Redes de Datos Redes de Datos

Redes de DatosDatos- Interconexión
de redes
Especialización en Telecomunicaciones
UPB Bucaramanga
Interconexión de redes
WAN2
LAN1
WAN
LAN 2
WAN1
WAN3
LAN3
Conceptos básicos
y
Internetworking
◦ Modo de operación en que estaciones se conectan a
un conjunto de redes interconectadas entre sí.
sí
y
Internet
◦ C
Conjunto
j
de
d redes
d de
d diferentes
dif
tipos
i
(LAN,
(LAN MAN,
MAN
WAN) interconectadas entre sí.
y
S b d
Subred
◦ Cada una de las redes que componen una internet
Conceptos básicos
y
IS: Intermediate System
◦ Dispositivo que interconecta dos subredes
◦ Otros nombres: IWU (Internetworking Unit)
Unit), Router
(enrutador), Gateway (Pasarela)
y
Convertidor de protocolos
p
◦ Dispositivo que comunica dos redes con
arquitecturas de protocolos diferentes
y
Datagrama
◦ Modo de funcionamiento
◦ Paquete
Enrutador vs. Convertidor
Aplicac.
Present.
sesion
Transp.
Red
Enlace
Fisica
Red
Enlace
Fisica
Red’
Enlace’
Fisica’
Red 1
Aplicac.
Present.
sesion
Transp.
Red
Enlace
Fisica
Enrutador
Red 2
Aplicac.
Present.
sesion
Transp.
Red
Enlace
Fisica
Red 1
Aplicac.
Present.
sesion
Transp.
Red’
Enlace’
Enlace
Fisica’
Aplicac .
Aplicac’.
Present’.
Sesion’
Transp’.
Red’
Red
Enlace’
Fisica’
Aplicac’.
Aplicac’
Present’.
Sesion’
Transp’.
Red’
Enlace’
Fisica’
Red 2
Convertidor
De Protocolos
El pprotocolo IP
Interconexión de redes con IP
y
y
y
IP: Internet Protocol
Proporciona un servicio sin conexión (modo
d
datagrama)
) entre sistemas
i
finales
fi l
Ventajas de esta característica:
◦ Es flexible: Gran variedad de redes. Usa poca
información de las redes que atraviesa.
◦ Es robusto: Ante problemas en segmentos de ruta, los
paquetes se encaminan por una ruta alterna.
Protocolo IP: Formato de la trama
Operación
d IP
de
Características de la interconexión
de redes con IP
y
Internet como una red de conmutación de
paquetes:
◦ Nodos
◦ Enlaces
y
Enrutadores
Subredes
Características:
◦
◦
◦
◦
◦
Encaminamiento
p de vida de los datagramas
g
Tiempo
Segmentación y re-ensamblado
Control de errores
Control de flujo
Encaminamiento
y
y
y
y
y
Usa tablas de encaminamiento en los Routers y
sistemas finales: siguiente router según el
destino ((dirección IP destino)) del Datagrama.
g
Campo Cabecera IP: Dirección IP
Destino
Tipos: Estático, Dinámico
Cuando un dispositivo de encaminamiento se
desconecta, todos sus vecinos emiten un
informe de estado.
Esto permite que otros Routers y estaciones
actualicen sus tablas de encaminamiento.
Encaminamiento
y
y
y
Debe asegurar que los datos de cierto nivel de
seguridad no se les permita pasar a través de
redes no acreditadas para gestionarlos.
gestionarlos
Encaminamiento por la fuente: usado si se
quiere
i
d
dar seguridad.
id d
Registro de ruta: cada router anexa su dirección
internet a una lista que lleva el datagrama
(comprobación de rutas)
Tiempo de vida de los datagramas
y
Existe
E
i lla posibilidad
ibilid d d
de que un d
datagrama viaje
i j
indefinidamente a través del conjunto de redes:
◦ Consume recursos
◦ Podría funcionar mal el protocolo de la capa de transporte
Una vez transcurrido el tiempo de vida, el datagrama
se descarta
y Implementación:
p
Contador de saltos ((se decrementa
con cada router), también se podría trabajar con
tiempo pero se requiere sincronización de la red.
y Campo cabecera IP: TTL (Time To Live)
y
Segmentación y reensamblado
y
y
y
Las subredes podrían especificar tamaños
máximos de paquetes diferentes.
Podría requerirse que los routers segmenten
los paquetes de entrada en unidades más
ppequeñas
q
llamadas fragmentos
g
para
p
transmitirlos a la siguiente red.
¿¿Dónde reensamblarlos?
◦ Destino
◦ Routers intermedios
Segmentación y reensamblado
y
Reensamblado en el Destino:
◦ Los paquetes pueden volverse demasiado pequeños,
lo qque afecta la eficiencia de las redes.
◦ Simple
y
Re-ensamblado en Routers intermedios:
◦ Grandes memorias temporales para almacenar
datagramas parciales
◦ Todos los segmentos de un datagrama deberían pasar
por el mismo router de salida (no permite
enrutamiento dinámico)
Segmentación y reensamblado
IP reensambla los fragmentos de un
datagrama en el sistema final destino.
y Campos de la cabecera IP:
y
◦
◦
◦
◦
ID: Identificador de la unidad de datos
Longitud de datos
D l
Desplazamiento
i t
Indicador de más datos
Segmentación y reensamblado
reensamblado::
Campos Cabecera IP
y
y
y
y
ID identifica de forma única un datagrama
originado por un sistema final.
