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Universidad de
Mlaga
Tema 1: Introduccin a las Redes y Sistemas Distribuidos
Profesores:
Mercedes Amor Pinilla
Francisco Chicano
Lidia Fuentes Fernndez
Gabriel Luque Polo
Francisco Rus Mansilla
Tema 1. Introduccin a las redes y sistemas distribuidos
Tema 2. Tcnicas de acceso y control de enlace
Tema 3. Protocolos de Interconexin de Redes
Tema 4. Servicios bsicos para el nivel de transporte en Internet
Tema 5. Aplicaciones distribuidas en Internet
Contenido del tema
Conceptos y Teora de Comunicaciones
Definicin y Caracterizacin de los Sistemas en Red
Evolucin de las Redes de Comunicacin
Transmisin Fsica de la Informacin
Estructura y Componentes de una Red
Funciones de un Sistema de Comunicacin
Modelos Fsicos de Transmisin
Tipologas de Red
Computacin Distribuida y Comunicacin
Modelos en Capas y Estndares
Una Arquitectura en Capas
Estandarizacin de Protocolos de Comunicacin
El concepto de Red Comuntada
La Torre de Protocolos de Internet
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Tema 1. Introduccin a las redes y sistemas distribuidos
Tema 2. Tcnicas de acceso y control de enlace
Tema 3. Protocolos de Interconexin de Redes
Tema 4. Servicios bsicos para el nivel de transporte en Internet
Tema 5. Aplicaciones distribuidas en Internet
CONCEPTOS Y TEORA DE LAS COMUNICACIONES
Definicin y Caracterizacin de los Sistemas en Red
Evolucin de las Redes de Comunicacin
Transmisin Fsica de la Informacin
Tema 1. Introduccin a las redes y sistemas distribuidos
Tema 2. Tcnicas de acceso y control de enlace
Tema 3. Protocolos de Interconexin de Redes
Tema 4. Servicios bsicos para el nivel de transporte en Internet
Tema 5. Aplicaciones distribuidas en Internet
Redes de ordenadores
Definicin:
Una red de ordenadores es un conjunto de dispositivos hardware interconectados entre s, a travs de algn medio de transmisin
Su propsito es el de compartir informacin y servicios entre todos los equipos
Concepto relacionado: Sistema Distribuido
Un sistema distribuido ofrece la visin de sistema nico, donde la distribucin fsica de los recursos es transparente
Su propsito es ofrecer al usuario y a las aplicaciones una visin de los recursos del sistema como gestionados por una nica mquina virtual
Cuestin de perspectiva:
Red de ordenadores: punto de vista de la infraestructura de comunicaciones
Sistema distribuido: punto de vista de los procesos software
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Estructura de una Red
Modelos en Capas y Estndares
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Tema 2. Tcnicas de acceso y control de enlace
Tema 3. Protocolos de Interconexin de Redes
Tema 4. Servicios bsicos para el nivel de transporte en Internet
Tema 5. Aplicaciones distribuidas en Internet
Redes de ordenadores
Aplicaciones distribuidas/servicios
Son aplicaciones que se ejecutan en los nodos de la red y se comunican entre ellas mediante el intercambio de mensajes
Ejemplos
Web
Correo eletrnico
Intercambio de ficheros mediante P2P
Voz sobre IP (VoIP)
Juegos en red
Mensajera instantnea
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Componentes
Ejemplo de red:
Acceso a un servidor Web a travs de un mdem ADSL y
una red pblica de telefona
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Historia de las redes de ordenadores
Breve resea histrica
Aparicin en los aos 60
Difusin a partir de los 80
Avances informtica: ordenadores personales (PCs)
Avances telecomunicaciones: redes de rea local (LANs)
Expansin en los 90
Internet
La Web
En la actualidad-
Redes inalmbricas
Internet de las Cosas (Internet of Things, IoT)
Redes de sensores
Redes autoorganizadas
RFID
Etc.
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ARPANET (1969)
INTERNET (2005)
EVOLUCIN 94 14
> x1000
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INTERNET
Ethernet
SONET/SDH
ATM
Otros
Redes de
Transporte
WiFi, WiMax, UMTS, HSDPA, 4G,
xDSL, ADSL2+,
Televisin por cable
Fibra ptica, FTTH, ..
