Arquitectura de xarxes. Introducció

AS64822 ISP Nivell 4

Origen temps de temps de
ISP Nivell 2 AS64777
AS65110
AS64561
ISP Nivell 3
AS65109
ISP CDS ISP Nivell 3

P1 P2 P3 transmissió processament
AS65123
EX
ISP Nivell 1 ISP Nivell 2

Node 1 i cua
ISP Nivell 2
AS65107
AS65111

AS64701 ISP Nivell 1 ISP Nivell 1
AS65108
P1 P2 P3
Node 2
AS64617
AS65124
AS64710
ISP Nivell 2

P1 P2 P3
AS64699

temps de propagació
ISP Nivell 3
AS64600 ISP Nivell 2 AS64559

Destí

AS64520
ISP CDS
ISP Nivell 4 AS64552 ISP Nivell 4 AS64560
AS64516

AX.1 - Introducció
Arquitectura de xarxes

Ignasi Furió
EPS-UIB

Curs 2010/2011

Continguts

1 Objectius
2 Què és Internet?
3 Els extrems de la xarxa
4 El nucli de la xarxa
5 Retard, pèrdues i throughput a xarxes commutades
6 Capes de protocols i els models de servei
7 Història de les xarxes de computadors i Internet
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Continguts | Curs 2010/2011 | 2/83

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Objectius | Curs 2010/2011 | 3/83

Objectius del tema

Presentar els principals conceptes i terminologia referents a xarxes de
comunicacions.
Presentar els conceptes que es treballaran al llarg del curs.
Utilitzar Internet com exemple de xarxa de comunicacions.

,
AX.1 - Introducció | Objectius | Curs 2010/2011 | 4/83

Continguts

1 Objectius
Infraestructura
Serveis
Què és un protocol?
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Què és Internet? | Curs 2010/2011 | 5/83

Continguts

1 Objectius
Infraestructura
Serveis
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Què és Internet? | Infraestructura Curs 2010/2011 | 6/83

Internet: components físics

Internet és una xarxa de computadors que connecta mil.lions de dispositius per
tot el món.
mil.lions de dispositius connectats Mobile network
sistemes ﬁnals o hosts Global ISP
executen aplicacions de xarxa
enllaços de comunicació
ﬁbres òptiques, cables, ràdio, satèl.lit
Home network
taxa de transmissió, amplada de
banda Regional ISP
encaminadors/commutadors
reenvien paquets (conjunts de dades)
Institutional network

,

Internet: components virtuals

Protocols: Internet: una xarxa de xarxes
exemples: TCP, IP, HTTP,
Estructura poc jeràrquica
...
Pública en front de les intranets
Estàndards d’Internet privades
RFC:Request for comments
IETF:Internet Engineering

AS65110
AS64561
ISP Nivell 3
Task Force ISP CDS
AS65109
ISP Nivell 3

IEEE 802 LAN/MAN
AS65123
EX

Standards Committee ISP Nivell 1 ISP Nivell 2
ISP Nivell 2
AS65107
AS65111

AS65108
AS64617
AS65124
AS64710
ISP Nivell 2
AS64699
ISP Nivell 3

AS64520
ISP CDS
AS64516

,

Continguts

1 Objectius
Infraestructura
Serveis
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Què és Internet? | Serveis Curs 2010/2011 | 9/83

Internet: serveis

Internet és una estructura de comunicació que permet l’existència
d’aplicacions distribuïdes
Web, VoIP, e-mail, e-comerce, . . .
Totes les aplicacions s’executen sobre els sistemes finals, els encaminadors
o commutadors no tenen cap relació amb les aplicacions que proporcionen
o sol.liciten les dades.
Internet proporciona serveis de comunicació a les aplicacions a través d’una
API (Application Programming Interface)
Entrega fiable de dades des de font a destí
Entrega de dades de millor esforç (no fiable)

Problema
Descriu el servei de correus: Quins serveis proporciona? Quina interfície
presenta als usuaris?

