Nivel de red Índice general Redes de conmutación Nodos de

Arquitectura de Redes, Sistemas y Servicios
Índice general
Curso 2007/2008
TEMA 5
Q
Introducción a las redes de conmutación
Q
Funciones del nivel de red
–
Nivel de red
–
–
–
Miguel Ángel Gómez Hernández
Q
Encaminamiento
Control de la congestión
Direccionamiento
Fragmentación
Aspectos de IP y capa de paquetes X.25
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Redes de conmutación
Q
Nodos de conmutación
Típico en WAN
–
–
Q
Comunicaciones de larga distancia
Colección de recursos
Conectados a
–
–
Q Nodos
de conmutación
Q Enlaces entre ellos
–
–
de datos entre nodos típicamente
multiplexados
los nodos no les importa el contenido
Recursos compartidos entre diferentes
comunicaciones
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Estaciones terminales
Otros nodos
Q Circuitos
Datos encaminados a través de los nodos
QA
TEMA 5 (2)
TEMA 5 (3)
Q
Dos tecnologías de conmutación
–
–
Conmutación de circuitos
Conmutación de paquetes
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (4)
Ejemplo de red conmutada
Conmutación de circuitos
Q
Q
Camino dedicado entre los dos extremos
Tres fases
–
–
–
Q
Problemas
–
–
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (5)
Conmutación de circuitos
Q
Hace falta capacidad disponible para establecer
conexión - ¡¡Reserva!!
Hace falta decidir el camino
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (6)
Ejemplo de conmutación de circuitos
No eficiente para comunicación entre
ordenadores
–
Capacidad de canal dedicada mientras
dura la comunicación
Q Bueno
–
Q
Establecimiento de conexión
Transferencia de datos
Liberación de conexión
sólo si flujo continuo de datos
voz, vídeo…
Establecimiento lleva tiempo
–
Una vez establecida la conexión
Q La
transferencia es transparente
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (7)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (8)
Conmutación de paquetes
Q
Datos divididos en paquetes pequeños
–
–
Q
–
–
–
Q
otras, de encaminamiento
Q
–
Q
TEMA 5 (9)
Los paquetes forman una cola y se transmiten por el
enlace lo más rápidamente posible
Cada nodo de conmutación hace los cambios
necesarios
Los paquetes pueden aceptarse siempre
–
and forward”
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Multiplexación por división en el tiempo estadística
Permite conectar redes de velocidades
distintas
–
Reciben los paquetes
Los almacenan brevemente
Los envían al siguiente nodo
Q “Store
Un enlace compartido por muchos paquetes
–
Los nodos de conmutación
–
Eficiente
Q
Datos de usuario
Información de control
Q Entre
Q
Conmutación de paquetes
Aunque puede aumentar el retardo
Aunque se puede acabar con la memoria
disponible en los nodos
Pueden usarse prioridades
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Redes de datagramas
Redes de circuitos virtuales
Cada paquete tratado de forma
independiente
Q Los paquetes de la misma comunicación
Q
Q
–
–
Q El
–
Q
Petición de llamada
Aceptación de llamada
–
–
receptor podría reordenar (opcional)
TEMA 5 (11)
Q
“Handshake”
Cada paquete contiene un identificador de CV
Q
receptor podría pedir retransmisión (opcional)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Antes de comenzar se establece el circuito virtual
Q
Pueden no llegar
Q El
Ruta planificada para todos los paquetes de
la misma comunicación
–
Pueden llevar distintas rutas
Pueden llegar fuera de orden
TEMA 5 (10)
No hay decisiones de encaminamiento para cada
paquete
No es una ruta dedicada
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (12)
Circuitos virtuales vs. datagramas
Q
Circuitos virtuales
–
–
Fácil secuenciamiento y control de errores
Paquetes reenviados un poco más rápido
Q
–
No se mira el destino del paquete sino su #CV
Menos robusto
Q
Q
Circuitos virtuales vs. datagramas
