Definició de xarxa local segons l'IEEE
Xarxa de dades on les comunicacions estan confinades a una àrea geogràfica
limitada com per exemple un edifici o oficina i que utilitzen un canal de
comunicació de velocitat moderada/alta i una tassa d'error baixa
Xarxes LAN vs Xarxes WAN
- LAN: Multipunt. Xarxes de difusió
- WAN: Punt a punt. Xarxes commutades
- LAN: Velocitats altes. Cables específics (coaxial, Ethernet de par trenat)
- WAN: Velocitats més limitades. Cable telefònic
- LAN: Històricament s'han utilitzat diferents topologies (actualment bàsicament estrella)
- WAN: malla
Factors que fan necessària una LAN
- Raons econòmiques:Compartir recursos (p. ex. un perifèric) evita la necessitat de comprar el mateix perifèric per a totes les màquines de la xarxa.
- Compartició de dades:Permet als usuaris compartir dades i treballar en grup.
- Creació de sistemes d'informació distribuïda:Sistemes d'informació distribuïda. Bases de dades
- Evitar redundància de dades:Al compartir la informació no es fa necessari s'evita que els nodes de la xarxa tinguin informació duplicada.
- Processos distribuïts:Permet distribuir la carrega d'un procés o aplicació entre les màquines de la xarxa.
- Recursos compartits:Es poden compartir dades, màquines, perifèrics...
- Simplificació de la gestió dels sistemes:Normalment els processos de centralització faciliten la gestió. Per exemple al fer còpies de seguretat només cal fer còpies de les dades centralitzades.
- Treball Col·laboratiu: el projecte SETI.
- Centralització de la gestió de l'emmagatzematge i backup:Les dades s'emmagatzemen en servidors on la seguretat i la disponibilitat de les dades és més alta. Aquests servidors incorporen mecanismes de còpies de seguretat.
Topologies de xarxa
Topologia en estrella
Avantatges
- Fàcil d'implementar i d'ampliar
- Un error en un node o segment de xarxa no influeix a la resta de la xarxa
- No hi ha problemes de col·lisió de dades
Desavantatges
- Si el sistema centralitzat no funciona, deixa de funcionar tot.
Topologia en anell
Avantatge
Desavantatge
- Si un node falla, la xarxa falla
- No totes les comunicacions son igual de ràpid
- Els nodes poden interceptar comunicacions
NOTA: Aquest tipus de xarxa està obsolet
Topologia en bus
Tots els nodes es connecten a la mateixa línia
Avantatges
Fàcil d'instal·lar i requereix de poc cable
Desavantages
Poden succeir col·licions
Tots els nodes poden accedir a la informació de la resta.
Altres topologies
Topologia en malla
Entre els nodes s'estableixen enllaços punt a punt.
Topologia en arbre
És una extensió de la topologia en bus. Exemple: xarxes detelevisió per cable, troncals fibra òptica i branques amb coaxial
Topologia en interconnexió total
És una topologia en malla on tots els nodes estan
connectats entre si.
Topologies mixtes
Xarxes amb combinacions de les topologies anteriors
Topologia física vs Topologia lògica
Físicament podem tenir una topologia concreta però realment esta utilitzant un altre topologia
- Per exemple la topologia en estrella.
- HUB :És un simple repetidor. La senyal que arribar a un port es torna a enviar a tots els ports del HUB: topologia logica bus.
- SWITCH:Els commutadors només connecten el port emissor amb el port receptor. Topologia lògica: Estrella, punt a punt.
Components d'una xarxa LAN
Servidors i Estacions de treball
- Estació de treball (clients) :Són màquines (ordinadors) de treball.
- Servidor: Aprofiten els recursos/serveis de la xarxa. Són clients dels servidors i dels recursos/serveis de la xarxa.
- Perifèrics de xarxa: Impressores, discs durs de xarxa, etc
Cablejat i medis de comunicació
Format pel conjunt de elements de comunicació de la xarxa, com els cables o medis de comunicació (xarxes sense fils) que enllacen els nodes de la xarxa
- Exemples: Cables de parell trenat, coaxials, connexions sense fils, antenes, fibra òptica, connectors.
