Lab: Telecomunicaciones y satélites

Los servicios de telecomunicaciones en todo el mundo dependen en gran medida de los satélites, proporcionando enlaces a la tierra entre diferentes aplicaciones, para este laboratorio se nos pide realizar una investigación de dichas aplicaciones, al igual que de los mecanismos que se utilizan para interceptar las comunicaciones y las maneras que existen para protegerlas.

Entre las diferentes aplicaciones que podemos encontrar en los satélites de comunicaciones, tenemos los siguientes:

Los servicios fijos, son conexiones fijas o de distancia de punto a punto, donde se tienen antenas fijas y los satélites ofrecen una gran variedad de aplicaciones, por ejemplo transporte de voz, datos, televisión y contenidos de internet a diferentes centros de distribución y empresas de redes que hacen enlaces a terminales, llamados VSAT, logrando así la conectividad a gran escala con una buena flexibilidad.

En muchas partes del mundo, las redes terrestres están fragmentados o no existen, por lo que la conexión por satélite abre una puerta a esas zonas que están desatendidas.

La radiodifusión ha sido la principal aplicación de los satélites durante muchos años, la televisión a difusión directa o por radio, canales de televisión y radio que se transmiten desde las estaciones terrestres de satélites que regresan en grandes áreas de cobertura de la tierra, directamente a nuestra la casa.

Un solo satélite puede ofrecer cientos de canales de un país o de un continente entero, la transmisión de escaneo o la adquisición de estas señales ha aumentado el potencial de un satélite en términos de número de canales, las emisiones pueden ser recibidos por los usuarios privados, así como a trés de claves públicas que dan acceso a la conexión por satélite.

Las conexiones móviles también forman parte de las aplicaciones, las conexiones de voz, datos, video, a los dispositivos móviles, las centrales locales llevan a las llamadas a una estación terrena (algunas veces llamado telepuerto), en el que se emiten en la dirección de un satélite geoestacionario, de esta manera, se reenvía al satélite otra estación que hace la recepción y el enrutamiento final, existen algunos teléfonos que se conectan directamente por satélite como los barcos o aviones, siendo capaces de transmitir una señal y el punto de enlace con el satélite, incluso cuando se están moviendo.

Los satélites también permite beneficiarnos por el acceso a internet mediante la creación de un vinculo bidireccional entre una banda ancha y una estación conectada a la red, esto es especialmente útil para los usuarios que se encuentran en lugares muy remotos y no pueden conectarse por ADSL a través de una red telefónica.

Se necesitan un seguimiento eficaz, oportuno y sobre todo las comunicaciones seguras, es un tema fundamental en el área de los satélites, sobre todo en la conducción de operaciones militares modernas, las comunicaciones militares existen ya que hay momentos en que la información debe ser transmitida con seguridad a las personas adecuadas, independientemente del lugar y la hostilidad del medio ambiente, las fuerzas armadas saben que los satélites cumplen con esta necesidad de comunicación, a diferencia de las redes de tierra, los satélites proporcionan, en cualquier momento, una amplia cobertura, una mayor flexibilidad en términos de potencia de transmisión y frecuencia, son casi completamente independientes a los obstáculos que dificultan el funcionamiento de redes terrestres.


La importancia de porque se necesitan cuidar las redes por satelites es por ejemplo, existen varias iniciativas internacionales de vigilancia que han participado activamente después de la Segunda Guerra Mundial. Actualmente, la mayoría dependen de centros terrestres, aeronaves de gran altitud y los satélites. En los Estados Unidos, la inteligencia de comunicación entra dentro de las riendas de la Directiva de inteligencia de señales de los Estados Unidos (USSID) y las leyes de privacidad del mismo país. Los proveedores de servicios terrestres y de satélite deben ayudar a las entidades cuando sea necesario a lo dispuesto por CALEA (Asistencia de Comunicación para el Cumplimiento de la Ley) del gobierno. También existen amenazas extranjeras, siempre se debe pedir ayuda a los principales sistemas de espionaje por satélite y terrestres que son de varias naciones extranjeras. En particular, los esfuerzos principales en la inteligencia de señales se han documentado en las instalaciones de inteligencia de señales estratégicamente ubicados.