,
AX.1 - Introducció | Què és Internet? | Serveis Curs 2010/2011 | 10/83

Continguts

1 Objectius
Infraestructura
Serveis
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Què és Internet? | Què és un protocol? Curs 2010/2011 | 11/83


Protocols humans: Protocols de xarxa:
Quina hora és?
Establerts entre màquines
Teniu algun dubte?
Tota comunicació a Internet està
Presentacions governada per protocols.
...
Un protocol . . .
1. S’envia un missatge especíﬁc
. . . deﬁneix el format i l’ordre dels missatges
2. S’emprenen accions en rebre
enviats i rebuts entre dues o més entitats
un missatge o en produir-se
comunicants, així com les accions empreses
altres esdeveniments
a la recepció o transmissió de missatges i
altres esdeveniments.

AX.1 - Introducció | Què és Internet? | Què és un protocol? Curs 2010/2011 | 12/83

Continguts

1 Objectius
Sistemes ﬁnals, clients i servidors
Xarxes d’accés
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Els extrems de la xarxa | Curs 2010/2011 | 13/83

Continguts

1 Objectius
Xarxes d’accés
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Els extrems de la xarxa | Sistemes ﬁnals, clients i servidors Curs 2010/2011 | 14/83

Sistemes ﬁnals

Els sistemes ﬁnals (o hosts) són tots aquells dispositius connectats a
Internet (o a qualsevol altra xarxa de comunicacions)
Ordinadors de sobretaula (PCs, MACs, Linux, . . . )
Servidors (correu electrònic, web, . . . )
Dispositius mòbils: telèfons, PDAs, portàtils
Altres dispositius: torradores amb previsió meteorològica, geleres, . . .

,

Programes client i servidor

La majoria d’aplicacions distribuïdes que s’utilitzen sobre Internet adopten la
forma de funcionament client-servidor
Un programa client (sobre un determinat sistema ﬁnal) sol.licita i rep els
serveis proporcionats per un programa servidor (que s’executa sobre un
altre sistema ﬁnal).
Els serveis es sol.liciten, reben i proporcionen a través de l’intercanvi de
missatges entre els hosts
En aquest cas, la xarxa (encaminadors, enllaços, . . . ) és una caixa negra
que transfereix el missatges d’una màquina a l’altra.

Internet

Peticions
Client Servidor
Respostes

,

Programes P2P (Peer-to-peer)

Les aplicacions parell a parell (P2P, peer-to-peer) són aquelles on les dues
màquines actuen tant de client o servidor.
BitTorrent o eMule:
Una màquina actua de client quan sol.licita un ﬁtxer
i com a servidor quan l’envia a un altre parell.
Telefonia sobre Internet:
Els dos comunicants actuen d’emissor i receptor

host

host

host

host
host
host

,

Continguts

1 Objectius
Xarxes d’accés
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Els extrems de la xarxa | Xarxes d’accés Curs 2010/2011 | 18/83

Xarxes d’accés

La xarxa d’accés està formada per aquells enllaços que connecten el sistema
final amb el primer encaminador en el camí a qualsevol sistema distant.
La majoria de xarxes d’accés utilitzen part de la infraestructura de la xarxa
telefònica local.
Des de cada casa existeix un parell trenat de fils de coure fins a la oficina
central (CO).
Algunes de les tecnologies d’accés típiques són:
Marcat via mòdem (Dial-Up)
DSL (Digital Subscriber Line)
Fibra òptica
Ethernet
WiFi

,
AX.1 - Introducció | Els extrems de la xarxa | Xarxes d’accés Curs 2010/2011 | 19/83

Continguts

1 Objectius
Commutació de circuits i commutació de paquets
Com arriben els paquets al destí?
Proveïdors de serveis i troncals d’Internet
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | El nucli de la xarxa | Curs 2010/2011 | 20/83

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | El nucli de la xarxa | Commutació de circuits i commutació de paquets Curs 2010/2011 | 21/83


El nucli de la xarxa és com s’anomena al conjunt de commutadors i enllaços que
interconnecten els sistemes finals d’Internet
Com es transfereix la informació?
Commutació de circuits Els recursos necessaris per a tota la ruta (circuit:
buffers, drets de transmissió) es reserven per a cada sessió. Exemple:
xarxa telefònica.
Commutació de paquets La informació flueix en paquets que es tracten
individualment i d’acord a les condicions del moment (millor esforç).
Exemple: Internet.
No sempre és possible etiquetar a les xarxes de telecomunicacions com a
commutació de circuits pura o commutació de paquets pura.