Si falla un nodo falla todo
Datagramas
–
No hay establecimiento
Q
–
Mejor si hay pocos paquetes
Más flexible
Q
Encaminamiento adaptativo
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (13)
Tamaño
de paquete
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (14)
Conmutación de circuitos o paquetes
TEMA 5 (15)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (16)
Tipos de servicio de red
Q
La red puede ofrecer servicios
–
–
Q
Tipos de servicio de red
Q
Orientados a conexión o no
Fiables o no
Según [Stallings00]
–
Q La
–
Con tecnología de conmutación
–
–
Servicio externo de circuitos virtuales
–
Circuitos virtuales
Datagramas
–
–
–
–
–
TEMA 5 (17)
Servicio
ofrecido
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Orientado a conexión
Fiable
Que garantiza el orden
Servicio externo de datagramas
Q La
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
red proporciona un servicio
red proporciona un servicio
No orientado a conexión
No fiable
Que no garantiza el orden
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (18)
Operación
interna
TEMA 5 (19)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (20)
Combinaciones
Q
Circuitos virtuales interno, servicio de circuitos
virtuales
–
–
Q
Combinaciones
Q
–
El usuario pide una conexión
La red establece una conexión
–
Datagramas interno, servicio de circuitos virtuales
–
–
–
–
TEMA 5 (21)
Índice general
Q
Q
El usuario pide una conexión pero la red no lo establece
Cada paquete tratado de forma independiente
Se pide retransmisiones de paquetes
Se reordenan en destino para entrega en orden
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Datagramas interno, servicio de datagramas
Circuitos virtuales interno, servicio de
datagramas
–
–
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Q
–
–
–
Encaminamiento
Control de la congestión
Direccionamiento
Fragmentación
Q
–
–
–
Aspectos de IP y capa de paquetes X.25
–
–
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (23)
Proporcionar un camino a las capas superiores
Para que los dos extremos se comuniquen
Independientemente de la tecnología de conmutación y
transmisión de datos
Varias funciones
–
Q
TEMA 5 (22)
El servicio general es
–
Funciones del nivel de red
–
Normalmente, por encima controlará de nuevo errores y
secuencia
Funciones del nivel de red
Introducción a las redes de conmutación
–
La red establece una conexión y entrega en orden
El usuario no lo asume
Q
–
Q
Cada paquete tratado de forma independiente
Cada paquete entregado de forma independiente
Encaminamiento
Direccionamiento
Fragmentación
Control de la congestión
Tarificación
Reserva de recursos
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (24)
Índice general
Encaminamiento
Q
Introducción a las redes de conmutación
Q
Funciones del nivel de red
–
–
–
–
Q
Q
–
Encaminamiento
Control de la congestión
Direccionamiento
Fragmentación
Q
–
–
Aspectos de IP y capa de paquetes X.25
TEMA 5 (25)
Algoritmos de encaminamiento
Se aplican
–
–
Por cada paquete en
redes de datagramas
Una vez por CV en
redes de circuitos
virtuales
Q
–
–
–
–
–
–
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Tablas de encaminamiento
Algoritmos de encaminamiento
Protocolos de encaminamiento
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (26)
Algoritmos de encaminamiento
Deben combinar
–
Para llevar paquetes de origen a destino
Hacen falta
–
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Q
Cálculo, distribución y utilización de
rutas
Corrección
Simplicidad
Robustez
Estabilidad
Justicia
Optimalidad
Eficiencia
Q
Deben optimizar la ruta
–
–
Buscan el “camino más corto”
Varias métricas posibles
Q Menor
número de saltos
Q Menor retardo
Q Mayor rendimiento
Q Mayor seguridad
Q Mayor fiabilidad
Q Menor aumento de la congestión
Q Menor coste económico