Las comunicaciones por satélite son especialmente vulnerables a los eavesdropping debido a las grandes áreas que cubren. Existían algunas estaciones que eran conocidos para interceptar todas las comunicaciones por satélite en los años 80. Sólo unos pocos satélites geoestacionarios llevaban sobre todo el tráfico de voz, y el espionaje era una cosa bastante simple. Las comunicaciones por satélite de ahora tienen más probabilidades de no ser interceptados dado el alcance de la comunicación, y dado que las comunicaciones terrestres requieren una gran cantidad de reutilización de frecuencias geográficas, pero expuestas de todas maneras.

Existen algunos software de seguridad comerciales que están disponibles para teléfonos de satélites, por ejemplo, que se basan en algoritmos de cifrado comunes. Sin embargo, los enlaces por satélite siempre deben ser consideradas poco fiables, y siempre se deben utilizar las medidas de autenticación y cifrado específicos.

Los servicios de satélite son sin embargo una buena solución para el servicio resistente en caso de emergencias graves. En los EE.UU. cuatro empresas ofrecen servicio satelital móvil y por ejemplo en los días inmediatamente después del huracán Katrina, los proveedores del SMS mandaron más de 20.000 teléfonos GSM controlados por satélite.

Referencias.
Schwengler Thomas, (2012). Wireless & Cellular Communications. Class Notes. University of Colorado. Recuperado de http://morse.colorado.edu/~tlen5510/text/

NA. (2011). Des satellites pour toutes les applications: Télécommunications & Communications sécurisées. Astrium web. Recuperado de http://www.astrium.eads.net/fr/articles/des-satellites-pour-toutes-les-applications.html

Infográfico

Referencias
SANS Institute InfoSec Reading Room (2003), The GSM Standard: An overview of its security, watchfire, Obtenido de: http://www.sans.org/reading_room/whitepapers/telephone/

Lab: generación de topologías y modos de rateo

Para esta semana de laboratorio se nos pide averiguar cómo se habilitan distintos modos de ruteo en ns-2, al igual que inventar e implementar mecanismos de generación de topologías que imiten alguna infraestructura de redes del mundo real en específico.

Modos de ruteo

Los distintos modos de ruteo que podemos modelar en NS2 se encuentran disponibles códigos ejemplos de como implementar una prueba de ruteo según el código que estes realizando en las clases de prueba de NS-2.35 versión en la cual he estado trabajando, estos son los que yo encontré en la carpeta ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/test:

• Ruteo algoritmico:
• Lo puedes encontrar en el archivo test-suite-algo-routing.tcl
• Ruteo jerárquico:
• Lo puedes encontrar en el archivo test-suite-hier-routing.tcl
• Ruteo de LAN y broadcast:
• Lo puedes encontrar en el archivo test-suite-lan.tcl
• Ruteo manual:
• Lo puedes encontrar en el archivo test-suite-manual-routing.tcl
• Ruteo centralizado multicast:
• Lo puedes encontrar en el archivo test-suite-mcast.tcl
• Ruteo dinamico:
• Lo puedes encontrar en el archivo test-suite-routed.tcl
• Clasificador virtual de ruteo:
• Lo puedes encontrar en el archivo test -suite-vc

Al igual que podemos encontrar mecanismos que nos sirven para hacer scheduling, manejar colas, admisiones de control, etc, entre los cuales encontré:

• Algoritmos de scheduling como:
• FQ (Fair Queueing)
• SFQ (Stochastic Fair Queuing)
• DRR (Deficit Round Robin)
• FIFO
• Estos se encuentran en el archivo test-suite-schedule.tcl
• Control de admisión:
• MS, HB, ACTP, ACTO
• Estos se encuentran en el archivo test-suite-intserv.tcl

Generador de Topologías

Por el lado de implementación de un generador de topologías realicé un programa en TCL en el cual pones como parámetro la topología que deseas realizarle un experimento y realiza una simulación de envio de datos con TCP y FTP.

Las topologías implementadas son:

• Arbol
• Estrella
• Anillo
• Mixto
• Lineal

Entonces, cuando ejecutamos la simulación, ponemos la topología la cual queremos experimentar.

ns simulacion.tcl arbol

A continuación les presento el código que hice.

Estas son algunas capturas de pantalla del código funcionando.

Para finalizar les muestro un video de la simulación de la topología de árbol.