,

Tipus de commutació

Xarxes
commutades

Commutació Commutació Commutació
de circuits de paquets de missatges

Xarxes de Xarxes de
datagrames circuits virtuals

Commutació de circuits Commutació de paquets/missatges


Commutació de circuits

Fases de la commutació de circuits:
1. Establir la connexió extrem a extrem (reservar recursos)
2. Transferir la informació
3. Tancar la connexió (alliberar els recursos)
La capacitat d’un enllaç es comparteix entre diferents connexions mitjançant la
multiplexació en temps (TDM) o freqüència (FDM)
f f

FDM 4 usuaris t TDM 4 usuaris t

,

Commutació de paquets

Les aplicacions distribuïdes, per funcionar, intercanvien missatges que
contenen comandes o dades.
Les xarxes actuals divideixen aquests missatges en fragments anomenats
paquets.
Els paquets viatgen de l’origen al destí a través d’enllaços i commutadors
de paquets (on predominen els encaminadors i els commutadors de nivell
d’enllaç).
Els paquets es transmeten sobre l’enllaç de sortida a la seva màxima
velocitat de transmissió.

,


Xarxes de datagrames
Tipus de servei: No orientat a connexió.

Host Host

Tots els paquets
són independents.
Poden seguir
Fases: rutes diferents i
1 - Enviar paquets arribar desordenats

,


Xarxes de circuits virtuals
Tipus de servei: Orientat a connexió.

Host Host

Fases:
1 - Establir connexió Tots els paquets
2 - Transferir paquets segueixen la mateixa
3 - Alliberar connexió ruta i arriben ordenats

,


La majoria de commutadors utilitzen la transmissió guarda i reenvia
(store-and-fordward).
El commutador ha de rebre tot el paquet abans de poder iniciar la seva
retransmissió.
Cada paquet s’ha de retransmetre a cada commutador (retard de
transmissió)
Cada commutador disposa de més d’un enllaç, per tant els paquets es
disposaran en una cua de sortida.
Retard de cua.

Node 1 i cua
P1 P2 P3
Node 2
P1 P2 P3
Destí

,

Commutació de paquets versus commutació de circuits

Inconvenients de la commutació de paquets
No és vàlida per a serveis en temps real (telèfon, vídeo conferència) ja que
presenta retards variables i impredibles (deguts bàsicament als retards de
cua) i ﬁns i tot pèrdues de paquets.
La demanda agregada pot superar els recursos disponibles.

Avantatges de la commutació de paquets
1. millor compartició de l’amplada de banda
2. sistema més senzill, eﬁcient i menys costós d’implementar

,

Exemples pro commutació de paquets

Exemple I
Línia d’1 Mbps compartida entre diferents usuaris (35) que transmeten a una
taxa constant de 100 Kbps però sols estan actius el 10% del temps.
Probabilitat d’11 usuaris actius simultanis: 0.04%
Probabilitat de 10 o menys usuaris simultanis: 99.96%
Quin sistema de commutació dóna servei a més usuaris?

Exemple II
Línia d’1 Mbps compartida entre diferents usuaris (10) on un d’ells genera, de
cop, mil paquets de 1000 bits, mentre que els altres no generen dades.
Quin temps cal per transmetre les dades amb commutació de circuits?
Quin temps cal per transmetre les dades amb commutació de paquets?

,

Multiplexat estadístic

En una xarxa de commutació de paquets els ﬂuxos de paquets no són
constants i els recursos (amplada de banda) s’assignen a mesura que són
necessaris, és el que s’anomena multiplexat estadístic.
Una xarxa de commutació de paquets permet donar servei a un major
nombre d’usuaris que un de commutació de circuits.

,

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | El nucli de la xarxa | Com arriben els paquets al destí? Curs 2010/2011 | 32/83


Com actua un encaminador en rebre un paquet?
1. Extreu l’adreça de destí que conté cada paquet.
2. Consulta la taula d’enviament per decidir la interfície de sortida del paquet.
3. Reenvia el paquet per la interfície de sortida.
Com es construeixen les taules d’enviament?
De forma manual o mitjançant els protocols d’encaminament
Què fa un protocol d’encaminament?
Permet que els encaminadors intercanviïn informació entre ells a partir de la
qual . . .
. . . els encaminadors decidiran quines són les rutes òptimes per arribar a
qualsevol destí i . . .
. . . construiran la taula d’enviament que relaciona els destins i les interfícies
de sortida.

,

Com funciona un encaminador?

