Internet 1 : Protocoles et architecture

¡Hola a todos! ¡ Bienvenido a este módulo sobre Internet! En este video, veremos el contenido global del módulo, el enfoque pedagógico y luego hablaremos sobre los protocolos y la arquitectura de Internet. En este módulo, explicaré cómo funciona Internet profundizando en los detalles para que sea concreto y, al mismo tiempo, permanezca accesible, por lo que no habrá ningún requisito previo en particular, excepto un poco de codificación de información. Si no tiene ningún conocimiento sobre ese tema, puede ver mi módulo sobre codificación de información aquí. arriba El enfoque de arriba hacia abajo consiste en explicar primero el sistema global de manera superficial y luego cuáles son cada uno de sus componentes, luego explicamos en detalle cada componente y sus subcomponentes, y así sucesivamente hasta que explicamos el sistema en sus detalles más profundos. Por otro lado, el enfoque de abajo hacia arriba consiste en explicar primero los sistemas más simples y cómo podemos combinarlos para crear sistemas más complejos y finalmente explicar el sistema global en su totalidad.

-Acercamiento hacia abajo' Te aconsejo que lo leas si quieres saber más después de este módulo En este módulo hay un aspecto del que no hablaré: la seguridad. Prefiero explicar primero cómo funciona Internet cuando todos juegan limpio y luego haré otro módulo solo sobre seguridad y explicaré todas las fallas en Internet. Podemos saber comenzar el contenido real. que llamamos hosts o sistemas finales porque están en los bordes de la red, tenemos todos los nodos internos de la red, por lo que puede ser su módem wifi, la antena 3g a la que se conecta con su teléfono o todos los demás sistemas internos que llamamos enrutadores o conmutadores.

Tienen proveedores como sunrise, Swisscom, salt, netplus que brindan acceso directamente a los sistemas finales, esos ISP están conectados a otro ISP a nivel nacional que llamamos SWITCH en Suiza, también podemos mencionar los ISP académicos como EPFL que están conectados directamente a SWITCH y, por lo tanto, SWITCH también está conectado a otros ISP a nivel internacional. Un protocolo define los formatos y el orden de los mensajes que se intercambian entre varios hosts, así como las acciones que estos hosts deben realizar después de recibir o enviar estos mensajes. Puede parecer una definición un poco complicada, pero veremos una analogía de todos los días que muestra que usamos protocolos. Considere, por ejemplo, el caso de un maestro que pregunta a sus alumnos si tienen alguna pregunta. El maestro envía un mensaje a sus alumnos que contiene la pregunta "¿tiene alguna pregunta?" In this video we will see the global content of the module, the pedagogical approach and then we will talk about protocoles and the architecture of Internet In this module I will explain how Internet works going deep enough in the details to be concrete while remaining accessible so there won't be any particular prerequisite, except a little of information encoding If you don't have any knowledge about that topic, you can watch my module about information encoding here In computer science we often have 2 pedagogical approaches to explain a complex system : one called top-down and the other bottom-up The top-down approach consists of explaining first the global system in a superficial manner and then what are each of its components then we explain in details each component and its subcomponents and so on until we explain the system in its deepest details on the other hand the bottom-up approach consists of explaining first the simplest systems and how we can combine them to create more complex systems and finally explain the global system in its totality for this module about the Internet, I chose to use a top-down approach the main book i use is entitled 'computer networking : a top-down approach' I advise you read it if you want to know more after this module In this module there is an aspect I won't talk about : security I prefer to explain first how Internet works when everyone plays fair and then i will make another module only about security and will explain all flaws in the Internet we can know start the real content As you all know, the Internet is a computer network binding all kinds of devices computers, smartphones, surveillance cameras, cars, planes, etc all are connected between them via a network constituted of 3 entities : We first have the connected devices that we call hosts or end-systems because they are at the edges of the network we then have all the inner nodes of the network so it can be your wifi modem, the 3g antenna you connect to with your phone or all other internal systems that we call routers or switches the third entity is all the links between these different nodes it can be a cable, optical fiber, or simply the air if it is via electro-magnetic waves all this network is divided into subsets that we call ISPs They provide access to the Internet so for example in Switzerland We have providers like sunrise, Swisscom, salt, netplus that provide access directly to the end-systems those ISPs are themselves connected to another ISP at the national level that we call SWITCH in Switzerland we can also mention the academic ISPs like EPFL that are directly connected to SWITCH and so SWITCH is also connected to other ISPs at the international level This way all Internet is divided into ISPs who collaborate and organize themselves in hierarchy this way the hosts exchange information via the network but it is not enough to communicate, for that they need a protocol A protocol defines the formats and order of the messages exchanged between several hosts as well as the actions these hosts must accomplish after receiving or sending these messages it may seem a little complicated definition but we will see an analogy of every day's like that shows that we use protocols so consider for example the case of a teacher asking its students if they have any questions the teacher sends a message to its students containing the question 'do you have any questions?' cada estudiante recibe este mensaje, lo analiza, y si no tiene una pregunta es convencional que no levante la mano, si tiene una pregunta levantará la mano y así le envía una señal al profesor el profesor ve esta señal y le envía otra señal al estudiante lo que significa que puede saber hacer su pregunta de manera similar, en una red informática, las entidades deben acordar de antemano un protocolo para comunicar un protocolo que probablemente todos ya conocen porque lo han visto en una url en su navegador es HTTP es el protocolo en uso para la web aplicación, entonces para consultar sitios web, por ejemplo, www.google.ch HTTP establece que para consultar un sitio web, debe enviar una solicitud al servidor con el siguiente formato: GET www.google.ch después de recibir esta solicitud, el servidor le responderá con un formato en html o css todas las comunicaciones dependen de estos protocolos predefinidos, hay muchos de ellos aquí les doy la lista de los que hablaremos en los próximos videos ¿ quién decide estos protocolos? Bueno, pueden ser empresas las que crean los protocolos para su aplicación o hay una entidad internacional para determinar los protocolos: IETF Pasemos ahora a la arquitectura de Internet.