Redes de
Acceso
Servicios Web
Plataformas
Distribuidas
Servicios para
disp. ligeros Java ME,
OSGi, Android,
WS-*, servlets,
Javascript,
Ajax,
EJB/JEE, JBoss
Spring,
Tecnologas de desarrollo
de servicios
YouTube, Facebook,
La Web N.0 Computacin
en la Nube
Soporte
Multimedia
Google, Amazon,
VoIP, Skype,
La revolucin de Internet
y los servicios ms populares
Redes auto-organizadas
(MANET, VANET, ) ))
RFID Redes sensores
La Internet de las Cosas
Tecnologas de redes
en auge
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Componentes
Nomenclatura:
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Aplicacin
Enlaces
nodo nodo nodo nodo nodo
RED
Nodo terminal
(host - end system) Nodo terminal
(host - end system)
Nodo intermedio, nodo,
conmutador, router, switch
Ejemplo:
host router Nodos intermedios
servidor
Navegador
Wifi
Internet
Ethernet
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Transmisin fsica de la informacin
Topologa fsica
Estructura de la red fsica, que se representa como un conjunto de nodos (dispositivos) conectados mediante enlaces (medios de transmisin). Pueden representarse como grafos geomtricos.
Una red totalmente conectada (malla) de N nodos requerira:
N(N-1)/2 enlaces
Muy costoso
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Transmisin fsica de la informacin: conmutacin
Red parcialmente conectada
Solamente hay algunos enlaces entre cada par de nodos
Problema: hay que encontrar un camino para llegar desde un nodo a otro
Solucin: conmutacin
Conmutacin (definicin)
Una red conmutada consta de una serie de nodos interconectados a travs de conmutadores
Un conmutador es un dispositivo capaz de enlazar temporalmente dos o ms dispositivos
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Transmisin fsica de la informacin: conmutacin
Dos tipos de conmutacin
Conmutacin de circuitos
Los recursos para la transmisin se reservan mientras dura la
comunicacin
Los enlaces no se comparten con otros circuitos
Ej: Red de telefona tradicional
Conmutacin de paquetes
Los enlaces y los conmutadores (encaminadores o routers) se
comparten
Ej: la red Internet
Cuando se utiliza conmutacin de paquetes se suelen usar
tcnicas de almacenamiento y envo (store and forward)
Se almacena el paquete, se decide por qu enlace debe
retransmitirse y se retransmite
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Tema 2. Tcnicas de acceso y control de enlace
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Transmisin fsica de la informacin: multiplexado
Ancho de banda Se define ancho de banda de una seal analgica como la
anchura del espectro de frecuencias y se mide en Hercios (Hz)
Mayor ancho de banda en Hz => mayor velocidad en bps
Motivacin Aumentar la velocidad de transmisin mediante la
comparticin del ancho de banda del canal
Multiplexado Utiliza un recurso (canal) para transmitir ms de un
mensaje simultneamente.
La entrada son datos/voz de baja velocidad y se combinan en una sola banda de alta velocidad que se transmite por un nico canal.
Beneficios: Se aumenta la eficiencia del canal.
