Redes y Protocolos: Arquitecturas, Estándares y Aplicaciones Multimedia

REDES Y PROTOCOLOS

Un protocolo de red o protocolo de comunicación, es el conjunto de reglas predeterminadas para asegurar que los mensajes sean entendidos por quien corresponda. Las capas más bajas se encargan del movimiento de datos por la red y proporcionan servicios a las capas superiores, las cuales se centran en el contenido del mensaje que se va a enviar y en la interfaz que se ofrece al usuario y sus aplicaciones. Entonces usaremos los siguientes conceptos:

Protocolo: conjunto de reglas perfectamente organizadas y convenidas de mutuo acuerdo entre puntos de una comunicación y su misión es regular algún aspecto de la misma. Capa o Nivel: su misión es proveer servicios a las capas superiores haciendo transparente el modo en que esos servicios se llevan a cabo. Arquitectura de una red: es el conjunto organizado de capas y protocolos de la misma. Sistema: es un objeto físicamente distinto que contiene una o más entidades. Servicio: conjunto de facilidades que un sistema ofrece para satisfacer una necesidad, así como las garantías asociadas a las mismas. Algunos ejemplos en las comunicaciones humanas son: correo postal, correo postal certificado con acuse de recibo, radiodifusión, telefonía, videoconferencia.

Funciones Generales de un Protocolo de Red

• Enviar y recibir mensajes de cualquier tipo a través del hardware de la red.
• Identificar quien envía y cuál es el destino del mensaje, y determinar si la computadora que recibe es el destino final.
• Para las computadoras con múltiples conexiones de red, enviar si es posible los mensajes recibidos a lo largo de la red hacia su destino final.
• Verificar que el mensaje recibido ha llegado intacto o solicitar la retransmisión de mensajes dañados.
• Descubrir qué computadoras están operando en la red de área local.
• Convertir nombres de las computadoras en direcciones usadas por el software y hardware de la red y viceversa.
• Publicitar los servicios ofrecidos por esta computadora y solicitar cuáles son los servicios ofrecidos por las otras computadoras.
• Recibir la identificación del usuario y la información de autenticación, y el control de acceso a los servicios.
• Codificar y decodificar la información transmitida para mantener la seguridad a través de una red poco segura.
• Transferir información en ambos sentidos de acuerdo a los requerimientos del software y servicios específicos.

PROTOCOLOS DE RED MÁS USADOS

NetBEUI: protocolo de Microsoft para las redes simples de Windows. Estos protocolos conocidos como SMB (Bloques de mensaje de Servidor) y soportados por el Software de Samba bajo Linux así como por el Software nativo de Windows, pueden correr sobre NETBEUI Novell y protocolos de Internet. IPX/SPX: protocolo de Microsoft para Windows, IPX (Intercambio de paquetes de red de Internet) y SPX (Intercambio de paquetes secuenciados) son protocolos que Novell realizó para los productos Novell NetWare. TCP/IP: la red de redes inicial fue ARPANET, que usaban un protocolo de computadora a computadora llamado NCP (Protocolo de control de red). Los cambios y las extensiones a TCP/IP están manejados por una organización voluntaria llamada IETF (Fuerza de Trabajo de la ingeniería de Internet). El protocolo TCP/IP no corresponde con exactitud al modelo de 7 capas y combina algunas de las capas juntas en un solo protocolo cuando es conveniente. De los protocolos que se muestran, FTP (Protocolo de transferencia de archivos), SMTP (Protocolo de transferencia de correo) y DNS (Servicio de nombres de dominio) son los protocolos de capas superiores.

Características de una Suite de Protocolos

Estas suites de protocolos de networking deben definir:

• El formato o la estructura del mensaje.
• El método o proceso por el cual los dispositivos de networking comparten información sobre las rutas con otras redes.
• Cómo y cuándo se transmiten mensajes de error y del sistema entre los dispositivos.
• La configuración y la terminación de sesiones de transferencia de datos.

ESTÁNDARES Y PROTOCOLOS

Un estándar es un conjunto de reglas muy rígido que ha sido avalado por la industria de networking y ratificado por una organización de estándares, como el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers) o el Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF), con la finalidad de asegurar el éxito en un determinado proceso. Su uso asegura que productos de diferentes fabricantes puedan funcionar conjuntamente para lograr comunicaciones eficientes. El protocolo es también un conjunto de reglas, pero más flexibles, admiten diferentes modos y prestaciones que pueden ser usados o no según las necesidades y decisiones de los usuarios o administradores de red. Una red para funcionar apropiadamente, utiliza todo un conjunto de reglas y protocolos denominadas comúnmente suite de protocolos de red.

Protocolo de Aplicación

El Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP) rige la forma en que interactúan un servidor Web y un cliente Web. HTTP define el contenido y el formato de las solicitudes y respuestas intercambiadas entre cliente y servidor. Tanto el cliente como el software del servidor Web implementan el HTTP como parte de la aplicación. HTTP se basa en otros protocolos para regular la forma en que se transportan los mensajes entre el cliente y el servidor.

Protocolo de Transporte

El Protocolo de control de transmisión (TCP) administra las conversaciones individuales entre servidores Web y clientes Web. TCP divide los mensajes HTTP en pequeñas partes, denominadas segmentos, para enviarlas al cliente de destino. También es responsable de controlar el tamaño y los intervalos a los que se intercambian los mensajes entre el servidor y el cliente.

Protocolo de Internetwork

El Protocolo de Internet (IP). El IP es responsable de tomar los segmentos formateados del TCP, encapsularlos en paquetes, asignar las direcciones apropiadas y seleccionar la mejor ruta al host de destino.

