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Arquitectura de Redes Introducción Planificación y Administración de Redes Profra. María del Pilar Gómez Cárdenas 2023-2024 Componentes de una red Hosts Periféricos compartidos Dispositivos de interconexión Medios de red Componentes de una red Hosts Son dispositivos que envían y...

Arquitectura de Redes Introducción Planificación y Administración de Redes Profra. María del Pilar Gómez Cárdenas 2023-2024 Componentes de una red Hosts Periféricos compartidos Dispositivos de interconexión Medios de red Componentes de una red Hosts Son dispositivos que envían y reciben mensajes directamente a través de la red. También son llamados dispositivos finales.  Componentes de una red Periféricos compartidos No están conectados directamente a la red, sino a los hosts. Los hosts son quienes se encargan de compartir los recursos ofrecidos por ese periférico. Ejemplo: impresoras Nota: Algunos dispositivos pueden tener más de una función. Por ejemplo, una impresora puede funcionar como host si está conectada directamente o como periférico si está conectada a un host.  Componentes de red Dispositivos de interconexión (o intermediarios) Son componentes electrónicos que dirigen el tráfico a través de la red. Conectan los dispositivos finales individuales a la red. Pueden conectar múltiples redes individuales para formar una red interna. Proporcionan conectividad y garantizan el flujo de datos en toda la red Ejemplos: switches (conmutadores), routers alámbricos e inalámbricos (enrutadores), puentes (bridges), hubs (repetidor multipuerto), gateways. Componentes de una red Medios de red Es el canal por el que circulan los datos Las redes modernas utilizan principalmente tres tipos de medios para interconectar dispositivos 1. Hilos metálicos dentro de cables - Los datos se codifican en impulsos eléctricos. 2. Fibras de vidrio o plástico (cable de fibra óptica) - Los datos se codifican como pulsos de luz. 3. Transmisión inalámbrica - Los datos se codifican a través de la modulación de frecuencias específicas de ondas electromagnéticas. Redes cliente –servidor vs redes P2P Cuando hablamos de redes locales, hay dos formas de clasificarlas en función del papel tomado por los hosts: Redes cliente-servidor Redes peer to peer (P2P)  Redes cliente –servidor En estas redes los hosts pueden tener uno de dos papeles: cliente o servidor. El papel del host está determinado por el software que tenga instalado.  Redes cliente –servidor Servidores: Proporcionan algún tipo de servicio: páginas Web, correo electrónico, impresión, … Cada servicio requiere un software de servidor diferente. Por ejemplo: o Un servidor Web necesita tener instalado Apache En entornos pequeños un mismo host puede ofrecer varios servicios. Por ejemplo, un mismo ordenador puede ser servidor de páginas web, servidor de impresión y servidor de correo electrónico. En entornos corporativos es más habitual tener servidores dedicados que ofrecen un único servicio  Redes cliente – servidor Clientes El software instalado les permite consumir los servicios ofertados por el servidor. Por ejemplo, un explorador web como Chrome nos permite acceder a los servicios ofertados por un servidor web. Los hosts cliente tienen habitualmente software para diferentes servicios, pudiendo conectarse a varios servidores simultáneamente.  Redes P2P (peer to peer) En la red los hosts no se distinguen entre servidores y clientes. Es decir, actúan simultáneamente como clientes y servidores respecto a los demás nodos de la red. Las redes P2P permiten el intercambio directo de información, en cualquier formato, entre los ordenadores interconectados. En pequeñas empresas y hogares, muchas PC funcionan como servidores y clientes en la red. P2P Ventajas Fáciles de configurar Menos complejidad Menor costo ya que no requieren sistemas operativos específicos Son aptas para tareas simples, como compartir archivos o impresoras. Desventajas No hay una administración centralizada No son tan seguras como las redes cliente-servidor No son escalables Al poder funcionar todos los equipos como cliente y como servidor tienen un peor rendimiento. Diagrama de Topología física Debe reflejar la ubicación de los hosts, de los dispositivos de interconexión y también de los medios de red (cableado o inalámbrico). Diagrama deTopología física En los mapas de topología física se utilizan iconos para representar los dispositivos físicos reales.  