Esto sería todo para la actividad de laboratorio.

Lab: Simulación

Se nos pide para esta entrada de laboratorio diseñar, ejecutar y reportar una simulación de prueba, incluyendo algunas medidas de desempeño y visualización, es por eso que realicé una simulación utilizando NS2, graficando sus valores obtenidos en gnuplot y python.

Lo que hice de simulación es el generar trafico utilizando el protocolo TCP y en capa aplicación utilizando FTP, haciendo una topología de árbol de manera que el nodo padre generara el tráfico y pasara por los demás nodos hijos y ver que si entre más lejos estés de este nodo padre, tenemos menos kbps por segundo, por lo que en los primeros segundos genero el tráfico hacia el nodo 7 y luego genero tráfico para el nodo 8.


Este es el código de la simulación.



En donde pueden ver cómo genero el tráfico y la posición de los nodos, modificando la intensidad de ms y trazos según los nodos y su jerarquía.

Luego, todo esta simulación genera un archivo nam el cual por medio de python saco sus valores interesantes para obtener los kbps que recibe y el tiempo capturado.



Luego, grafico el comportamiento en gnuplot.


Obteniendo la siguiente gráfica.

En donde podemos comprobar que el nodo más lejano al padre (nodo 8), no da la misma velocidad que el nodo 7.

Esta sería la entrada de laboratorio para telecomunicaciones, si tienen alguna duda o comentario favor de comentar.

Lab 4: Técnicas de aseguramiento QoS

En lo que respecta a las telecomunicaciones, la multimedia ha ido incorporandose a nuestra vida diaria, de hecho cuando nosotros nos metemos a la radio de internet o vemos películas en netflix, estamos interactuando con la multimedia de los dispositivos al ofrecer de diferentes formas un servicio de video, audio, etc, es por eso que para esta entrada de laboratorio, vamos a hablar acerca de la calidad de servicio de la multimedia y algunas tecnicas que se pueden utilizar para saber si nos ofrece la calidad que el usuario desea.

Aplicaciones multimedia

Las aplicaciones multimedia refiere a el transpaso de flujo continuo de audio/video a través de la red, en donde la calidad de servicio hace que las aplicaciones tengan un buen nivel de performance necesario para su buen funcionamiento.

Existen diferentes clases de aplicaciones multimedia, por ejemplo streaming de audio y video que se grabó con anterioridad, streaming de audio y video en directo y también aplicaciones de audio y video interactivos, las principales características de estas aplicaciones es que son sensibles al tiempo, por ejemplo ver pedazos cortados, interfiriendo una cierta fluctuación (en inglés jitter), por lo tanto debe ser capaz de ser tolerante y sensible a demoras y perdidas de información.

Los protocolos en el streaming

El streaming es la manera de obtener datos de media que están guardados en una fuente (por ejemplo VoD), transmitiendo al cliente cuando comienza a dar play antes de que todos los datos lleguen al receptor, mientras transmite este sigue recibiendo flujo de datos sin que se guarde dentro del cliente, por lo que encontramos restricciones de tiempo que hace que dichos datos puedan ser vistos al recibir flujo, por que si esperamos el flujo completo, sería una trasferencia de archivo, en realidad en streaming se necesita verlo antes de que todo el fluje termine de obtenerlo, entre las demás clases streaming podemos encontrar cuando es directo, tiempo real, donde podemos encontrar la telefonía IP, video conferencias, juegos distribuidos, etc, en donde un valor promedio de calidad de servicio en este tipo de streaming es menor de 150 mili segundos como una conexión buena y menos de 400 mili segundos como aceptable.

La multimedia básica en internet esta basada en los protocolos TCP/UDP/IP, de forma que cada uno hace su mejor esfuerzo para garantizar que no existan plazos sin datos o delays (UDP, TCP) ni perdidas de partes o contenido (UDP).

Con el protocolo TCP existe el siguiente flujo de datos de manera que realiza:

1. Corrección de perdida. 
2. Retransmisión 
3. Aumentar retardo y jitter.

Actualmente, las aplicaciones multimedia utilizan técnicas en la capa de aplicación como hacer codificación y realizar playback en el buffer, para esconder o disminuir las limitaciones del proveedor de internet.


Mediciones.