Encaminador
Taula
d’encaminament

actualització
de ruta

Processament
de rutes

actualització
de ruta

Intercanvi Intercanvi
de rutes Taula de rutes
amb veïnats d’enviament amb veïnats

cerca adreça
destí

paquets Enviament paquets
d’entrada de paquets de sortida

,

Exemple de xarxa IP

150.100.12.154 150.100.12.176
H1 H2
150.100.12.128

150.100.12.129 150.100.12.24 150.100.12.76
150.100.0.1
R1 H3 H4
Cap a Internet
150.100.12.4

150.100.12.0
150.100.15.154 150.100.12.1

H5 R2

150.100.15.54

150.100.15.0

,

Taules d’encaminament (enviament)

Taula d’encaminament d’R2
Destí Màscara Següent bot Flags Interfície
127.0.0.1 255.0.0.0 127.0.0.1 H lo0
150.100.15.0 255.255.255.0 150.100.15.54 emd1
150.100.12.0 255.255.255.0 150.100.12.1 emd0
per defecte 150.100.12.4 G emd0

Problema
Calcula les taules d’enviament dels altres dispositius de la xarxa.

,

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | El nucli de la xarxa | Proveïdors de serveis i troncals d’Internet Curs 2010/2011 | 37/83

Estructura d’Internet

Internet és una xarxa de xarxes

AS65110
AS64561
ISP Nivell 3
AS65109
ISP CDS ISP Nivell 3
AS65123
EX
ISP Nivell 2
AS65107
AS65111

AS65108
AS64617
AS65124
AS64710
ISP Nivell 2
AS64699
ISP Nivell 3

AS64520
ISP CDS
AS64516

,

Estructura d’Internet

Els sistemes finals es connecten a Internet a través d’un proveïdor de
serveis d’Internet (ISP).
Existeixen diferents nivells d’ISP que es proporcionen serveis entre sí a
través dels Punts de Presència (POP).
Els ISP de nivell 1 formen la troncal d’Internet.
Estan directament connectats a tots els altres ISP de nivell 1.
Estan connectats a molts ISP de nivell 2 i altres xarxes de client.
Proporcionen cobertura internacional.
Els proveïdors de nivells inferiors poden establir enllaços parells amb
proveïdors del mateix nivell.
Els punts d’intercanvi d’Internet (EX a la figura) són punts neutrals que
s’utilitzen per l’intercanvi de tràfic entre ISPs.
Els servidors de continguts (CDS - content delivery service) són un tipus
especial d’ISP com Google o Yahoo!.

,

Continguts

1 Objectius
Tipus de retards
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Retard, pèrdues i throughput a xarxes commutades | Curs 2010/2011 | 40/83

Continguts

1 Objectius
Tipus de retards
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Retard, pèrdues i throughput a xarxes commutades | Tipus de retards Curs 2010/2011 | 41/83

Retards

Un paquet viatja des d’un node origen ﬁns al seu destí passant per diversos
encaminadors i patint diferents tipus de retards durant el camí. Els principals
són:
Retard de processament Temps per avaluar la capçalera i decidir la interfície de
sortida.
Retard de cua Temps que espera a la cua de sortida.
Retard de transmissió Temps de posar tots els bits del paquet sobre la línia.
Depèn de la taxa de transmissió de l’enllaç (R bps) i la longitud del
paquet (L bits).
Retard de propagació Temps necessari perquè els bits arribin a l’altre extrem de
l’enllaç. Depèn de la distància entre nodes (d m) i la velocitat de
propagació del senyal (Vp m/s).
rnodal = rproc + rcua + rtrans + rprop

,

Retard de cua i pèrdues de paquets

El retard de cua és més difícil de mesurar, ja que pot variar molt d’un paquet a
l’altre. Depèn fonamentalment de dos factors:
1. La taxa de transmissió de l’enllaç i
2. si el tràfic d’arribada és periòdic o a ràfegues.