TEMA 5 (27)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (28)
Algoritmos de encaminamiento
Q
Según el lugar
–
Q
Q
–
Según el tiempo
–
Nodos mandan info a
nodo central
Nodo central calcula
rutas
–
Q
Diferentes para
–
Rutas calculadas una
vez
Q Para
–
–
Cuando cambia algo,
se calculan nuevas
rutas
Q
cada circuito virtual
Por qué circuito virtual debemos enviar
Q Además
–
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (29)
Tablas de encaminamiento
Q
B
Redes de circuitos virtuales
–
Sin info externa
El origen dice la ruta
A
cada dirección de destino
Por qué salida debemos enviar
Q Para
Origen
Q
Redes de datagramas
Adaptativos
Q
Nodos intercambian info
Cada nodo calcula rutas
Q
Estáticos
Q
Distribuidos
Q
–
Q
Centralizadas
Tablas de encaminamiento
de una como las de datagramas
Para el establecimiento
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (30)
Tablas de encaminamiento
En red de
datagramas
Q
A
D
CV#1
En red de circuitos
virtuales
CV#1
C
C
D
CV#2
–
Tabla del nodo A
B
CV#1
–
E
Q
Observación
–
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (31)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Tabla del nodo C
Los números de CV
son locales
TEMA 5 (32)
Encaminamiento jerárquico
Q
Si tabla completa
–
Una entrada para cada posible nodo
existente
Q Tabla
Q
Encaminamiento jerárquico
demasiado grande
Encaminamiento jerárquico
–
La internet se divide en zonas
Q Sabemos
encaminar a cualquier nodo de
nuestra zona
Q Sabemos encaminar a otras zonas, de forma
global
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (33)
Índice general
Q
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
¿Qué es la congestión?
Introducción a las redes de conmutación
Q
La congestión ocurre cuando
–
Q
Funciones del nivel de red
–
–
–
–
Q
TEMA 5 (34)
El número de paquetes enviados a la red se
aproxima a la capacidad de la red
Encaminamiento
Control de la congestión
Direccionamiento
Fragmentación
Aspectos de IP y capa de paquetes X.25
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (35)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (36)
Colas en los nodos
Q
Cada nodo tiene colas
–
–
Q
Q
De entrada
De salida
–
–
Q
Y se pasan a capa inferior
Si hay congestión
–
Las colas están llenas
Q
Pueden perderse
paquetes
Los paquetes no pueden cambiar de cola
–
TEMA 5 (37)
Propagación de la congestión
Se hace control de flujo hacia atrás
• ¡Se propaga la congestión!
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (38)
Cómo evitar la congestión
Q
En conjunto la congestión se debe a
–
–
–
Q
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Desde capa inferior
Se decide el encaminamiento
Se copian en los buffers de salida
Q
Hasta que son
procesados
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Se copian en los buffers de entrada
Q
Pero colas finitas
–
El procesamiento de los paquetes es
–
Datos copiados en
colas
–
Q
Propagación de la congestión
TEMA 5 (39)
Memoria finita en nodos intermedios
Velocidad limitada de procesamiento en
nodos intermedios
Capacidad limitada en líneas de
transmisión
Para evitarla hay que tener en cuenta
todos los factores en todos los nodos
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (40)
Control de la
congestión
Control de la congestión
Q
Trata de mantener el número de paquetes
bajo
–
–
TEMA 5 (41)
Mecanismos de control de congestión
Descarte de paquetes
–
TEMA 5 (42)
Mecanismos de control de congestión
Q
Asignación de prioridades
–
congestión
Descarte de paquetes
Q Pero
se descartan primero los de prioridad baja
Un poco antes
Q Prevenir
–
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Cuando los buffers ya están llenos
Q Corregir
–
Situación real:
Por debajo de la capacidad de la red
Situación ideal:
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Q
Q
congestión
Q
Si el servicio de red es fiable