Como Internet es un sistema muy complejo, lo organizamos con capas, son abstracciones que nos ayudan a tener varios sistemas organizados en lugar de un gran sistema inmanejable . Primero compra un boleto, suponga que lo hace en el aeropuerto Luego deja su equipaje en el check-in, luego va a la puerta de embarque Luego el lugar va a la pista para despegarlo luego realiza su viaje, llega al destino y aterriza en la pista el avión luego va a la puerta para proceder al desembarque, luego reclama su equipaje y si no tuvo un buen viaje va a quejarse para reembolsar su boleto como puede ver nuestro sistema está organizado en diferentes capas tenemos una capa de boletos, para vender y reembolsar boletos que tenemos una capa de equipaje, para llevarlos y devolverlos tenemos una capa de puerta para abordar y desembarcar tenemos una capa de pista para despegar y aterrizar y tenemos una capa de viaje para conectar 2 aeropuertos por lo que cada capa proporciona un servicio, solo si el servicio de la capa anterior o subyacente ya se ha proporcionado permite administrar mejor quién hace qué y el sistema global de manera similar, Internet también está organizado en capas, hay 5 de ellas: cada una de estas capas es responsable de un servicio, ahora presentaré cada una de ellas Empecemos con la capa de aplicación Es la capa relacionada con todos los protocolos y aplicaciones que usas todos los días como usuario, por ejemplo, la aplicación web que usa HTTP, el correo electrónico que usa SMTP, POP, IMAP o incluso HTTP, tenemos la transferencia de archivos que usa FTP, WhatsApp que usa XMPP o incluso el uso compartido de archivos distribuidos que usa el protocolo BitTorrent.