ID= Dir
ID
Dir. IP Origen + Dir
Dir. IP Destino +
Protocolo (capa superior) + número de
secuencia
Total Length: (Longitud de datos) longitud de
datos de usuario en octetos
Fragment Offset: (Desplazamiento) Posición
de un fragmento
g
de los datos de usuario en el
campo de datos en el datagrama original
(múltiplos de 64 bits).
Ejemplo de Fragmentación
Re--ensamblado
Re
y
y
y
Los datos de fragmentos con el mismo ID se
almacenan en una memoria temporal en la
posición correcta de acuerdo al desplazamiento
indicado.
E t proceso se repite
Este
it hasta
h t que ell campo de
d
datos está completo (inicia con un
d l
desplazamiento=0
i t 0 y ttermina
i con un indicador
i di d
de más datos puesto a falso.
Se requiere una buena cantidad de memoria
Reensamblado
y
Qué pasa si se pierden segmentos?
◦ IP no garantiza la entrega
◦ Alternativas:
Alt
ti
x Asignar un tiempo de vida al reensamblaje del primer
segmento
g
que
q llega:
g Temporizador
p
que
q al expirar
p
desecha
todos los segmentos que intentaron reensamblarse.
x Uso del campo de tiempo de vida de los datagramas IP. Al
llegar al destino,
destino se decrementa este campo periódicamente
hasta llegar a cero (se descartan los fragmentos).
Control de errores
y
y
y
Cuando un router descarta un datagrama,
datagrama debe
intentar devolver alguna información al origen
((si es pposible).
)
El protocolo IP del origen avisa a las capas
superiores.
p
Razones para descartar un datagrama:
◦ Expiración
p
tiempo
p de vida
◦ Congestión
p
de la cabecera
◦ Error en la suma de comprobación
Control de flujo
y
y
y
Permite a los routers o a las estaciones
receptoras limitar la velocidad de entrega de
paquetes del origen.
origen
En internet los mecanismos son limitados ya
que ell servicio
i i es sin
i conexión.
ió
Se usa el mensaje SOURCE QUENCH del
protocolo ICMP para avisarle al origen que
disminuya la tasa de envío de paquetes.
Protocolo ICMP
y
y
y
y
ICMP: Internet Control Messages Protocol
Proporciona información de realimentación
sobre
b problemas
bl
del
d l entorno de
d comunicación.
i ió
En general, un mensaje ICMP se envía en
respuesta a un datagrama, ya sea por un router
o por un sistema final destino.
ICMP es un usuario de IP: Los mensajes ICMP se
envían como datagramas (no es seguro que
lleguen)
Mensajes ICMP
Mensaje
Significado
Destino inalcanzable
Un router no sabe llegar al dest.
dest
Tiempo excedido
Ha expirado t. Vida datagrama
g
Ralentización del origen
Disminuir tasa envío datos
Redirección
Se indica una mejor ruta
Eco
Obliga al dest. A contestar
Respuesta a Eco
Resp. A solic. Eco
Marca de tiempo
Origen envía info. De tiempo
Respuesta a marca de tiempo
Destino envía info. De tiempo
Petición de máscara de dirección Solicitud del origen al destino
Respuesta a máscara
á
de
d direcc.
d
Máscara
á
enviada
d all origen
Protocolo ICMP: Formato de los
mensajes
Servicios IP
Son la interfaz con la capa superior (TCP)
y Se expresan mediante primitivas
(f i
(funciones)
) y parámetros
á t
(datos
(d t a pasar).
)
y IP especifica dos primitivas:
y
◦ Send (envío de una unidad de datos)
g de unidad de datos))
◦ Deliver ((entrega
Servicios IP
Send{
Dirección origen
Dirección destino
Protocolo
Indicadores tipo servicio
Id
Identificador
f d
Indicador de no
fragmentación
Tiempo de vida
Longitud de los datos
D t de
Datos
d opción
ió
Datos
}
Deliver{
Dirección origen
Dirección destino
Protocolo
Indicadores tipo servicio
Longitud de los datos
Datos de opción
Datos
}
Parámetros de los servicios IP
y
Tipo de servicio:
◦ Usado para solicitar una calidad de servicio
particular
◦ Parámetros:
x
x
x
x
Precedencia (similar a prioridades,
ri ridades 8 niveles)
ni eles)
Seguridad (alta, normal: intentar no perderlo)
Retardo (normal,
(normal bajo: minimizar retardo)
Rendimiento (normal, alto: maximizar velocidad)
Parámetros de los servicios IP
y
Opciones (Datos de opción):
◦ Se incluyen parámetros que normalmente no se
invocan
◦ Opciones:
x Seguridad (etiqueta adicional)
x Encaminamiento por la fuente (lista de routers a seguir)
x Registro de la ruta (lista de routers visitados por el
datagrama)
g
)
x Identificación de secuencia: identifica recursos reservados para
servicios con secuencia (ej. voz)
x Marcas de tiempo (entidad IP origen o routers colocan una
marca temporal (precisión mseg) a los datagramas)
Direcciones IP
y
y
y
El origen y destino tienen una dirección de 32
bits
Dirección = ID.