Para asegurar que el QoS este funcionando correctamente dentro de alguna red, luego de las técnicas mencionadas anteriormente, se pueden hacer gráficamente el análisis para averiguar si estas son recomendables o no, entre las gráficas que se pueden generar son los siguientes:

• Sacar el promedio de entre los bytes descargados y el tiempo.
• El instante de empezar a descargar entre la hora
• Obtener la media de los datos durante el inicio del buffering
• Graficar los datos descargados al inicio del buffering
• Obtener la longitud del video sobre el tiempo de descarga
• El tiempo de descarga al iniciar un video
• Entre otros.

Por ejemplo, para la tarea de esta materia, estuve trabajando en implementar un experimento que graficara en videos de longitud de 3 minutos, con diferentes formas de internet (cableado analógico, wireless, fibra óptica), para sacar un promedio entre los bytes descargados y el tiempo.

Por ejemplo en videos de resolución 4k, que duran aproximadamente 3 min, podemos encontrar que se termina de descargar a los 500 segundos, aproximadamente 8 min, por lo que no tenemos una buena relación entre calidad de servicio, ya que esta demora más que lo que tarda el video, cosa que se debe de evitar en streaming de video.

Esto cambia radicalmente, cuando tenemos varios dispositivos a la vez al querer hacer streaming de video de 4k, por lo que existen diferentes mecanismos que pretenden arreglar esta situación.


Mecanismos de gestión de tráfico.

Existen diferentes arquitecturas y protocolos utilizado para saber asegurar que existe una buena calidad en el servicio de la red, conocidas para dar soporte a los datos multimedia, entre ellos podemos mencionar los siguientes:

Arquitectura integrado al servicio (IntServ):

Algunas veces, para todos los paquetes IP, tienden a ser tratados de la misma manera sin ninguna diferenciación, por lo tanto, un flujo de streaming en tiempo real, son tratados como servicio Mejor esfuerzo, en donde se almacenan en la cola de acuerdo con el principio FIFO (First In First Out), por lo tanto el tiempo de transmisión puede ser largo y sobre todo no constante existiendo el Jitter, un fenómeno que los medios de transmisión es muy sensible a darse.

El modelo IntServ define una arquitectura capaz de soportar QoS utilizando mecanismos de control adicionales sin afectar el funcionamiento de IP. Se trata de un modelo basado en el protocolo RSVP, este modelo hace que los router reserven recursos para un flujo de datos específico mediante el almacenamiento de información, definiendo dos tipos de servicio.

• Garantía de Servicio (GS) que garantiza el ancho de banda limitado y tiempo de entrega, se debe a que los datagramas se incluirán en el plazo de entrega grantizado y no se descarta debido a desbordamientos de la cola.

• Carga controlado, equivalente al servicio de mejor esfuerzo en un entorno que no está sobrecargado.

Arquitectura diferencia de servicio (DiffServ):

Como pueden ver, el IntServ es difícil de aplicar para grandes redes ya que es difícil mantener un estado de los recursos de la red para cada flujo si por ejemplo esta cambia a cada rato, es por eso que surge la arquitectura DiffServ el cual clasifica el tráfico con un código en el paquete IP, aplicando un trato diferenciado a las distintas clases de tráfico.

Cada clase es identificada por un valor de código haciendo que la entrada de red dentro del router se dirija a la dirección IP asignada, permitiendo que cada IP pueda ser controlado según su flujo de datos, según el RFC 2475.

El DiffServ tiene dos elementos fundamentales:

• Los edge functions, las cuales los routes accedan según la red ISP, responsables de la clasificación de paquetes y el condicionamiento de trafico.

• Los core functions, responsables de enviar únicamente, cuando un paquete es marcado en cierto campo de DS, puede enviar el siguiente flujo.

802.1p

802.1p es un mecanismo de gestión adecuado para el trafico agregado en redes LAN, este mecanismo básicamente define un campo en la cabecera MAC en los paquetes de Ethernet, que puede contener uno de los ocho niveles de prioridad posibles. Los rotures que llevan el tráfico a una LAN va checando el nivel de prioridad de paquetes de transmisión, según corresponde. Los dispositivos LAN, inlcuyendo los switches, gateways y los AP deben tratar los paquetes de acuerdo a su prioridad.