Taxa d’entrada de bits La
Intensitat de tràfic = =
Taxa de transmissió R

Mitjana retard de cua
Si la intensitat de tràfic és baixa no apareix
retard de cua. A mesura que augmenta la
intensitat de tràfic el retard de cua
augmenta i pot arribar a provocar pèrdues
de paquets.
La/R 1

,

Retard extrem a extrem

El retard extrem a extrem es deﬁneix com el temps que transcorre des de que el
primer bit d’un paquet surt del node origen ﬁns que el darrer bit del paquet
arriba al node destí.
Node 1 i cua
P1 P2 P3
Node 2
P1 P2 P3
Destí

rext−ext = N(rproc + rcua + rtrans + rprop )
traceroute
Visitau http://www.traceroute.org o descarregau PingPlotter

Problema:
Retard per commutació de circuits, missatges i circuits virtuals.
,

Throughput

El throughput mesura la taxa d’arribada d’informació (efectiva) a través d’un
enllaç o xarxa. Pot mesurar-se de forma instantània o en mitjana, individual
(per un enllaç) o agregada (per a tota la xarxa).
R1 R2 R3 Rn
Servidor Client

Servidor Client

Servidor Client
. .
. .
. .

Servidor Client

,

Continguts

1 Objectius
Arquitectura per capes
Missatges, segments, datagrames i trames
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Capes de protocols i els models de servei | Curs 2010/2011 | 46/83

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Capes de protocols i els models de servei | Arquitectura per capes Curs 2010/2011 | 47/83

Exemple funcionament per capes

Com viatjam en avió?

Bitllet Comprar Reclamar

Equipatge Entregar Recollir

Portes Embarcar Desembarcar

Pista Enlairament Aterratge

Aire Encaminament Encaminament Encaminament Encaminament

Areoport sortida Centres de control intermedis Areoport arribada

,

Funcionament per capes

Cada nivell, combinat amb les capes inferiors, implementa alguna funcionalitat,
algun servei.
Bitllet Transport de persones
Equipatge Transport de persones i equipatges
...
Cada capa proporciona el servei a través de:
1. la realització d’algunes accions dins la pròpia capa i
2. utilitzant els serveis de la capa immediatament inferior.

,

Avantatges d’una arquitectura per capes

L’estructuració modular per capes ofereix una sèrie d’avantatges com són:
Divideix un sistema gran i complex en parts ben definides i específiques.
Simplifica la implementació del funcionament (serveis proporcionats) de
cada part (capa).
Permet modificar la implementació del funcionament (servei) de cada part
(capa) sense que la resta del sistema es vegi afectada.
Si continua oferint el mateix servei a la capa superior, i
si continua usant el mateix servei de la capa inferior.

Alerta!
Modificar la implementació d’un servei no és el mateix que modificar el servei!

,

Capes de protocols

Els protocols de xarxa s’organitzen en capes. Cada protocol pertany a una capa
de la pila de protocols.
Cada capa ofereix serveis a la capa superior d’acord a un model de servei.
servei ﬁable de transferència de datagrames
servei d’entrega de millor esforç
servei orientat a connexió
...

Inconvenients
Pot ser que algunes funcionalitats apareguin repetides en diferents capes.
En alguns models les capes no estan ben separades.

,

Piles de protocols

Model de referència OSI Pila de protocols TCP/IP

Capa 7 Aplicació

Capa 6 Presentació Aplicació

Capa 5 Sessió

Capa 4 Transport Transport

Capa 3 Xarxa Xarxa (IP)

Capa 2 Enllaç de dades Interfície de xarxa

Capa 1 Física

,

Piles de protocols

Multimèdia Interfície
Aplicacions ping WEB E-MAIL (VoIP, video)
nslookup línia comandes
encaminador

Protocols de
HTTP SMTP DNS BGP RIP
capa d’a-
RTP
plicació

Protocols de
capa de TCP UDP
transport

Protocols de ICMP OSPF
capa de xarxa IP

Interfície
Xarxa de xarxa

,

Piles de protocols

Capa d’Aplicació Hi resideixen els protocols que definieixen la majoria
d’aplicacions d’Internet, però també altres utilitats (DNS, RIP) no tant
conegudes. Les dades que intercanvien les entitats de capa d’aplicació són
els missatges.
Capa de transport Transporten els missatges d’aplicació entre els processos de
les entitats extremes.
TCP Servei orientat a connexió. Entrega garantida, control de
flux entre extrems, control de congestió.
UDP Servei no orientat a connexió.
Les unitats de dades s’anomenen segments. En xarxes TCP/IP, la
interfície per accedir a la capa de transport s’anomena socket i s’identifica
a través d’un nombre de port de protocol.