Targeta de xarxa
També anomenades NICs (Network Interface Card)
Maquinari que fa d'intermediari entre els dispositius i la xarxa de comunicacions.
Una targeta de xarxa pot tenir moltes interfícies de xarxa
Concentradors de cables
Dispositiu utilitzat en topologies de xarxa en estrella per a realitzar la connexió entre nodes de la xarxa.
Hi ha xarxes que no utilitzen concentradors (Ethernet coaxial en bus)
Amb aquest sistema si falla un node la xarxa continua funcionant però a canvi si falla el concentrador tota la xarxa falla.
- Concentradors passius: Només concentren les senyals
- Concentradores actius: Concentren les senyals i les amplifiquen i/o regeneren funcionant com a elements amplificadors i/o repetidors.
Bridges o ponts
Són dispositius de comunicacions (ECD) formats per un maquinari i un programari que permeten a dues xarxes locals connectar-se entre si.
Les dues xarxes unides per un bridge equivalen a una sola xarxa
Pasarel·las, Gateways o encaminadors
Són dispositius de comunicacions (ECD) formats per un maquinari i un programari que permeten la connexió de la xarxa LAN a xarxes externes (típicament xarxes WAN com Internet)
Un router ha de tenir com a mínim 2 targetes de xarxa.
Conceptes previs de xarxa
Protocol de comunicacions
És el conjunt de regles perfectament organitzades i convingudes per mutu acord que especifiquen
l'intercanvi de dades o ordres durant la comunicació entre els nodes que formen part d'una xarxa
Els protocols sovint són públics i són normatives o recomanacions de les associacions d'estàndards.
Un protocol(en societat o política) també és un conjunt de regles que cal observar pel que fa a l’etiqueta, les presidències, etc., en les cerimònies i en les relacions oficials
- exemples :Protocols IP, HTTP, TCP, FTP (la P és sempre de protocol)
Exemple de protocol. DHCP
Model arquitectònic de xarxa
Exemple programació socket
#!/usr/bin/php
<?php
$ip = "192.168.202.100";
$port = 80;
$socket = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
if(!$socket) {
echo "error creando socket\n";
}
$result = socket_connect($socket, $ip, $port);
if(!$socket) {
echo "error conectando\n";
die();
}
?>
Un script pot no funcionar -->
- No estem dins del programa
Comuniquem en la màquina que això es php
Concepte de capa o nivell
Comunicació entre capes
Primitives OSI d'un servei
- Sol·licitud (.request): Una entitat sol·licita un servei
- Indicació (.indication): Un entitat és informada que ha succeït un esdeveniment
- Resposta (.response): Un entitat respon a un esdeveniment
- Confirmació (.confirm): Una entitat és informada sobre una sol·licitud efectuada anteriorment
No tots els serveis necessiten de totes les primitives
- Serveis orientats a connexió o no orientats a connexió
- Serveis confirmats o no confirmats
PESTN -->
El servei que hem vist és el servei de connexió (CONNECT) i utilitza totes les primitives fonamentals OSI per què és un servei orientat a connexió i confirmat.
Fixeu-vos que les entitats (persones i telèfons) és comuniquen amb entitats iguals utilitzant protocols.
Les persones (capa n+1) només necessitem saber com funcionen els telèfons (capa n). No ens cal conèixer la resta de capes
El telèfons realment no es comuniquen directament entre si, si no que ho fan a través de les centrals telefòniques, cables, etc.
Aquí es el moment on es transmeten dades.
Serveis, Primitives, Interfícies i Entitats
Arquitectura de xarxa
Família de protocols
Sistemes oberts. ISO
Són aquells sistemes capaços d'interconnectar-se amb altres sistemes d'acord amb unes normes preestablertes. El concepte de sistema obert va ser proposat inicialment per la ISO (International Organization for Standardization).
La ISO ha proposat el model arquitectònic OSI (Open Systems Interconnection) que s'encarrega de definir un model genèric per a la interconnexió de Sistemes Oberts. Són 7 nivells:
- Nivell 7: Aplicació
- Nivell 6: Presentació
- Nivell 5: Sessió
- Nivell 4: Transport
- Nivell 3: Xarxa
- Nivell 2: Enllaç de dades
- Nivell 1: Física
El contrari a un sistema obert seria un sistema patentat i tancat.