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Transmisin fsica de la informacin: multiplexado
Dos tipos bsicos de multiplexado
Divisin de frecuencias (Frequency-Division Multiplexing o FDM)
Divisin de tiempo (Time-Division Multiplexing o TDM)
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Tecnologa ADSL
Motivacin
Se requiere mayor ancho de banda en el enlace abonado-red de telefona
Uso del enlace para voz: 0 4 Khz
Capacidad real del enlace: 1 Mhz o ms
Solucin
ADSL (Asymmetric digital subscriber line)
Ms capacidad de transmisin en el enlace descendente que en el ascendente
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Tecnologa ADSL
Mapas de frecuencia (por FDM)
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Divisin en varios subcanales por TDM
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Tecnologa ADSL
ADSL: Rangos de frecuencia
Canal de voz: 0 - 4 Khz
Canal de datos: 25 Khz - 1.1 Mhz
Envo: 25 Khz - 150 Khz
Recepcin: 150 Khz - 1.1 Mhz
ADSL 2+: Rangos de frecuencia
Canal de voz: 0 - 4 Khz
Canal de datos: 25 Khz - 2.2 Mhz
Envo: 25 Khz - 500 Khz
Recepcin: 500 Khz - 2.2 Mhz
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Tipos de enlaces
Dos tipos bsicos de enlaces
Punto a punto: comunican dos nodos
Ejemplo: Conexin entre conmutadores
Difusin: son compartidos por varios nodos
Ejemplo: Ethernet, Wifi
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Modos de comunicacin
Tres modos
Smplex: los datos se transmiten en una sla direccin
Semi-dplex (half duplex): los datos se transmiten en ambas direcciones, pero de forma alternada
Dplex (full duplex): los datos se transmiten en ambas direcciones al mismo tiempo
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Rendimiento
Medidas de rendimiento
Latencia: tiempo medio que tarda un paquete en ir de origen a destino
Round trip time: tiempo que tarda un paquete en ir y volver
Ancho de banda (bandwidth): digital (cantidad de bits por segundo bps que admite un canal)
Paquetes transmitidos por segundo
Paquetes perdidos
Tasa de errores
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Rendimiento
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Tiempo de Transmicin:
Ttrans = #datos / ancho de banda
Tiempo de Propagacin:
Tprog = long. canal / vel. prog.
Tiempo de
Procesamiento
Latencia:
Latencia = Ttrans + Tprog
rtt
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ESTRUCTURA Y COMPONENTES DE UNA RED
Funciones de un Sistema de Comunicacin
Modelos Fsicos de Transmisin
Tipologas de Red
Arquitectura de Internet
Computacin Distribuida y Comunicacin
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Funciones/beneficios de las redes
Las redes de ordenadores permiten:
Mejora el proceso de obtencin y almacenamiento de la informacin
Compartir informacin (ej: carpeta compartida)
Compartir perifricos (ej: impresora compartida)
Comunicacin entre usuarios (e.g. mensajera instantnea, blogs, redes sociales)
Mayor capacidad de procesamiento (ej: paralelismo, computacin en la nube)
Y tambin traen consigo varios problemas
El software distribuido es complejo
Problemas producidos por la red de comunicacin
Problemas de seguridad
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Clasificacin
Criterio: medio de transmisin
Redes cableadas
Redes inalmbricas
Criterio: cobertura geogrfica
PAN (Personal Area Network)
LAN (Local Area Network)
MAN (Metropolitan Area Network)
WAN (Wide Area Network)
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Clasificacin: medio de transmisin: redes cableadas
Caracterstica bsica
Utilizan un cable para la transmisin de informacin
Medios de transmisin
Cable de par trenzado de cobre: barato, flexible, distancias mximas de cientos de metros
Cable coaxial: mejor ancho de banda que el par trenzado, poco flexible
Fibra ptica: distancias de cientos de kilmetros, seguras, costosas
Ejemplos: Ethernet, SDH/Sonet
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Clasificacin: medio de transmisin: redes inalmbricas
Caracterstica bsica
El sistema de transmisin no es un medio slido
Medios de transmisin
Rayos infrarrojos: direccionales, seguros, poco ancho de banda
Ondas de radio terrestres: omnidireccionales, atraviesan paredes
Ondas de radio por satlite: alta latencia, elevado ancho de banda
Ejemplos: UMTS, IEEE 802.11, Bluetooth
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Tipologas de red: redes de rea personal (PAN)
Caractersticas principales:
Cobertura: pocos metros