Como WhatsApp intercambian información que está codificada con una secuencia de bits llamada 'mensaje' ese mensaje se enviará a través de Internet Si no te queda claro el concepto de codificación de la información, mira este módulo Pasemos ahora a la capa de transporte, al contrario de la capa de aplicación la lista de protocolos es mucho más corta solo hay 2: TCP y UDP cada uno de estos protocolos se encarga de enviar un mensaje desde una aplicación en un host a otra aplicación en otro host lo hacen de una manera muy diferente: TCP garantiza que cada mensaje llegue a su destino y en el orden correcto, también establece una conexión entre los 2 hosts, pero UDP no garantiza nada, solo intentará enviar los mensajes al destino, pero lo hace más rápido que TCP, por lo que es decisión de la aplicación elegir TCP o UDP.

Vamos a entrar en más detalles, cuáles son los pros y los contras de estos 2 protocolos, así que en el nivel de la capa de aplicación, tomamos el mensaje y lo pasamos a la capa de transporte, ya sea TCP o UDP, que es un programa en su computadora, este programa tomará el mensaje y le agregará información (vamos a ver cuales) y creará lo que llamamos un segmento luego tenemos la capa de red, encargada de mover la información en la red utiliza para este fin varios protocolos, aquí te enumero los principales tenemos un protocolo más importante que el otro: IP. First you buy a ticket, assume you do it at the airport Then you leave your luggage at the check-in, then you go the gate to board Then the place goes to the track to take off it then performs its trip, arrives at destination and lands on the track the plane then goes to the gate to proceed to the debarkation, then you claim your baggage and if you didn't have a good trip you go complain to reimburse your ticket as you can see our system is organized in different layers we have a ticket layer, to sell and refund tickets we have a baggage layer, to take them and give them back we have a gate layer for boarding and desembarking we have a track layer for take off and landing and we have a trip layer to link 2 airports so each layer provides a service, only if the service of the above or underlying layer has already been provided it allows to manage better who does what and the global system similarly, the Internet is also organized in layers, there are 5 of them : each of these layers is responsible for a service, i will now present each of them Let's start with the application layer It's the layer concerning all protocols and applications that you use everyday as a user we have for example the web application that uses HTTP the have email that uses SMTP, POP, IMAP or even HTTP we have file transfer that uses FTP, WhatsApp that uses XMPP or even the distributed file sharing that uses the BitTorrent protocol there is a huge number of protocols at the application layer, there are almost as many as there are applications they can be public like those I mentioned, or private like the protocol used by Skype when 2 hosts communicate with an application like WhatsApp they exchange information that is encoded with a bit sequence called 'message' that message will be sent via the Internet If the concept of information encoding is not clear to you, watch this module Let's now move on to the transport layer, contrarily to the application layer the list protocols is much shorter there are only 2 : TCP and UDP each of these protocols is responsible to send a message from an application at a host to another application at another host they do it in a very different way : TCP guarantees that each message arrives at destination and in the right order it also establishes a connection between the 2 hosts but UDP doesn't guarantees anything, it will only try to send the messages to the destination but it does it faster than TCP so it is the application's decision to choose either TCP or UDP we will go in more details what are the pros and cons of these 2 protocols so at the application layer level we take the message and pass it to the transport layer so either TCP or UDP, which is a program in your computer this program will take the message and add it some information (we will see which ones) and it will create what we call a segment we then have the network layer, responsable to move the information in the network it uses to this end several protocols, I list you here the main ones we have a protocol more important than the other : IP.