La ISO s'encarrega de definir coses com la mida dels papers, noms de llengües i codis de països, codis de divises, codificació de caràcters, ISOS de
qualitat, llenguatge de programació C i BASIC, MPEG, ISO 26300 (Open Document). En definitiva, fa més possible l'establir comunicacions amb diferents parts del món, ja que tothom tenim (o hauríem de tenir) la mateixa manera de comunicar-nos.
Tipus de serveis
Orientats a connexió
Propietats:
- Requereixen el establiment inicial de una connexió i la ruptura o alliberament final de la mateixa.
- Entre la connexió i l’alliberament es produeix l’intercanvi de dades d’usuari.
- Els blocs de dades es reben en el destí en el mateix ordre en que s’emeten a l’origen.
- Tots els paquets segueixen la mateixa ruta, aconseguida en l’establiment de la connexió
- Com que la ruta es coneguda, els paquets de dades no precisen indicar l’adreça de destinació.
- Exemple: Trucada telefònica
No orientats a connexió
Propietats:
- Ofereixen la capacitat de comunicació sense necessitat de realitzar una connexió amb el destinatari.
- L’emissor envia paquets de dades al receptor confiant en que la xarxa tindrà prou intel·ligència com per a conduir les dades per rutes adequades.
- Els paquets poden seguir rutes diferents durant la comunicació.
- Els blocs de dades es poden rebrà desordenats.
- Cada paquet ha de portar l’adreça de destinació i, en alguns casos, el receptor ha d’enviar un acusament de rebuda per confirmar l’èxit de la comunicació.
- Exemple: Correu postal
El model de referència OSI
Nivells OSI orientats a xarxa
Nivell 1. Nivell Físic
És la capa de més baix nivell i s’ocupa de la transmissió dels bits.
S'ocupa de definir:
- Característiques mecàniques (connectors, nombre de pins,tipus de cables...)
- Característiques elèctriques/electromàgnetiques (senyals elèctriques a utilitzar, duració i voltatge de les senyals...)
- Característiques funcionals (interfícies de connexió al medi i funcions) i de procediment (fases i estats)
- ...per a poder establir i destruir connexions entre dos equips de la xarxa.
- Estàndards i protocols: RS-232, xarxes Ethernet, etc.
Nivell 2. Nivell d'enllaç
Controla l'intercanvi de dades entre dues màquines connectades directament per un medi físic (enllaç)
- Encarregat d’establir una línia de comunicació lliure d’errors que pugui ser utilitzada per la capa immediatament superior (capa de xarxa).
- No treballa amb bits directament. Treballa amb blocs de dades de nivell 2 (2-PDU) anomenats trames. Els missatges es formes per una o més trames.
- Les trames s'envien seqüèncialment per la línia de transmissió utilitzant els serveis de la capa capa física.
- La gestió de les trames (tractament d’errors, eliminar errors, retransmetre, descartar trames duplicades, etc.) és l'objectiu d'aquest nivell.
Funcions:
- Sincronització de les trames (identificar inici i final de trames).
- Control de flux: estableix el ritme de transmissió de dades per evitar sobrecàrregues.
- Control d'errors: permet comprovar que les dades que arriben al receptor són idèntiques a les que ha enviat l'emissor.
- Direccionament: En medis de difusió (que no són punt a punt) és necessari identificar els components.
- Gestió de l'enllaç: per controlar la transmissió cal enviar dades “pures” i dades de control de l'enllaç.
Nivell 3. Nivell de xarxa
Control de la xarxa/subxarxa
Treballa amb blocs de dades de xarxa (3-PDU) anomenats paquets.
Funcions:
- Encaminament: Determinar la ruta (nodes de xarxa pels quals circular) més adequada per als paquets.
- Identificació: Els nodes han de tenir una identificació única que els permeti distingir dels altres nodes i localitzar-los a la xarxa.
- Control de la congestió: determina quins són els camins menys congestionats (similar al trànsit rodat).
- Protocol: IP (Internet Protocol).