,

Piles de protocols

Capa de xarxa És la responsable d’entregar els paquets d’una màquina a una
altra a través de la xarxa. Ho fa a través d’un sistema d’adreçament
jeràrquic i el coneixement adquirit a través dels protocols
d’encaminament. També és la capa responsable de resoldre els problemes
de congestió. En el cas del protocol IP els paquets s’anomenen
datagrames.
IP Defineix els format dels datagrames i com han d’actuar els
sistemes finals i encaminadors sobre ells. Tots els
components d’Internet amb capa de xarxa disposen del
protocol IP.
ICMP Defineix els missatges d’avís i error que s’intercanvien els
elements de la xarxa.

,

Piles de protocols

Capa d’enllaç de dades És la responsable d’entregar un paquet de capa de
xarxa d’un node al següent de la ruta. Els serveis que ofereix a la capa de
xarxa depenen del tipus de protocol d’enllaç de dades que s’utilitzi a cada
enllaç (Ethernet, WiFi, HDLC, PPP). Les unitats de dades s’anomenen
trames. Dins les trames s’introdueix informació per realitzar control
d’errors i control de flux. Aquesta capa també el sistema de control
d’accés al medi que s’usarà en xarxes d’àrea local.
Capa física S’encarrega de transportar, de forma individual, els bits que formen
una trama. La forma en que ho faci depèn del medi de transmissió de
l’enllaç (parell trenat, coaxial, fibra òptica). En aquesta capa es defineixen
paràmetres del tipus nivells de tensió, durada dels senyals, tipus de
connectors, etc.

,

Model de referència OSI de la ISO

La Organització Internacional per a l’Estandardització (ISO) proposà a final dels
1970 el model anomenat d’Interconnexió de sistemes oberts (OSI), estructurat
en set capes. Afegeix les capes de presentació i sessió entre les d’aplicació i
transport del model TCP/IP.
Capa de presentació Proporciona serveis a les aplicacions que els permeten
interpretar el significat de les dades intercanviades (compressió,
encriptació i descripció de dades).
Capa de sessió Proporciona mecanismes per delimitar i sincronitzar els
intercanvis de dades, inclosos elements per definir punts de control o de
recuperació.

,

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Capes de protocols i els models de servei | Missatges, segments, datagrames i trames Curs 2010/2011 | 58/83

Funcionament per capes d’una xarxa

Origen Destí

Missatge M Aplicació Aplicació

Segment Ht M Transport Encaminador Transport

Datagrama Hn Ht M Xarxa Xarxa Commutador Xarxa

Trama Hl Hn Ht M Enllaç Enllaç Enllaç Enllaç

Bits Física Física Física Física

Host Host

,

Encapsulació

La capa d’aplicació genera un missatge que es transfereix a la capa de
transport. Aquesta hi afegeix una capçalera i genera un segment que s’entrega
a la capa de xarxa. I així successivament, cada capa afegix una capçalera pròpia
a les dades rebudes de la capa superior.
Cada unitat de dades que s’intercanvien dues entitats del mateix nivell està
formada per una capçalera i un camp de payload (càrrega de pagament) format
habitualment per les dades rebudes de la capa superior.
Origen Destí

M M

Hs M Hs M

Hd Hs M Hd Hs M

Ht Hd Hs M Ht Hd Hs M
bits
,

Funcionament per capes d’una xarxa

Entitat Entitat
capa Interfície parell capa
n+1 n+1

n-SAP
Interfície servei

n-SDU n-PDU

n-SDU H
Entitat Entitat
capa n capa n
H n-SDU

SAP=Service Acces Point
PDU=Protocol Data Unit
SDU=Service Data Unit

,

Exemple PDU: Datagrama

0 4 8 16 19 31
Versió L. Cap. Tipus Servei Longitud Total

Identiﬁcació Flags Desp. Fragment

Temps de vida Protocol Checksum Capçalera

Adreça IP Origen

Adreça IP Destí

Opcions (si n’hi ha)
padding

Dades

,

Exemple PDU: Segment TCP

0 4 10 16 24 31
Port Origen Port Destí

Nombre seqüència

Nombre reconeixement
U A P R S F
L. Cap Reservat R C S S Y I Mida ﬁnestra
G K H T N N