Q Paquetes
–
Bloqueo de llamadas
–
descartados se retransmitirán
En redes de CV
Q No
se permite establecer nuevos CV
Solución sólo temporal
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (43)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (44)
Mecanismos de control de congestión
Q
Encaminamiento
–
Índice general
Q
Introducción a las redes de conmutación
Q
Funciones del nivel de red
Si congestión en una zona de la red
Q Encaminar
–
los paquetes a otra zona
–
Problemas de estabilidad
–
Q
–
Conformación de tráfico (en origen)
–
–
Si la congestión se debe a tráfico a ráfagas
Q Las
–
estaciones deben retener las ráfagas
Q
TEMA 5 (45)
Direccionamiento
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (46)
Direcciones IPv4
En una internet
–
Q
Aspectos de IP y capa de paquetes X.25
Después generan paquetes de forma uniforme
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
Q
Encaminamiento
Control de la congestión
Direccionamiento
Fragmentación
Dirección de red única para cada máquina
En IP
–
Direcciones IP
Q IPv4:
32 bits de direcciones
Q IPv6: 128 bits de direcciones
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (47)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (48)
Direcciones especiales
Máscaras de subred
Q
Redes tipo C son pequeñas
–
Q
255 máquinas
Redes tipo A o B son grandes
–
–
16M o 64K máquinas
Se desea dividir estas redes en subredes
Q
Q
La máscara es de 32 bits
–
–
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (49)
Máscaras de subred
Q
Q
–
–
–
10011101.10110000.x.x
–
157.88.129.x
157.88.130.x
157.88.131.x
Q
–
Q
11111111.11111111.11111111.00000000
–
Q
Dirección de red 157.88.x.x, en subred 130, máquina 18
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (51)
11111111.11111111.11111111.11110000
16 redes de 16 máquinas (menos 2)
255.255.255.224
Q
157.88.130.18
Q
255.255.255.240
Q
Dirección de máquina
–
Para formar cinco subredes
En cada subred con 10 máquinas
¿Qué máscaras son válidas?
255.255.255.0
Q
TEMA 5 (50)
La red 200.200.200.0 de clase C
Máscara de subred
–
Q
Q
Subredes en la ETSIT
–
Q
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
157.88.x.x
Q
1 si el bit es de red o subred
0 si el bit es de máquina
Otro ejemplo
Direcciones para la UVA (tipo B)
–
Máscaras de subred
11111111.11111111.11111111.11100000
8 redes de 32 máquinas (menos 2)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (52)
¿Cómo elegimos las direcciones?
Más decisiones
Para máscara 255.255.255.240
Q
¿Cómo conectamos las subredes?
Q
¿Qué máquinas hacen de routers?
Subred
Dir. posibles
Dir. para 10 máquinas
200.200.200.0
200.200.200.1 a
200.200.200.14
200.200.200.1 a
200.200.200.10
200.200.200.16
200.200.200.17 a
200.200.200.30
200.200.200.17 a
200.200.200.26
200.200.200.32
200.200.200.33 a
200.200.200.46
200.200.200.33 a
200.200.200.42
200.200.200.48
200.200.200.49 a
200.200.200.64
200.200.200.49 a
200.200.200.58
200.200.200.64
200.200.200.64 a
200.200.200.78
200.200.200.64 a
200.200.200.74
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (53)
–
Por ejemplo m10, m20, m30 y m40
Q
Q
Q
Una tarjeta de red para cada subred
Una dirección IP válida para cada subred
¿Cómo repartimos las tarjetas de red?
–
–
Los routers una por conexión
El reparto de direcciones es irrelevante
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (54)
Protocolos ARP y RARP
Q
Si suponemos TCP/IP sobre Ethernet
–
Una máquina quiere comunicarse con otra
Q Si
nivel de red dice la dirección IP destino
Q Pero su nivel MAC necesita la dirección MAC
–
Hay que “traducir” direcciones IP en MAC
ARP: Address Resolution Protocol
Q RARP: Reverse ARP
Q
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (55)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (56)
ARP
Q
Una estación sabe
–
–
¿Cómo sabe una máquina su MAC e IP?