Topología física Es muy importante para facilitar futuras tareas de instalación y resolución de problemas. Diagrama de topología lógica Agrupa los hosts según el uso que hacen de la red, independientemente de la ubicación física. En el mapa de topología lógica se pueden registrar los nombres de los hosts, las direcciones, la información de los grupos y las aplicaciones. Diagramas de topología lógica Los diagramas de topología lógica ilustran los dispositivos, los puertos y el esquema de direccionamiento de la red, como se muestra en la figura. Puede ver qué dispositivos finales están conectados a qué dispositivos intermediarios y qué medios se están utilizando. Tecnologías de acceso a internet ¿Cómo se conecta realmente a los usuarios y organizaciones a Internet?. Los usuarios domésticos, trabajadores remotos y las oficinas pequeñas generalmente requieren una conexión a un ISP (Proveedor de servicios de Internet) para acceder a Internet. Las opciones de conexión varían mucho entre los ISP y las ubicaciones geográficas. Las opciones más utilizadas incluyen banda ancha por cable, redes WAN inalámbricas y servicios móviles. Tecnologías de acceso a internet Las organizaciones generalmente necesitan acceso a otros sitios corporativos, así como a Internet. Para admitir servicios empresariales, como telefonía IP, videoconferencias y el almacenamiento en centros de datos, se requieren conexiones rápidas. Los SPs (proveedores de servicios) ofrecen interconexiones de clase empresarial. Los servicios de nivel empresarial más comunes son DSL empresarial, líneas arrendadas y red Metro Ethernet. Tecnologías de acceso a internet Interconexiones de clase empresarial Líneas arrendadas dedicadas –Son circuitos reservados dentro de la red del proveedor de servicios que conectan oficinas separadas geográficamente para redes privadas de voz y / o datos. Los circuitos se alquilan a una tasa mensual o anual. Es mucho más seguro que entrar con un VPN y el ancho de banda es sólo para el arrendatario. Metro Ethernet - Esto a veces se conoce como Ethernet WAN, extienden la tecnología de acceso LAN a la WAN creando una red metropolitana (velocidades desde 10 a 100 Gps). DSL empresarial - El servicio de DSL empresarial está disponible en diversos formatos. Una opción muy utilizada es la línea de suscriptor digital simétrica (SDSL), que es similar a la versión de DSL para el consumidor, pero proporciona las mismas velocidades de subida y descarga. Satelital - El servicio satelital puede proporcionar una conexión cuando una solución por cable no está disponible. Red convergente Las redes separadas de datos, telefonía y vídeo están convergiendo. A diferencia de las redes dedicadas, las redes convergentes pueden transmitir datos, voz y vídeo entre muchos tipos diferentes de dispositivos en la misma infraestructura de red y por el mismo canal. Esta infraestructura de red utiliza el mismo conjunto de reglas, acuerdos y estándares de implementación. Las redes de datos convergentes transportan servicios múltiples en una red. ¿Cómo viaja la información por internet? https://www.youtube.com/watch?v=rw41W8crZ_Y  Arquitectura de red El diseño de una red requiere de la resolución de muchos y complejos problemas como, por ejemplo: ¿qué ruta se ha de elegir cuando entre emisor y receptor existen varias posibles? ¿cómo identificar a un equipo dentro de la red? Si el medio de transmisión es compartido por varios equipos, ¿pueden transmitir todos a la vez? ¿esperan su turno? ¿Cómo se controlan los errores en una comunicación?, etc. Para simplificar esta complejidad, en una arquitectura de red, se estructuran las funciones y servicios de la red en niveles y capas, basándose en el modelo teórico OSI. Arquitectura de red Arquitectura de red: Conjunto organizado de capas y protocolos de una red que trabajan de forma conjunta para la transferencia de datos y para ofrecer servicios de forma segura y confiable. El modelo teórico en el que se basa la arquitectura es el Modelo OSI (Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos) Arquitectura. Características Cualquier arquitectura debe cumplir con 4 características: Tolerancia a fallos Escalabilidad Calidad de Servicio Seguridad Arquitectura. Características Tolerancia a fallos Es inevitable que haya fallos en la comunicación (interferencias, atenuación, …) El objetivo es minimizar su impacto y recuperarse rápidamente. Ejemplo: si se envía un paquete por un camino y no llega se envía por otro camino alternativo (redundancia). Arquitectura. Características Escalabilidad Calidad de servicio (QoS, Quality of Service) La red debe poder crecer sin afectar a su rendimiento. Asociado a nuevos servicios como streaming. En estos servicios la calidad está asociada a criterios de tiempo en lugar de a una recepción sin errores, lo que significa utilizar protocolos y servicios diferentes a los tradicionales.  Seguridad La generalizada utilización de redes ha hecho que la seguridad suponga un factor decisivo. Arquitectura. Características Hay campos, como el comercio o la banca online, donde la confidencialidad es un requisito imprescindible. Como sistema de seguridad se utilizan sistemas de encriptación de datos, marlware, firewalls, protocolos seguros, etc. Arquitectura. Diseño Cuando se diseña una arquitectura se debe resolver una serie de cuestiones: acceso al medio, control de flujo, direccionamiento, encaminamiento, fragmentación, control de errores y multiplexación. Acceso al medio En las redes multipunto o broadcast hay que regular el orden de conexión de los equipos para evitar colisiones.  