Esto sería todo para la entrada de técnicas para el aseguramiento de QoS, si tienen alguna duda o comentario.

Referencias.
Les mécanismes de controle de la qualité de service dans les réseaux informatiques. Bernard Cousin (Liga).
Estudio e Implementación de Calidad de Servicio. Universidad de Cartagena. Liga.

Lab 3: Mapa de redes WiFi

Para realizar la actividad de laboratorio numero 3 de la materia de telecomunicaciones se nos pide mapear en base a algunos resultados el acceso a internet.

Para realizar esto utilicé la API de google maps, un pequeño programa en PHP para capturar las latitudes y longitudes de modo que podamos tener la distancia entre ellas y el comando airport -s para la captura de información.

RSSI es el indicador de fuerza de señal de recepción, el cual sirve para medir la potencia que tenemos de una red inalámbrica, entre más alto sea esta cifra, o sea, entre más se acerca a 0, es mucho mejor porque nos encontramos más cerca del router, si es más lejos, entonces el valor es más negativo, en mi caso cuando esta muy cerca (lo cheque en dos redes) lo máximo que alcanzaba es -30 o -25 y lo más lejos que encontré es -80, a partir de este rango fue cómo mapeo la red, es importante recalcar que también interviene, por ejemplo cuan pegadas están las casas y si el block que utilizan es mas grueso, por ejemplo dentro de un cuarto de mi casa, no tenía absolutamente ninguna RSSI ni red WiFi, solo algunas veces pero con un valor -80.

Solamente como referencia el parámetro RSSI, aunque varía por situaciones externas.

Para obtener el RSSI el cual demuestra que tan intenso podemos obtener la señal de red, el comando airport -s nos permite escanear las redes que tenemos a nuestro alrededor y así poder saber que tan cerca estamos de un router, en mis test lo que hice fue buscar la menor cantidad posible de RSSI y la maxima cantidad posible del mismo paramatetro para así calcular un radio aparente y dibujar un circulo, este radio es calculado mediante la función de php.



De esta manera, dada mi ubicación obteniendola desde la api de google maps y capturando los datos obtenidos del comando airport fui guardandolos para luego hacer los radios de los routers.

Luego de obtener los datos, me di cuenta que el área que quería comparar solamente tenía 3 conexiones de red inalámbrica a que comparar, en donde de estas tenía valores que podía graficar y poder hacer los círculos, quedando de la siguiente manera.

aparte de que como algunas latitudes y longitudes dadas  en google maps no eran muy exactas, entonces expandí mi área para tener un más amplio rango, teniendo como resultado.

Para luego dibujar en los puntos más lejanos y las coordenadas que consideraba como centro, teniendo como resultado que por ejemplo mi red infinitud tiene más alcance que las redes de intercable, donde su router solamente marcaba un poco espacio de rango.

Para saber como hice este mapa, pueden descargar mi html aquí.

Expongo mi código html.

Lab 2: Infográfico

Puedes descargar la versión vectorial aquí.

Distribución de teclado

Para la actividad 1 de laboratorio se nos pide buscar un ejemplo histórico de un tipo de situación en donde existen varias propuestas de estándares pero no se llega a una sola decisión y discutir cómo se pudiera haber resuelto mejor.

Investigando sobre los hechos que hayan tenido este tipo de acontecimientos encontré uno que considero muy importante ya que a pesar de los años, las distribuciones de teclado, al menos en Latinoamérica, hemos adaptado la distribución QWERTY, pero con pequeñas modificaciones, cuando nosotros vamos a USA o vemos alguna computadora extrajera, estas tienen otras distribuciones de teclado, por ejemplo las francesas tienen otra distribución llamada AZERTY, entonces, ¿Por qué no se unifican en una sola distribución?, en esta entrada voy a explicar lo que encontré sobre esta situación.


Después de los años de la guerra civil de los Estados Unidos, empieza a brotar nuevas ideas e inventos, con el fin de mejorar las tareas de la vida diaria en cosas más simples, es por eso que se empieza a crear la máquina de escribir en donde se esperaría que las personas de manera simple hicieran documentos de manera mecánica, por lo que luego de la creación de la maquina de escribir, llega un problema, ¿Cómo vamos a poner las teclas en una máquina?.