–
IP-S, MAC-S
–
IP del destino
Q
IP-D
–
MAC del destino
–
“la estación que tenga la dirección IP-D, que me
diga su MAC, enviándomela a la IP-S, MAC-S”
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (57)
Q
Introducción a las redes de conmutación
Q
Funciones del nivel de red
Q
–
Q
0x0001 para Ethernet
tipo prot
–
–
Q
Operación
–
–
–
–
la pregunta
“Soy la máquina con dirección MAC-S, si alguien sabe
mi dirección IP que me la diga”
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
–
Encapsulado en trama
deQ nivel
tipo de
hwenlace (Ej.
Ethernet/IEEE 802.3)
tipo hw
Por ejemplo, si no tiene disco
TEMA 5 (58)
Índice general
Formato paquete ARP/RARP
Q
no siempre!
Q Difunde
Difunde la petición
–
Su dirección MAC está en su hardware
Su dirección IP está en un fichero de
configuración
Q ¡Pero
Quiere saber
–
Q
Q
IP y MAC suyas
Q
Q
RARP
–
ARP request: 1
ARP reply: 2
RARP request: 3
RARP reply: 4
–
Q
Encaminamiento
Control de la congestión
Direccionamiento
Fragmentación
Aspectos de IP y capa de paquetes X.25
0x0800 para IP
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (59)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (60)
Fragmentación
Q
Fragmentación
Algunas redes no pueden procesar
paquetes grandes
–
Fragmentación de los paquetes
Q Transparente
–
Q No
–
El primer nodo tras la red los debe reagrupar
transparente
El destino los debe reagrupar
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (61)
Índice general
Q
Introducción a las redes de conmutación
Q
Funciones del nivel de red
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
IP: Internet Protocol
Q
Es el protocolo de red en TCP/IP
–
–
–
–
–
Q
Q
Encaminamiento
Control de la congestión
Direccionamiento
Fragmentación
Capa de internet o “capa IP”
Ofrece un servicio
–
Transporte de datagramas extremo a
extremo
Q No
Aspectos de IP y capa de paquetes X.25
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (62)
TEMA 5 (63)
fiable
Q No orientado a conexión
Q No garantiza el orden
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (64)
Uso del protocolo IP
Encaminamiento en IP
Q
Q
Los datos de transporte
–
–
Se encapsulan en datagramas
Q
Q De
tamaño máximo 64 KB
Q Aunque no suelen exceder 512 bytes
–
Lleva dirección IP de destino
Cada nodo tiene tablas de encaminamiento
–
–
Un nodo intermedio puede fragmentar los
datagramas otra vez
Q De
Cada datagrama encaminado de forma
independiente
–
Ej.: netstat –r en balbas.tel.uva.es
Ej.: route print en sistemas MS Windows
Por dónde encaminar para
Q
Q
forma no transparente
–
Cuando llega un datagrama
Q
Q
Q
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (65)
Capa de paquetes de X.25
Q
Q
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
–
Se manda un paquete de “host inalcanzable”
TEMA 5 (66)
Uso de circuitos virtuales X.25
Para los niveles OSI 1 a 3
La capa de paquetes ofrece un servicio
–
–
–
Q
Se mira si se sabe encaminar a él
Si no, si se sabe encaminar a su red
Si no, si hay una salida por defecto
Si no, se descarta
X.25 es un estándar de ITU-T
–
Q
Algunos nodos
Algunas redes
Fiable
Orientado a conexión
Garantiza entrega en orden
Dos tipos de CV
–
–
Circuito virtual permanente
Llamada virtual
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (67)
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (68)
Encaminamiento en X.25
Q
El camino se decide una vez
–
Q
Al establecer el CV
Cada paquete lleva el número de CV
–
Todos los paquetes del mismo CV por el
mismo camino
ARITT/ITT-IT CURSO 07/08
TEMA 5 (69)