
Internet:
1
10.0.0.0/8
2
172.16.0.0/12
3
192.168.0.0/16
Funcionamiento de NAT:
Los distintos hosts usan varias direcciones privadas
Para el mundo exterior, todas se traducen en una única IP
Se necesita un dispositivo que realice las conversiones
Los equipos en la red privada no son directamente accesibles
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Direccionamiento en Internet
Traducción de direcciones (NAT)
NAT (Network Address Translation) (2)
Ejemplo:
resto de
Internet
red local
(10.0.0/24)
10.0.0.1
10.0.0.4
10.0.0.2
138.76.29.7
10.0.0.3
Todos los paquetes que dejan
la red de área local tienen la
misma dirección de origen
138.76.29.7
Los paquetes con origen o
destino en esta red tienen
direcciones de la red
10.0.0.0/24
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31 / 48
Índice
Direccionamiento en Internet
IPv6
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
Direccionamiento CIDR
Asignación de direcciones
Traducción de direcciones (NAT)
IPv6
Identificación de procesos: puertos
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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32 / 48
IPv6
Direccionamiento en Internet
IPv6
La versión de IP actual tiene sus días contados, ya que no quedan
más bloques de direcciones IPv4 disponibles.
El nuevo IPv6 introduce las siguientes características:
Es capaz de manejar miles de millones de hosts, aun con
asignación de direcciones ineficiente (2128 direcciones).
Reduce el tamaño de las tablas de enrutamiento.
Simplifica el protocolo para permitir el procesamiento más
rápido de paquetes.
Proporciona mayor seguridad (soporta autenticación y
confidencialidad).
Presta más atención al tipo de servicio (QoS, tiempo real).
Posibilita que un host sea móvil sin cambiar su dirección.
Elimina la sobrecarga del NAT al haber direcciones
suficientes.
Coexistencia: IPv4 e IPv6 deberán coexistir durante años con el
fin de poder dar soporte a redes que tarden más en migrar.
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Octubre de 2019
33 / 48
Índice
Direccionamiento en Internet
Identificación de procesos: puertos
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
Direccionamiento CIDR
Asignación de direcciones
Traducción de direcciones (NAT)
IPv6
Identificación de procesos: puertos
4
Ejemplos de aplicaciones de red
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34 / 48
Puertos (1)
Direccionamiento en Internet
Identificación de procesos: puertos
Motivación:
En un mismo host puede haber distintas aplicaciones de red
ejecutándose
Un mismo servidor puede atender a varios clientes a la vez
Las direcciones IP de los equipos finales no son suficiente para
la comunicación entre procesos
En el nivel de transporte, cada proceso de un equipo queda
identificado mediante un número de puerto
Consecuentemente, cada conexión de transporte está
identificada por los siguientes 4 valores:
Dirección IP de origen
Dirección IP de destino
Puerto de origen
Puerto de destino
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Puertos (2)
Direccionamiento en Internet
Identificación de procesos: puertos
Ejemplo: Servidor Web que procesa múltiples conexiones a un mismo
puerto desde distintos hosts origen.
Proceso
80
9157
P1 Proceso2
Proceso1
Proceso
80
80
5775
9157
PO: 5775
PD: 80
IP-O: B
IP-D: C
PO: 9157
cliente
IP: A
PD: 80
IP-O: A
PO: 9157
servidor
IP: C
PD: 80
IP-O: B
cliente
IP:B
IP-D: C
IP-D: C
PO : Puerto Origen; PD: Puerto Destino; IP-O: IP Origen; IP-D: IP Destino
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36 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
Tema 4 - Redes de computadores
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
El Web
Correo electrónico
Acceso remoto
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
Octubre de 2019
37 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
Índice
El Web
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
El Web
Correo electrónico
Acceso remoto
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
Octubre de 2019
38 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
World Wide Web
El Web
Terminología:
Una página Web está formada por objetos
Un objeto puede ser una página HTML, una imagen JPG, un
applet Java, un archivo de audio…
Una página Web consiste en un fichero base HTML que incluye
referencias a otros objetos
Cada objeto está identificado por una URL (Uniform Resource
Locator).
Ejemplo de URL:
www.someschool.edu/someDept/pic.png
nombre del host
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trayectoria
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39 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
El Web
Protocolo HTTP (HyperText Transfer Protocol)
Protocolo utilizado para el Web
Sigue el modelo cliente-servidor:
Cliente: navegador que solicita, recibe y muestra objetos Web
Servidor: envía objetos en respuesta a solicitudes
Usa el protocolo TCP.