Al empezar a realizar las máquinas de escribir, empieza la competencia sobre el crear una distribución estándar único, entonces fue cuando Christopher Sholes[1], un editor de un periódico de Wisconsin entre otros oficios, decide no solamente crear una máquina de escribir, que para ese tiempo ya había unas cuantas, si no que decidió realizar la máquina de escribir de manera que fuera única.

El reto para Christopher era el diseñar todo un sistema que tuviera un cierto vinculo entre una interfaz fácil de entender para cualquier persona, al principio opto por tener una distribución alfabética, al paso del tiempo se da cuenta que esta no era una manera optima para escribir, por lo que empieza observar y asistir a concursos de aquellos años en donde participaba para saber quien podía teclear más rápido en una máquina de escribir, es cuando Sholes se le ocurre la idea de crear una distribución de manera que empezó a identificar cuales letras eran las que se utilizaban frecuentemente y empezó a reorganizarlos en el teclado, esto es lo que cuenta la historia pero no existe documentación especifica del porqué utilizó esta distribución, pero luego en el año de 1873 QWERTY fue adoptada por Remigton y se convierte en la base de las distribución de teclados.


Pero apesar de que después de tantos años se siga utilizando el QWERTY existen todavía personas que alegan que no es ergonomico, al menos para idiomas como el inglés, en donde se origina su distribución, pues se dice que por ejemplo, las letras T y H son unas de las más utilizadas en este idioma y se encuentran en lados no accesibles una de otra, cuando por ejemplo las letras E y R, al momento de estar juntas, hace que no tenga eficiencia, esto hace que tengas cierta desaceleración, según especialistas. En donde se concluye, según ellos que "La ergonomia no era una característica en el diseño del siglo 19"[2].


No podemos decir que QWERTY es la única distribución de teclado que existe y que es universal, por ejemplo cuando instalas Ubuntu, vienen muchas según regiones e idiomas, entonces a principios de los años 30, empieza una rebelión entre un investigador llamado Dvorak, en donde dice que QWERTY es ineficiente para un taquígrafo, es por eso que empieza a realizar su propia distribución, en donde usuarios que utilizaban Dvorak[3] (el cual todavía lo puedes poner en tu computadora), reportaban que esa distribución era más rápida y precisa, pero luego de tantos años entre disputas y guerra de formatos, QWERTY se estableció entre los formatos.

El resultante de QWERTY no solamente se encuentra en teclados de habla inglesa, si no que resulta que se ha convertido en un estándar para todos los idiomas, es por eso que cada región empezó con la creación de nuevos diseños según sus idiomas, unos teniendo éxitos en sus países de origen, solo por nombrar algunos, basados en QWERTY, son el Francés AZERTY, el alemán QWERTZ o el italiano QZERTY[4].


En lo personal, creo que nosotros utilizamos QWERTY, no porque nos digan que está organizado de manera "inteligente" y es mejor, yo creo que es primitivo y que por consecuente, hemos aprendido a saber donde esta cada letra en cada tecla, es por eso que ya se nos facilita el hecho de escribir en esta distribución, tal vez existen mejores distribuciones pero nosotros estamos acostumbrada a esta y que si, por ejemplo, pongo algún dispositivo en distribución AZERTY, luego de un tiempo de proceso, podria estar cómodo en esa distribución, al menos eso creo que sería el resultado, una de las soluciones que propongo, la cual no se si pueda ser correcta es, en vez de contabilizar el numero de pulsaciones de cada letra según el idioma, acomodar el teclado, sería el hacerlo por la raíz de la lengua, por ejemplo entre francés y español y otra distribución entre inglés y alemán, etc, para luego hacer una universal, lo cual veo difícil.

Otra solución, aplicando las tecnologías que actualmente están en auge, sería el hacer un teclado que tuviera en cada botón una pantalla y que este cambie según el idioma en el que se encuentre el sistema operativo, una idea parecida a la un prototipo que están desarrollando [5].

Bibliografía
[1] Christopher Soles Bio. Liga.
[2] Why do we all use QWERTY keyboards?, BBC london. Liga.
[3] Devorak Simplified Keyboard, Liga.
[4] Le clavier est "qwerty" et non pas dans l'ordre alphabétique. Liga.
[5] E-inkey keyboard concept by Maxim Mezentsev. Liga.

Redes de telecomunicaciones

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