Arquitectura. Diseño control de flujo No todos los hosts pueden operar a la misma velocidad. Emisor y receptor deben ponerse de acuerdo para enviar los datos a la velocidad del más lento. Un emisor rápido puede saturar un receptor lento. Arquitectura. Diseño Direccionamiento: Cada equipo debe tener una dirección que lo identifique de forma única en la red. Y no solo el equipo sino también la aplicación a la que va destinado el mensaje. Arquitectura. Diseño Encaminamiento Se debe saber el camino para alcanzar el ordenador destino. Además, hay que tener en cuenta factores como distancias, volúmenes de tráfico (congestión) o costes asociados a cada ruta. Arquitectura. Diseño Fragmentación Es habitual dividir los mensajes en fragmentos (paquetes) para enviarlos por la red. Los fragmentos pueden ir por diferentes caminos o llegar desordenados. El protocolo encargado del transporte debe ser capaz de reordenarlos. Arquitectura. Diseño Control de errores Puede haber muchos motivos de error: ruido externo, fallos en dispositivos, atenuación, congestión de la red, … Estos errores se deben solucionar de forma transparente para el usuario. Arquitectura. Diseño Multiplexación En redes que recorren largas distancias, el medio debe ser compartido por múltiples conexiones. https://www.youtube.com/watch?v=PG2M_ky8N0c Arquitectura. Diseño La arquitectura de red la podemos explicar en base a un modelo teórico (conceptual), como ya hemos dicho anteriormente. ¿Porqué un modelo conceptual? Pensemos que tenemos gran cantidad de dispositivos diferentes, diferentes medios de comunicación y diversas aplicaciones funcionando al mismo tiempo. Entonces, será necesario que se siga un mismo esquema para que no haya fallos en la comunicación. Precisamente, el modelo conceptual propone, caracteriza y estandariza la manera en la que los diferentes componentes de software y hardware involucrados en una comunicación de red deben dividir la mano de obra e interactuar entre sí para que el funcionamiento de la red sea exitosa. Fundamentalmente estandariza: La estructura Esquema normativo Capas o partes que definen las diferentes fases por las que deben pasar los datos.  OSI (Open Systems Interconnection) es un modelo EL MODELO DE de referencia (teórico) de una arquitectura de capas REFERENCIA OSI para redes de ordenadores propuesto por ISO como estándar de interconexión. EL MODELO DE REFERENCIA OSI Modelo de referencia OSI El modelo consta de 7 capas o niveles: Nivel físico Nivel de enlace de datos Nivel de red Nivel de transporte Nivel de sesión Nivel de presentación Nivel de aplicación El modelo de referencia OSI  Modelo OSI Nota: adaptado de Capas del modelo OSI, Sheldon, 2021, FS Community, https://community.fs.com/es/blog/tcpip-vs-osi-whats-the-difference-between-the-two-models.html Principios teóricos de OSI Para que dos computadoras se La función de cada capa se debe comuniquen, los protocolos elegir pensando en la definición utilizados en cada nivel del de protocolos emisor se deben duplicar en cada estandarizados internacionalmente. nivel del receptor. Funcionamiento Cada capa incluye un cierto número de protocolos, por lo que también se llama jerarquía de protocolos. Reglas: Cada nivel dispone de un conjunto de servicios Los servicios están definidos mediante protocolos Cada nivel se comunica únicamente con los niveles inmediatamente superior e inferior. Cada nivel proporciona servicios a su nivel superior. Protocolos. Ejemplo Prueba los inicios de sesión que ha hecho la capa de sesión con el comando Netstat -a Modelo TCP/IP La arquitectura TCP/IP es la más ampliamente utilizada para la interconexión de sistemas. Sin los protocolos TCP/IP, sería impensable navegar en Internet. Desarrollada por Vinton Cerf y Robert E. Kahn en 1970, los cuales también trabajaron sobre la red ARPANET (la primera red de intercambio de datos de área amplia o WAN que fue un encargo del Departamento de Defensa de los estados Unidos). El modelo asegura una conexión punto a punto y define como deben ser formateados, direccionados, transmitidos y enrutados los datos. Encapsulamiento La forma que adopta una sección de datos en cualquier capa se denomina Unidad de Datos del Protocolo (PDU). Los PDUs tienen diferentes nombres en función de la capa en que se encuentren: Niveles superiores: Datos Nivel de Transporte: Segmento Nivel de Red: Paquete Nivel de enlace de datos: Trama Capa física: Bits Encapsulamiento Los tres elementos que hay que direccionar son: Envío de datos al dispositivo final Envío de datos a través de la red Envío de datos a la aplicación correcta. Bibliografía Sheldon, 2021, Capas del modelo OSI (imagen). FS Community, https://community.fs.com/es/blog/tcpip-vs-osi-whats-the-difference- between-the-two-models.html