Objetivo principal: interconectar dispositivos prximos a una persona
Telfono mvil
Televisin, Cmara de vdeo
Teclado, ratn
Impresora
Bajo consumo
Alcance limitado
Ejemplo: Bluetooth
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Tipologas de red: redes de rea local (LAN)
Caractersticas principales:
Cobertura: uno o varios edificios
Compuestas por varios segmentos, que se interconectan mediante concentradores (hubs) o conmutadores (switches)
Topologas
Bus: Ethernet (IEEE 802.3)
Anillo: Token Ring (IEEE 802.5)
Estrella: Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
Todos con todos: WiFi (IEEE 802.11)
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Tipologas de red: redes de rea metropolitana (MAN)
Caractersticas principales:
Cobertura: una ciudad
Dos tipos de infraestructuras:
Redes de fibra ptica
Redes inalmbricas
Ejemplos: DQDB, WIMAX (IEEE 802.16)
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Tipologas de red: redes de rea extensa (WAN)
Caractersticas principales:
Cobertura: ciudades, pases, el mundo entero
Los equipos estn interconectados mediante conmutadores
Necesitan infraestructuras proporcionadas por entidades de telecomunicacin (pblicas y/o privadas)
La latencia de los mensajes suele ser elevada
Ejemplo: Internet
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Computacin distribuida y comunicacin
Aplicaciones distribuidas
Las aplicaciones distribuidas consisten en procesos que se
comunican y sincronizan entre si mediante el intercambio
de mensajes
Comunicacion distribuida
Intercambio de informacio n entre procesos
Sincronizacio n
Puntos de ejecucio n en los que dos o mas procesos se
ponen de acuerdo
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Tema 4. Servicios bsicos para el nivel de transporte en Internet
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Computacin distribuida y comunicacin
Caracteri sticas
Los procesos de una aplicacio n distribuida no comparten
memoria
La comunicacio n se lleva a cabo mediante paso de
mensajes
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Computacin distribuida y comunicacin
Algunas cuestiones a resolver:
Utilizan los dos procesos la misma tabla de codificacio n de
caracteres?
Consideran ambas maquinas los mismos voltios para un
bit 0 y un bit 1?
Co mo sabe el proceso receptor cual es el u ltimo bit de un
mensaje?
Co mo se puede saber si un mensaje se ha perdido o ha
sido dan ado y, en caso de que as sea, co mo se arregla esa
situacio n?
Que taman o tienen los tipos de datos nume ricos y co mo se
representan internamente?
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MODELO EN CAPAS Y ESTNDARES
Una Arquitectura en Capas
Estandarizacin de Protocolos de Comunicacin
La Torre de Protocolos de Internet
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Arquitectura en capas
Las redes son sistemas complejos
Una forma de abordar la complejidad es establecer
modelos de capas
Ejemplos: sistemas operativos, model-view-contoller
Una capa N proporciona un servicio a la capa N+1 y es
usuaria de la capa N-1
La funcionalidad de comunicaciones en redes de
ordenadores se organizan en capas
El modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection)
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Arquitectura en capas
Componentes:
Las capas
Las interfaces de servicio
Los protocolos
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TCP connection
response Get http://www.awl.com/kurose-ross
time
TCP connection
request
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Arquitectura en capas
Protocolos
Un protocolo es un conjunto de reglas normalizadas que
establecen el formato, contenidos y significado de los mensajes
que se transmiten entre equipos distintos, as como el orden en el
que hay que enviarlos y las acciones a tomar al enviarlos y
recibirlos
Para que dos equipos se comuniquen deben implementar el
mismo protocolo en cada capa
Arquitecturas de capas en redes de ordenadores
Se denominan arquitecturas de redes o familias de protocolos
(Network protocol families)
Definicin de un conjunto de protocolos organizados en capas
La implementacin de una arquitectura de red se llama torre de
protocolos (protocol stack)
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Protocolos
Tipos de protocolos
Orientados a la conexin (connection oriented): el emisor y
el receptor han establecer de una conexin antes de
intercambiar informacin
Ejemplos: el telfono, TCP
Sin conexin (connectionless): no es necesario establecer