ID Red + ID.
ID Computador
Clases de redes
◦ Clase A: 0 + Red(7bits) + Computador (24bits)
◦ Clase B: 10+Red (14bits) + Computador (16 bits)
◦ Clase C: 110+Red(21bits)+Computador(8bits)
y
Notación punto decimal:
◦ 11000000 11100100 000010001 00111001
◦
192 . 228 .
17
. 57
Direcciones IP máscara de subred
Representación binaria
Punto decimal
Dirección
ó IP
11000000.11100100.00010001.00111001
192.228.17.57
Máscara de
subred
11111111.11111111.11111111.11100000
255.255.255.224
Resultado
11000000.11100100.00010001.00100000
And bit a bit
192.228.17.32
Número de
subred
11000000.11100100.00010001.001
1
Número de
computador
00000000.00000000.00000000.00011001
25
Enrutamiento usando subredes
Protocolos de Enrutamiento
Introducción
y
En topologías complejas se requiere
cooperación dinámica entre los routers para:
◦ Evitar porciones de red con fallos
◦ Evitar porciones de red con congestión
y
Se requiere que los routers intercambien
información sobre:
◦ Qué
Q redes son accesibles?
◦ A través de qué Routers se puede acceder?
◦ Características de retardo de las rutas?
y
Solución: Protocolos de encaminamiento
Protocolos de encaminamiento
y
Información necesaria
◦ Entre ES y IS: Destino en la misma red o en
otra?
◦ Entre IS’s: Información global de la red
y
Sistema autónomo:
◦ Conjunto de redes interconectado por IS’s
IS s
pertenecientes a un mismo dominio
administrativo
Sistema Autónomo
Un AS está contiene un grupo de
encaminadores intercambiando
información a través de un protocolo de
encaminamiento común
y Un AS es un conjunto de redes y
p
de encaminamiento
dispositivos
gestionados por una única organización
y En todo momento (excepto cuando hay
fallos), existe conexión entre los
df
diferentes
nodos
d
y
Tipos de Protocolos de
Encaminamiento
y
Interiores a un Sistema Autónomo:
◦ IRP: Interior Router Protocol (También conocido como IGPInterior Gateway Protocol)
◦ Funciones de encaminamiento dentro del sistema Autónomo
◦ Pueden cambiar de un SA a otro
◦ Ejemplos de IRP: RIP (Routing Information Protocol), Algoritmo
OSPF (Open Shortest Path First)
y
Exterior a un sistema Autónomo:
◦ ERP: Exterior Router Protocol (También conocido como EGPExterior Gateway Protocol)
◦ Intercambia información de encaminamiento con otros Sistemas
Autónomos (A quiénes se puede alcanzar por un SA específico)
◦ Ejemplo:
Ej
l BGP (Border
(B d Gateway
G t
Protocol)
P t
l)
Aplicación de IRP y ERP
Internet: BGP, Border Gateway Protocol (ERP)
OSPF, Open Shortest Path First (IRP)
OSPF
y
y
y
y
y
OSPF: Open Shortest Path First (RFC 2328)
Cada Encaminador mantiene la información del estado
de sus enlaces locales
El Encaminador transmite la información de estado de
los enlaces pperiódicamente a los Encaminadores qque
conoce
Cada Encaminador que recibe un paquete de
actualización, debe enviar una confirmación al emisor.
Cada Encaminador mantiene una base de datos que
refleja la topología conocida del sistema Autónomo del
que forma parte.
BGP
BGP: Border Gateway Protocol (RFC
1771)
y Permite cooperación en el intercambio de
información de encaminamiento entre
Encaminadores (Gateways ó Pasarelas) de
sistemas Autónomos diferentes.
y Posee tres procedimientos:
y
◦ Adquisición de vecinos
◦ Detección de vecinos alcanzables
◦ Detección
D t ió de
d redes
d alcanzables
l
bl
BGP: Adquisición de Vecinos
y
Router A
Router B
open
keepalive
y
EEs un procedimiento
di i t
para que dos
Encaminadores vecinos
se pongan de acuerdo en
que intercambiarán
información de
Encaminamiento.
Alguno podría no querer
hacerlo por tener
demasiada congestión.
BGP: Detección de vecino
alcanzable
y
Router A
keepalive
keepalive
keepalive
Router B
Cada
C
d Router
R
necesita estar seguro
d que su par existe
de
i
y está comprometido
con la
l relación
l ió d
de
vecino
T refresco
BGP: Detección de Red Alcanzable
y
Router A
Update
Router B
Router C
Update
y
Cada
C
d Encaminador
E
i d
mantiene una base de
datos con las redes que
puede alcanzar y la ruta
preferida para alcanzar
esa red.
Cada vez que hay un
cambio, este se informa a
los demás vecinos
(mensaje Update)