Checksum Punter Urgent

Opcions (si n’hi ha)
padding

Dades

,

Exemple PDU: Datagrama UDP

0 4 10 16 24 31
Port Origen Port Destí

Longitud Checksum

Dades

,

Continguts

1 Objectius
Desenvolupament commutació de paquets: 1961-1972
Xarxes propietàries i internetworking: 1972-1980
Una proliferació de xarxes: 1980-1990
L’explosió d’Internet: els 1990s
Desenvolupaments recents
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Història de les xarxes de computadors i Internet | Curs 2010/2011 | 65/83

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Història de les xarxes de computadors i Internet | Desenvolupament commutació de paquets: 1961-1972 Curs 2010/2011 | 66/83

1961-1972 I

A començaments dels anys 1960 les xarxes telefòniques commutades dominaven
la xarxa de comunicacions mundial. Es basaven en la commutació de circuits ja
que permet una taxa de transmissió constant del missatge de veu entre emissor
i receptor.
En aquesta època, degut a que els ordinadors comencen a adquirir importància
que poden treballar en temps compartit es planteja la possibilitat de
compartir-los amb usuaris geogràﬁcament distribuïts.
En aquest cas, el tràﬁc d’informació seria a ràfegues: intervals d’activitat
(enviar o rebre informació) seguits de períodes d’inactivitat (esperes de resposta
o anàlisi de resultats).

,

1961-1972 II

Es comença a investigar en la commutació de paquets com alternativa eﬁcient i
robusta a la commutació de circuits.
Però també es comença a construir ARPAnet, una xarxa ﬁnançada per
l’Advanced Research Project Agency (ARPA) interessada en poder connectar els
ordinadors dels seus centres de recerca per compartir informació i, així, reduir
costs i esforços.
ARPAnet és una xarxa on cada ordinador estaria connectat a un computador
especialitzat, l’Interface Message Processor (IMP). Els diferents IMP es
connectarien entre sí i farien les transferències entre ordinadors.
El 1972 ARPANET ja té 15 nodes i el primer protocol host-to-host anomenat
Network Control Protocol (NCP).

,

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Història de les xarxes de computadors i Internet | Xarxes propietàries i internetworking: 1972-1980 Curs 2010/2011 | 69/83

1972-1980 I

A començaments i mitjans 1970, existeixen altres xarxes de commutació de
paquets, a més d’ARPAnet:
ALOHANet, una xarxa de microones per enllaçar les universitats de Hawai;
DARPA, una xarxa de paquets per satèl.lit i xarxes de paquets via ràdio.
Telenet, una xarxa comercial de commutació de paquets basada en
tecnologia ARPAnet.
La xarxa francesa Cyclades.
Xarxes de temps compartit com Tymnet o GE Information Services.
SNA d’IBM.

,

1972-1980 II

El 1972 Vint Cerf i Bob Kahn desenvolupen un projecte d’interconnexió de
xarxes (internetworking) amb un protocol de control de transmissió (TCP) que
inclou conceptes com encapsulament, datagrama i les funcions d’una passarel.la
(gateway).
Poc després es divideix el protocol TCP en dos: TCP/IP i s’afegeix UDP
Transmissión Control Protocol (TCP) responsable de funcions d’alt nivell com
la segmentació, re-agrupament i control d’errors.
Internetworking Protocol (IP) responsable de l’encaminament dels datagrames.
User Datagram Protocol (UDP) proporciona un servei de transport extrem a
extrem no ﬁable i sense control de ﬂux.

,

1972-1980 III

Simultàniament al projecte DARPA relatiu a Internet es desenvoluparen altres
projectes de xarxes interessants:
ALOHAnet la xarxa per comunicar entre sí els diferents campus de les illes
Hawai. El protocol ALOHA és el primer protocol d’accés múltiple, és a dir
permet que diferents usuaris comparteixin un mateix medi de transmissió
(ràdiofreqüència).
Ethernet un altre protocol accés al medi, en aquest cas per xarxes de difusió via
cable. La intenció era desenvolupar xarxes amb diferents PCs, impressores
i discs compartits. La proliferació d’aquestes xarxes individuals feu més
interessant l’existència de sistemes d’interconnexió de xarxes.

,

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Història de les xarxes de computadors i Internet | Una proliferació de xarxes: 1980-1990 Curs 2010/2011 | 73/83

1980-1990 I

A finals dels 1970 uns 200 hosts estaven connectats a ARPAnet i a finals dels
1980 un centenar de milers estaven connectats a l’Internet. Un increment degut
a:
BITNET una xarxa que proporcionava correu electrònic i transferència de
fitxers entre universitats.
CSNET una xarxa de recerca per universitats sense accés a ARPAnet.
NSFNET una troncal per accedir als recursos de supercomputació de l’NFS.
S’inicià amb línies de 56 kbps i arribà a 1.5 Mbps a finals de la dècada.