Protocolos de Acceso a la Red

Dos funciones, enlace de datos y transmisión física. Los protocolos de administración de enlace de datos toman paquetes IP y los formatean para transmitirlos por los medios. Los estándares y protocolos de los medios físicos rigen de qué manera se envían las señales por los medios y cómo las interpretan los clientes que las reciben. Las tarjetas de interfaz de red implementan los estándares apropiados para los medios que se utilizan.

MODELO EN CAPAS

Este modelo de funcionamiento de las redes, parte del hecho de que existen varios protocolos trabajando en un stack, describe el funcionamiento de los protocolos que se produce en cada capa y la interacción con las capas que se encuentran por encima y por debajo de ellas. Esto facilita el diseño de protocolos, ya que los protocolos que operan en una capa específica saben a priori sobre qué información actúan, y una interfaz definida para las capas superiores e inferiores, esto asegura la interoperabilidad, la competitividad y el trabajo colaborativo entre los diferentes desarrolladores.

Existen dos tipos básicos de modelos de networking: modelos de protocolo y modelos de referencia, un modelo de protocolo proporciona un modelo que coincide exactamente con la estructura de una suite de protocolo en particular, mientras que un modelo de referencia proporciona una referencia común para mantener la consistencia dentro de todos los tipos de protocolos y servicios de red. Un modelo de referencia no está pensado para ser una especificación de implementación ni para proporcionar un nivel de detalle suficiente para definir de forma precisa los servicios de la arquitectura de red.

SISTEMAS MULTIMEDIA EN REDES

Las redes multimedia, como cualquier otra red, también presentan las características de permitir buscar rápidamente, localizar y obtener información de importancia de las bases de datos internas y los servidores de medios de comunicación, de depósitos mundiales o los foros electrónicos que ya existen sobre cualquier tema. Los usuarios deberán poder acceder a un almacén de información mundial. La diferencia fundamental está en el tipo de datos que se manejan y las exigencias de los usuarios en la calidad de servicio y la velocidad del mismo. Un Sistema Multimedia hace uso de múltiples formatos para presentar la información. Texto, sonido, imágenes estáticas o en movimiento y videos son los formatos más comunes. Combinan estos formatos junto con elementos interactivos.

TRES TIPOS DE SERVICIO APLICACIONES MULTIMEDIA

a) Streaming de audio/video almacenado (Stored audio/video)

El contenido está almacenado en un servidor, el usuario solicita el contenido, el audio/video es descargado generando una latencia y hay aplicaciones en internet para su reproducción (play/pause/ffw/rew), por ejemplo, mbone VCR, estas aplicaciones deben encargarse de funciones como descompresión, corrección de errores y debe disponer de una interface gráfica de usuario como controles para la interactividad. Algunos plug-ins podrían ser usados para alojar el reproductor de medios en la ventana del navegador.

b) Streaming de audio/video desde un servidor Web

Los archivos de audio y video están almacenados en servidores Web, entonces el navegador requiere el archivo con un mensaje HTTP (Protocolo de Transferencia de Hipertexto) de requerimiento. El servidor Web envía el archivo en un mensaje de respuesta HTTP, la cabecera contiene el tipo de codificación usada para la información. El navegador o browser ejecuta el reproductor de medios trasladándole el archivo para su reproducción.

c) Streaming desde un Servidor de streaming

Esta arquitectura no requiere el uso del protocolo HTTP entre el servidor y el reproductor de medios, pudiendo simplemente trasladarse porciones de datos de los archivos de audio/video. En este caso y sirviendo a este tipo de modelo se ha desarrollado un protocolo específico, RTSP (Real Time Streaming Protocol) para manejar HTML, imágenes, applets, etc. Está descrito en la norma RFC 2326, para la arquitectura cliente/servidor, soporta funciones de control de reproducción, pausa, retroceso rápido, reinicialización, reposicionamiento, etc.

COMO SE INICIALIZA RTSP y se establecen los controles

1. El Cliente obtiene una descripción de la presentación multimedia, la cual podría contener muchos streams.
2. El browser invoca al reproductor de medios (helper application) basado en el tipo de contenido indicado en la descripción de la presentación.
3. La descripción de la presentación incluye referencias a los streams usando el método URL rtsp://.
4. El reproductor envía el requerimiento RTSP SETUP; el servidor envía la respuesta RTSP SETUP.
5. El reproductor envía el requerimiento RTSP PLAY; el servidor envía la respuesta RTSP PLAY.
6. El servidor de medios lanza el stream.
7. El reproductor envía el requerimiento RTSP PAUSE; el servidor envía la respuesta RTSP PAUSE.
8. El reproductor envía el requerimiento RTSP TEARDOWN; el servidor envía la respuesta RTSP TEARDOWN.

COMPUTACIÓN DISTRIBUIDA EN REDES

La computación grid es una tecnología para utilizar de forma compartida y coordinada los diferentes recursos (procesamiento, almacenamiento y aplicaciones) sin estar sujetos a un control centralizado. En esta forma de computación distribuida, con recursos heterogéneos, estos se hallan conectados mediante redes de área extensa (WAN), como Internet. Desarrollado como Utility computing, se usa desde la década de los 90s. Grid es la infraestructura hecha para la integración de computadoras de alto rendimiento, redes y bases de datos que son propiedad de diferentes organizaciones, que se asocian y establecen un software de administración para esta integración, se construye entonces un “supercomputador virtual” compuesto por una serie de computadores agrupados. El objetivo es compartir recursos en la red de manera uniforme, segura, transparente, eficiente y fiable, ofreciendo un único punto de acceso a un conjunto de recursos distribuidos geográficamente en diferentes dominios de administración, esto se basa en la nueva generación del protocolo IP.