Nivell 4. Nivell de transport
Capa de transició que connecta les aplicacions i/o usuaris amb la xarxa
- És una capa de transició entre els nivells orientats a la xarxa i els orientats a les aplicacions
- Treballa amb unitats de dades 4-PDU també anomenades TPDU o segments.
- Té funcions similars al nivell d'enllaç (salt a salt) però entre dues màquines que no estan connectades directament (extrem a extrem).
- S'encarrega de preparar les dades de les aplicacions per a la xarxa i assegurar-se que arribaran correctament al nivell de transport del destinatari.
- Protocols: TCP (Transport Control Protocol) i UDP (User Datagram Protocol), ICMP
Funcions:
- Ofereix els serveis que no ofereix el nivell de xarxa
- Establiment de connexió: en serveis orientats a connexió.
- Reoordenació de paquets: serveis no orientats a connexió.
- Control d'errors: recuperació de caigudes de xarxa, reenviament de paquets, etc.
- Control de flux: Implementació de buffers.
- QoS (Quality of Service): Garanteix la fiabilitat i la qualitat del servei.
- Multiplexació de connexions: Permet tenir més d'una connexió oberta a través d'un mateix medi físic. S'utilitzen ports i el concepte de sockets.
- Dels nivells de xarxa i transport en parlarem amb més detall a la unitat didàctica 4
TCP és orientat a connexió
UDP és no orientat a connexió
ICMP utilitzen les màquines, no els usuaris
Nivells OSI orientats a l'aplicació
Nivell 5. Nivell de sessió
Permet el diàleg entre emissor i receptor establint una sessió.
- A través d’una sessió es pot portar a terme un transport de dades ordinari (nivell de transport).
- Millora els serveis de la capa de transport:
- Transmetre un fitxer gran per una línia telefònica que té caigudes cada 15 minuts. La capa de sessió es pot encarregar de la resincronització de la transferència, de manera que a la següent connexió es transmetin dades a partir de l’últim bloc tramés sense error.
- Restauració d'un estat anterior (sessió).
- Aquest nivell sovint es dilueix dins del nivell d'aplicació.
Les cookies són les que guarden les sessions del navegador mentre viatgem per una pàgina web.
Exemple de nivell de sessió: protocol Protecció Windows de xarxa.
Nivell 6. Nivell de presentació
S’ocupa de la sintaxi i de la semàntica de la informació que es desitja transmetre.
- Coordina la representació de dades entre emissor i receptor
- Per exemple, un emissor que utilitza el codi ASCII i un receptor que utilitza UNICODE. Necessitem un servei de conversió i interpretació de dades que normalment proveeix la cap de presentació.
- Sovint es tracta més de llenguatges (XML, HTML) o protocols d'interpretació de dades o formats (MIME)
- També és una capa que normalment es dilueix dins la capa d'aplicació
Nivell 7. Nivell d'aplicació
És la capa superior de la jerarquia OSI i on es defineixen els protocols que utilitzaran les aplicacions i processos dels usuaris.
- Quan dos processos es volen comunicar i resideixen en el mateix ordinador, utilitzen el Sistema Operatiu per comunicar-se (Linux utilitza dispositius especials de xarxa – loopback – per comunicar processos)
- Si resideixen en ordinadors diferents, la capa d’aplicació dispararà els mecanismes adequats per produir la connexió entre els processos, servint-se dels serveis de les capes inferiors.
- Exemples: DNS, FTP, HTTP, IMAP, IRC, NFS, NNTP, NTP, POP3, SMB/CIFS, SMTP, SNMP, SSH, Telnet, SIP...
La familia de protocols TCP-IP
El model de referència OSI és un MODEL TEÒRIC. No hi ha ninguna arquitectura de xarxa que sigui 100% OSI
Quina arquitectura és doncs la més utilitzada?
L'arquitectura més utilitzada és TCP/IP o la família de protocols d'Internet, que és el conjunt de protocols de xarxa en que esta basat Internet.