ningn tipo de conexin previa al intercambio de
informacin
Ejemplos: el sistema de correo postal, UDP
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Estndares
Dos tipos de normas
De facto (de hecho): se establecen sin ningn planteamiento formal
De Jure (por ley): normas formales promulgadas por organismos
Dos tipos de entidades de normalizacin
Gubernamentales
Organizaciones voluntarias
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Estndares
Organismos relevantes
Estndares: ISO (International Organization for Standarization) http://www.iso.org
Modelo OSI (Open Systems Interconnection)
Comunicaciones: The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) http://www.ieee.org
Ethernet (802.3) Wifi (802.11)
Telecomunicaciones: ITU Telecommunication Standarization Sector (ITU-T) http://www.itu.int/ITU-T/
ADSL (G.992) H.264 (MPEG4)
Internet: Internet Engineering Task Force (IETF) http://www.ietf.org
HTTP (RFC 2616) DNS (RFC 1034/1035)
Web: The World Wide Web Consortim (W3C) http://www.w3.org
HTML5 CSS
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Estructura de una Red
Modelos en Capas y Estndares
http://www.iso.org/http://www.iso.org/http://www.iso.org/http://www.ieee.org/http://www.ieee.org/http://www.itu.int/ITU-T/http://www.itu.int/ITU-T/http://www.itu.int/ITU-T/http://www.itu.int/ITU-T/http://www.itu.int/ITU-T/http://www.ietf.orghttp://www.ietf.orghttp://www.w3.orghttp://www.w3.orghttp://www.w3.orghttp://www.w3.org
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Tema 4. Servicios bsicos para el nivel de transporte en Internet
Tema 5. Aplicaciones distribuidas en Internet
El modelo de referencia OSI
Servicios para el usuario
Representacin de datos
Manejo de conversaciones (sesiones)
Conexin extremo a extremo
Paquetes entre nodos (ruta).
Tramas entre nodos directamente conectados
Bits como seales
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El modelo de referencia OSI
Propsito
Conseguir una estandarizacin de las tecnologas de comunicaciones en redes de ordenadores
Adopcin del modelo
Mentalidad de telecomunicaciones, no de informtica
til para estudiar redes de ordenadores
Proporciona un lenguaje comn entre diseadores, directores, vendedores y usuarios al tratar temas referentes a la lgica de sistemas de comunicacin.
Malas implementaciones, modelo muy complejo
Temporizacin: Teora del apocalipsis de los dos elefantes.
Conceptos y Temas de Comunicaciones
Estructura de una Red
Modelos en Capas y Estndares
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Tema 1. Introduccin a las redes y sistemas distribuidos
Tema 2. Tcnicas de acceso y control de enlace
Tema 3. Protocolos de Interconexin de Redes
Tema 4. Servicios bsicos para el nivel de transporte en Internet
Tema 5. Aplicaciones distribuidas en Internet
Arquitectura de TCP/IP
TCP/IP define tres o cuatro capas
A nivel de enlace pueden usarse diferentes tipos de redes
Fcil adopcin e integracin con las diferentes redes
existentes en su momento
Conceptos y Temas de Comunicaciones
Estructura de una Red
Modelos en Capas y Estndares
Bit
Trama
Paquete / Datagrama
Segmento / Datagrama
Mensaje
Tema 1. Introduccin a las redes y sistemas distribuidos
Tema 2. Tcnicas de acceso y control de enlace
Tema 3. Protocolos de Interconexin de Redes
Tema 4. Servicios bsicos para el nivel de transporte en Internet
Tema 5. Aplicaciones distribuidas en Internet
Arquitectura de TCP/IP
IP es su protocolo ms importante
A nivel de transporte ofrece dos alternativas: con y sin
conexin
La mayora de las aplicaciones de Internet usan TCP
FTP (File Transfer Protocol), HTTP (Hypertext Transport Protocol),
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
Conceptos y Temas de Comunicaciones
Estructura de una Red
Modelos en Capas y Estndares
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Tema 1. Introduccin a las redes y sistemas distribuidos
Tema 2. Tcnicas de acceso y control de enlace
Tema 3. Protocolos de Interconexin de Redes
Tema 4. Servicios bsicos para el nivel de transporte en Internet
Tema 5. Aplicaciones distribuidas en Internet
Encapsulamiento
Conceptos y Temas de Comunicaciones
Estructura de una Red
Modelos en Capas y Estndares
origen
application
transport
network
link
physical
Ht Hn M
segmento Ht
paquete
destino application
transport
network
link
physical
Ht Hn Hl M
Ht Hn M
Ht M
M
network
link
physical
link
physical
Ht Hn Hl M
Ht Hn M
Ht Hn M
Ht Hn Hl M
router
switch
mensaje M
Ht M
Hn
trama
destino