,

1980-1990 II

L’1 de gener de 1983 s’implantà oﬁcialment el nou protocol TCP/IP a
ARPAnet, en substitució del protocol NCP.
A ﬁnals dels 1980 s’afegiren altres aspectes a TCP com:
implementar el control de congestió basat en host o
el protocol DNS (Domain Name System) que relaciona noms humanament
llegibles amb les corresponents adreces IP de 32 bits.

,

1980-1990 III

A França i a començaments dels 80 es desenvolupà el projecte Minitel format
per
una xarxa pública commutada basada en la família de protocols X-25,
servidors Minitel i
terminals barats amb mòdem incorporat.
A mitjans 1990 existien més de 20000 serveis entre públics (llistí telefònic) o
privats (banca domèstica, bases de dades de recerca). Un 20% de la població
francesa usava Minitel molt abans de l’esclat d’Internet.

,

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Història de les xarxes de computadors i Internet | L’explosió d’Internet: els 1990s Curs 2010/2011 | 77/83

Els 1990s I

En aquesta dècada desapareix ARPAnet, ja s’ha creat MILNET i NSFNET
actua de troncal entre xarxes regionals a EEUU i xarxes nacionals estrangeres.
L’any 1991 NSFNET elimina les restriccions al tràfic comercial i el 1995 la
troncal d’Internet és gestionada per ISP comercials.
Entre 1989 i 1991, Tim Berners-Lee inventa la Web (teranyina) al CERN. Es
desenvolupen els seus quatre elements: HTML, HTTP, un servidor web i un
navegador web. A finals de 1993 hi ha uns 200 servidors web en funcionament.
El 1994 Marc Andreesen i Jim Clark formen Mosaic Communications
(posteriorment Netscape Communications Corporation) i creen els navegadors
amb interfície gràfica Mosaic i Netscape.
El 1996 Microsoft comença a desenvolupar navegadors.

,

Els 1990s II

La segona mitat dels 1990s és una època de gran creixement i desenvolupament
d’Internet. A finals dels 1990s les quatre principals aplicacions sobre Internet
són:
Correu electrònic, amb fitxers adjunts i l’accés via web (IMAP).
La Web, be sigui per navegació o comerç electrònic
La missatgeria instantània (pioners ICQ)
La compartició peer-to-peer de fitxers MP3 (pioners Napster)

,

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Història de les xarxes de computadors i Internet | Desenvolupaments recents Curs 2010/2011 | 80/83


Internet continua evolucionant en molts de fronts, inclosos noves aplicacions,
telefonia sobre Internet, LANs amb velocitat de transmissió molt elevades o
encaminadors més ràpids. Poden destacar-se:
Les xarxes d’accés d’alta velocitat via cable o DSL que han permès el
desenvolupament de noves aplicacions com veu o vídeo sobre IP, vídeos
compartits, televisió sobre IP.
La proliferació de xarxes sense ﬁl d’accés públic i alta velocitat que
permeten una connexió gairebé permanent.
El desenvolupament de nous aspectes de seguretat com la detecció
d’intrusions o l’ús de passarel.les.
Les aplicacions P2P que permeten aproﬁtar els recursos dels ordinadors
dels usuaris.

,
AX.1 - Introducció | Història de les xarxes de computadors i Internet | Desenvolupaments recents Curs 2010/2011 | 81/83

Continguts

1 Objectius
8 Resum

,
AX.1 - Introducció | Resum | Curs 2010/2011 | 82/83

Resum

S’ha presentat una visió general sobre un caramull de material.
Les peces que formen Internet i, en general, qualsevol xarxa de
computadors.
Sistemes ﬁnals, enllaços, aplicacions
Serveis de transport extrem a extrem
Commutació de paquets vs commutació de circuits
Retards, arquitectures de capes, encapsulació
Una mica d’història d’Internet

I a continuació?
El mateix, però amb molt més detall.

,
AX.1 - Introducció | Resum | Curs 2010/2011 | 83/83

Arquitectura de xarxes. Introducció

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Último

Último (9)

Destaque

Destaque (20)

Arquitectura de xarxes. Introducció