Es el protocolo para juntar todo el sistema en esta capa. El objetivo es determinar las mejores rutas a través de la red. Para ese fin, también debe asignar direcciones a cada host y cada nodo: las famosas direcciones IP. Entonces, en su computadora, tomamos el segmento creado por la capa de transporte y le agregamos información como la dirección IP de su computadora y la dirección IP del destino al que desea enviar el segmento. Toda esta información forma lo que llamamos un datagrama o un paquete. El datagrama es procesado por su computadora y por los nodos dentro de la red. Pasemos ahora. en la capa de enlace, si la capa de red es responsable de encontrar la ruta entre 2 hosts, la capa de enlace es responsable de encontrar la ruta entre 2 nodos, por ejemplo, desde su computadora a su módem wifi, desde su teléfono a la antena 3g más cercana o de un enrutador a otro enrutador dependiendo del medio de comunicación, ya sea un cable, fibra óptica u ondas electromagnéticas, usaremos un protocolo de comunicación diferente, aquí le doy los principales también veremos que para comunicarnos entre 2 puntos, necesitamos otras direcciones: las direcciones MAC para eso, necesitamos otro protocolo: ARP Entonces, en su computadora, la capa de enlace toma el datagrama creado por la capa de red y le agrega información como las direcciones MAC para formar lo que llamamos un marco y finalmente tenemos la capa física, que es responsable de enviar todos los bits en el marco a través del enlace.

Muñecas rusas, cuando busco un sitio web, como hemos visto, creo una solicitud HTTP que forma un mensaje, coloco este mensaje en un segmento, lo coloco en un datagrama, lo coloco en un marco, este marco se enviará al módem wifi, por ejemplo, este módem wifi recibe el marco, extrae el datagrama y mira las direcciones IP, ve que debe enviarlo más, así que lo coloca en otro marco y lo envía al siguiente enrutador, el siguiente enrutador recibe el marco, extrae el datagrama, lo coloca en otro marco al siguiente enrutador y así sucesivamente finalmente el servidor recibirá un marco, extrae el datagrama ve que es para él, entonces extrae el segmento de allí extrae el mensaje y ve la solicitud HTTP desde allí podrá procesar esta solicitud, crear una respuesta HTTP y ponerla en un mensaje, en un segmento, en un datagrama, en un marco, y enviarlo de regreso Ya les comento que el proximo video sera sobre la capa de aplicacion, hasta pronto! It is the protocol to put the whole system together in this layer the goal is to determine the best paths through the network to that end it must also assign addresses to each host and each node : the famous IP addresses so in your computer, we take the segment created by the transport layer and add it some information like the IP address of your computer and the IP address of the destination you want to send the segment to all these informations together form what we call a datagram or a packet the datagram is processed by your computer and by the nodes inside the network Let's now move on to the link layer, if the network layer is responsible to find the path between 2 hosts, the link layer is responsible to find the route between 2 nodes so for example from your computer to your wifi modem, from your phone to the closest 3g antenna or from one router to another router depending on the communication media, either a cable, optical fiber or electro-magnetic waves we will use a different communication protocol, i give you here the main ones we will also see that in order to communicate between 2 points, we need other addresses : the MAC addresses for that, we need another protocol : ARP So in your computer the link layer takes the datagram created by the network layer and add to it some information like the MAC addresses to form what we call a frame and finally we have the physical layer, that is responsible to send all bits in the frame through the link we will not really discuss it because it concerns more electricity and physics rather than computer science now that i have presented you the different Internet layers we will talk about encapsulation it is the process of including one abstraction in another one in the case of our Internet layers it is a little like Russian dolls when i look up a website, as we have seen, I create an HTTP request this forms a message, I place this message in a segment, that i place in a datagram, that i place in a frame this frame will be sent to the wifi modem for example this wifi modem receives the frame, extracts the datagram and looks at the IP addresses it sees it must send it further so it puts it in another frame and send it to the next router the next router receives the frame, extracts the datagram, put it in another frame to the next router and so on finally the server will receive a frame, it extracts the datagram sees it is for him, and so extract the segment from there it extracts the message and sees the HTTP request from there it will be able to process this request, create an HTTP response and put it in a message, in a segment, in a datagram, in a frame, and send it back I hope you understood this introduction video about Internet According to our top-down approach, I presented the global working of the Internet, its different layers in the next videos I will present each of these layers I can already tell you that the next video will be about the application layer, see you soon!

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