- També anomenada la família de protocols d'Internet
- Anomenada així pels dos protocols més importants (i els que es van definir primer): Protocol de Control de Transmissió (TCP) y Protocol d'Internet (IP)
- Hi han més de 100 protocols diferents en aquesta família (HTTP, ARP, FTP, SMTP, POP, IMAP, TELNET, SSH, etc.)
- El seu origen és la xarxa militar ARPANET.
Iperf
Medeix la velocitat d'una connexió
Com crear un dimoni permanent
$ sudo apt-get install iperf
creeu el fitxer /etc/init.d/iperf
$ sudo cp /etc/init.d/skeleton /etc/init.d/iperf
$ sudo joe /etc/init.d/iperf
modifiquem el fitxer i posem aquestes línies
# PATH should only include /usr/* if it runs after the mountnfs.sh script
PATH=/sbin:/usr/sbin:/bin:/usr/bin
DESC="Servidor Iperf"
NAME=iperf
DAEMON=/usr/bin/$NAME
DAEMON_ARGS="-s -D"
PIDFILE=/var/run/$NAME.pid
SCRIPTNAME=/etc/init.d/$NAME
fem el fitxer executable
$ sudo chmod +x /etc/init.d/iperf
Arranquem el servei
$ sudo /etc/init.d/iperf start
I ara utilitzem aquesta comanda per :
$ sudo update-rc.d iperf defaults
Per saber a quina velocitat va la nostra tarjeta de xarxa
$ sudo ethtool eth6
Nivell interfície de xarxa
Nivell aplicació
Protocols:
- FTP
- DHCP
- DNS
- TELNET
- SSH
- HTTP
- SMTP, POP3, IMAP
Altres famílies de protocols
Família SNA IBM
- Antecessor i inspiració del model OSI
Família Novell Netware
Família AppleTalk
Família NetBeui
Arquitectura Client-Servidor (C/S)
Relació establerta entre dues entitats, el servidor que ofereix un recurs de qualsevol tipus
(físic, de programació, de dades, etc.) i el client, entitat que en treu un profit o avantatge.
- Casi sempre implementat en xarxa però també podem trobar client i servidor a la mateixa màquina.
- A les entitats les anomenen també nodes.
- Normalment un servidor és utilitzat per múltiples clients.
- En l'actualitat és el model de desenvolupament d'aplicacions més utilitzat:
- Clients: aplicacions gràfiques (GUI)
- Servidors: Processament i emmagatzemament de dades (base de dades)
- També anomenat paradigma Client-Servidor.
Arquitectura Peer to Peer
Arquitectura que defineix un sistema de comunicació que no té clients ni servidors fixes.
Els nodes es comporten alhora com clients i com servidors dels altres nodes de la xarxa.
- Tots els nodes són elements actius de la xarxa.
- Diversitat en els nodes (configuració, velocitat, capacitat d'emmagatzematge...)
- En una xarxa P2P pura no existeix diferenciació entre clients i servidors.
- Aquests tipus de sistemes permeten la distribució de continguts d'una forma molt senzilla i econòmica, trencant el tradicional sistema vertical on sols les grans empreses amb suficient potencial econòmic podien permetre's el luxe de fer arribar continguts a tanta gent.
Exemples
- Compartició de fitxers (File Sharing).
- Aplicacions P2P com Napster, Emule, Torrents, Kazaa.
- Veu IP, televisió IP, vídeo streaming.
- El primer sistema va ser el sistema de notícies Usenet on els nodes eren utilitzats per propagar les notícies
- Projecte de Dispositius Units en la Investigació del càncer (United Devices Cancer Research Project) o Chinook
- Utilitzen sistemes P2P per compartir dades bioinformàtiques.
Sistemes Mixtes
- SMTP: xarxa Peer To Peer de enrutadors de correu.
- POP3 i IMAP: Protocols client-servidors per consultar el correu electrònic.
- La propagació de les notícies la fan els nodes per les notícies en si s'obtenen de servidors concrets.
- La transmissió de fitxers es fa entre iguals (Peers)
- Els servidors emmagatzemen un index dels fitxers existents als Peers o iguals, així com altres dades importants per establir la connexió.
- El sistema de Torrents també necessita de cercadors en pàgines web per indexar els fitxers que es comparteixen.
Acacha Wiki