Habitualmente el servidor escucha en el puerto 80
Es un protocolo sin estado, no se recuerdan conexiones
HTTP
reque
st
HTTP re
Firefox
sponse
st
que
P re
HTT
nse
spo
P re
T
Servidor Web
T
H
Apache
Chrome
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40 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
Índice
Correo electrónico
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
El Web
Correo electrónico
Acceso remoto
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
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41 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
Correo electrónico
Correo electrónico
Tres componentes principales:
Agentes de usuario
Servidores de correo
Protocolos de transferencia de correo: SMTP, POP3, IMAP
Agentes de usuario
También conocidos como lectores de correo
Composición, edición, recuperación y envío de mensajes
Ejemplos: Thunderbird, Outlook, Pine, Mutt…
Los mensajes salientes o entrantes se almacenan en servidores
Servidores de correo
Los buzones de correo contienen los mensajes de los usuarios
Hay una cola de mensajes para los que tienen que ser enviados
Protocolo SMTP: Se utiliza para el envío de mensajes, tanto
desde los agentes como entre servidores
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42 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
Correo electrónico
Ejemplo: Alicia manda un mensaje a Berto
1
2
3
Alicia usa su agente para
redactar un mensaje para
[email protected]
El agente de Alicia envía el
mensaje a su servidor de
correo con SMTP
El mensaje queda encolado
para ser enviado
4
5
6
El servidor de Alicia envía el
mensaje mediante SMTP al
servidor de Berto
El servidor de Berto coloca el
mensaje en su buzón
Berto usa su agente para leer
el correo
cola de mensajes
salientes
buzón
1
agente
servidor
servidor
2
3
4
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
6
agente
5
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43 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
Índice
Acceso remoto
1
La red Internet
2
Protocolos y arquitecturas de red
3
Direccionamiento en Internet
4
Ejemplos de aplicaciones de red
El Web
Correo electrónico
Acceso remoto
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
Octubre de 2019
44 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
Acceso remoto
Acceso remoto
Actualmente, hay varias alternativas para acceder remotamente a un
computador:
Secure Shell (SSH):
Accede a sistemas Unix mediante una conexión cifrada.
Permite crear túneles para transportar de manera segura
cualquier otro protocolo.
Integración con X11 para acceso remoto gráfico seguro.
Virtual Network Computing (VNC):
Permite acceder remotamente a un escritorio gráfico (Unix,
Windows, OS X y otros).
Inseguro por sí solo, pero se puede usar con túneles SSH o SSL.
Remote Desktop Protocol (RDP):
Permite acceder remotamente a un escritorio gráfico Windows.
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45 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
Acceso remoto
Ejemplos de uso de SSH (1)
Conexión a un servidor:
ssh [email protected]
Ejecutar un comando en un servidor:
ssh [email protected] -- ls /bin
Conexión a un servidor, con X forwarding:
ssh -Y [email protected]
Copia de un fichero desde el ordenador local al servidor:
scp fichero.txt [email protected]:datos/dir
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
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46 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
Acceso remoto
Ejemplos de uso de SSH (2)
Transferencia de varios ficheros:
sftp [email protected]
Uso de comandos ls, get, put, lcd, !ls…
Conexión a un servidor, con X forwarding, y crear un túnel desde el puerto local
9999 y el puerto 8080 del servidor:
ssh -Y [email protected] -L9999:127.0.0.1:8080
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
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47 / 48
Ejemplos de aplicaciones de red
Ejemplo de uso de VNC
Acceso remoto
Existen numerosos clientes y servidores de VNC. Ejemplos:
TigerVNC, x11vnc, Remmina, Vino, Vinagre…
Algunos servidores permiten acceder a una sesión normal ya
iniciada (control remoto), otros permiten crear sesiones VNC
independientes (aunque el ordenador no tenga pantalla).
Ejemplo con x11vnc y TigerVNC, lanzando el servidor desde el equipo
cliente a través de ssh y accediendo también a través de un túnel ssh:
ssh -f [email protected] -- x11vnc -listen 127.0.0.1 -display :0
vncviewer 127.0.0.1:1 -via [email protected]
Sistemas Bioinformáticos (Bloque 1)
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48 / 48
Descargar