Redes y Protocolos - Capa de Enlace

Programación Concurrente y Distribuida

• El tema es la programación concurrente y distribuida, con foco en los sockets en Java.
• La presentación cubre la computación en sistemas distribuidos, con énfasis en los sockets en Java.
• El modelo arquitectónico TCP/IP es fundamental para la transmisión de datos en redes.
• Los protocolos TCP/IP (Protocolo de control de transmisión/Protocolo de Internet) proporcionan un marco conceptual para transmitir datos en redes.
• TCP/IP se ha convertido en el estándar para las comunicaciones en el mundo.
• TCP/IP se basa en el protocolo TCP (Protocolo de Control de Transmisión) y el protocolo IP (Protocolo de Internet) para construir una interconexión de redes (Internet).
• El objetivo de TCP/IP es proveer servicios de comunicación universales a través de redes heterogéneas.
• Internet consta de redes troncales (NSFNET en EE. UU., EBONE en Europa y redes comerciales), redes regionales (universidades) y redes locales (redes de campus universitarios).
• Los routers, switches, y gateways son claves en la interconexión de redes.
• Un conmutador o switch, funciona como un dispositivo de interconexión de redes que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI. Su función principal es interconectar segmentos de red similar a un puente.
• Los conmutadores pueden aprender direcciones MAC de los dispositivos en sus puertos
• Los routers (enrutadores) operan en la capa 3 y enrutan paquetes entre redes, seleccionando las mejores rutas de acceso y los tamaños de paquete óptimos; determinando si el paquete debe ir a una red local o remota via máscara de subred.
• Los Gateways (Pasarelas) conectan redes que utilizan diferentes protocolos (ej: TCP/IP, SNA, Netware, VoIP), desensamblando y reconfigurando tramas/paquetes según el protocolo de la red de destino.

Sockets en Java

• Los sockets son esenciales para la comunicación en red.
• Son enlaces entre aplicaciones, dentro del mismo dispositivo o a través de una red de comunicaciones.
• Los sockets definen un conjunto de dirección IP, protocolo de transporte y número de puerto para una conexión directa entre cliente y servidor.
• Esto crea la arquitectura cliente-servidor.
• Las funciones esenciales de los sockets son (send, recv, bind, listen, accept)

Modelo Cliente/Servidor

• Un servidor ofrece servicios a usuarios de Internet, mientras que un cliente los solicita.
• Una aplicación consiste de una parte servidor y una parte cliente, que pueden ejecutarse en el mismo o en diferentes sistemas.
• Los usuarios suelen invocar la parte cliente, que crea una solicitud y la envía al servidor.
• TCP/IP es el canal de comunicación usado.
• Normalmente, el servidor recibe la solicitud, procesa el servicio solicitado y envía una respuesta.
• Los servidores normalmente gestionan varias solicitudes y varios clientes simultáneamente.

Sockets TCP/IP

• Los servidores esperan solicitudes en un puerto conocido para que los clientes puedan dirigirse a ellas.
• Los clientes utilizan puertos arbitrarios (puertos efímeros) para comunicarse.
• Clientes que intentan conectarse a servidores con puertos no conocidos necesitan emplear un método alternativo como usar portmap.
• TCP, un protocolo de conexión punto a punto, no establece relaciones maestro - esclavo.
• Generalmente, las aplicaciones utilizan la arquitectura cliente/servidor para la comunicación.

Conceptos de Redes

(No hay cambios)

Protocolos TCP

• FTP: Protocolo de transferencia de archivos.
• SMTP: Protocolo simple de transferencia de correo.
• TCP: Protocolo de control de transporte; gestiona conexión entre emisor y receptor.
• UDP: Protocolo de datagrama de usuario. Transporte sin conexión.

Direcciones IP v4 y v6

• IPv4 usa 32 bits para el direccionamiento, pero sufre escasez de direcciones.
• IPv6 usa 128 bits para el direccionamiento, solucionando la escasez de direcciones de IPv4.
• Las direcciones IPv4 se dividen en redes y hosts para direccionamiento por clase (A, B, C, D).
• IPv6 tiene una estructura más compleja definiendo Global Routing Prefix (prefijo de enrutamiento global) como subnet ID e interface ID.
• DNS (Domain Name System) traduce nombres de dominio a direcciones IP.

Sockets

• Las funciones de socket más utilizadas son send() (enviar datos), recv() (recibir datos), bind() (asociar socket con dirección local y puerto), listen() (preparar socket para escuchar conexiones entrantes en un servidor), y accept() (aceptar conexiones entrantes y crear un nuevo socket).

Conexiones bloqueantes y no-bloqueantes

• Conexiones bloqueantes: el socket espera a que termine la operación, lo que puede ralentizar aplicaciones.
• Conexiones no bloqueantes: permiten que el programa siga funcionando mientras espera las respuestas, lo que mejora la reactividad de la aplicación.

Comparativa TCP/UDP

• TCP: Alta confiabilidad, orden de entrega garantizado, menor velocidad, mayor uso de recursos; ideal para archivos y correo electrónico.
• UDP: Baja confiabilidad, orden de entrega no garantizado, mayor velocidad, menor uso de recursos; ideal para streaming de audio/video.

Puertos

• IANA (Internet Assigned Numbers Authority) es responsable de asignar puertos.
• Puertos "bien conocidos" (well-known ports): números fijos para protocolos estándar (ej. de HTTP).
• Puertos "registrados": números asignados por organizaciones o fabricantes de software para sus aplicaciones.
• Puertos "dinámicos" o "ephemeral ports": números asignados dinámicamente para evitar conflictos.

Ciclos de vida de socket

• Las fases típicas en la comunicación cliente-servidor, son:
• Esperando la conexión: el servidor se mantiene en espera.
• Recepción de mensaje: el servidor recibe el mensaje del cliente.
• Respuesta del servidor: el servidor responde al cliente.
• Intercambio de mensajes: intercambio de múltiples mensajes.
• Cierre de conexión: el servidor termina la conexión una vez que el intercambio de mensajes ha culminado.

Este cuestionario evalúa conocimientos sobre la capa de enlace en redes, centrándose en dispositivos como switches, bridges y routers. Responde preguntas sobre la función de estos dispositivos y sus diferencias. Además, se examinan diferentes protocolos y su operación dentro de una red local.