puzle 3. algoritmos de encaminamiento y control de congestión

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PUZLE 3. ALGORITMOS DE ENCAMINAMIENTO Y
CONTROL DE CONGESTIÓN
Los contenidos del presente puzle corresponden al apartado 3. Funciones del Nivel de
Red del Tema 6. Funciones y Protocolos del Nivel de Red.
GUIÓN PARA EL PUZLE (1 HORA 50 MINUTOS)
1. Explicación de la actividad (5 minutos)
2. Creación de grupos de 4 miembros elegidos al azar (5 minutos)
3. El grupo debe numerar a sus miembros (del 1 al 4)
4. Reparto de textos (5 minutos)
5. Lectura individual del material (20 minutos)
6. Reunión de expertos por grupos de 3 ó 4 personas (15 minutos)
-
Se reúnen aquellas personas a las que les ha correspondido el mismo texto.
7. Elaboración individual de un guión (10 minutos)
-
En papel, deben preparar un guión de la exposición.
8. Explicación en el grupo original (40 minutos)
-
Explicación de los tres textos.
-
Deben adoptarse roles cíclicos con cada explicación:
o El ponente: explica su parte.
o Comprobador: pide aclaraciones y hace comentarios.
o Secretario: se asegura de que no se exceden los 10 minutos.
9. Examen tipo test a todos los alumnos (10 minutos)
-
La nota del alumno será la media entre la nota más baja del grupo y la nota
del propio alumno.
-
0,04 por pregunta acertada y -0,02 por pregunta fallada.
-
10 preguntas y, por tanto, máxima puntuación de 0,4.
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TEXTO 1. ENCAMINAMIENTO BASADO EN EL VECTOR DISTANCIA
La función principal de la capa de red consiste en el encaminamiento de paquetes
desde la máquina origen a la destino. El algoritmo de encaminamiento es aquella parte
de la capa de red responsable de decidir sobre qué línea de salida se deberá transmitir
un paquete. La decisión se debe tomar para cada nuevo paquete en una red de
datagramas y sólo en el establecimiento de la conexión para redes de circuitos
virtuales.
Cuando dos sistemas desean comunicarse y se encuentran en subredes diferentes, hay
que establecer un camino que los una. Un router normalmente se conecta a varias redes
y debe elegir el camino óptimo, es decir el de menor coste. Para medir el coste se utiliza
una métrica. La métrica asignada a cada destino depende del tipo de protocolo de
encaminamiento. Por ejemplo, algunos protocolos sencillos utilizan como métrica el
número de saltos. Así, si un paquete pasa a través de 10 routers hasta alcanzar el
destino, el coste total será de 10 saltos.
TABLA DE ENCAMINAMIENTO
Una estación o un router tiene una tabla de encaminamiento, con una entrada para
cada destino (o combinación de destinos), para encaminar los paquetes. La tabla de
encaminamiento puede ser estática o dinámica.
•
Estática. Inicialmente, el administrador (en base a su criterio) introduce el
camino óptimo para cada destino en la tabla de encaminamiento de cada router.
A partir de ese momento, la tabla será modificada manualmente por el
administrador cada vez que se produzca un cambio en la topología de la red.
Esta estrategia es adecuada para redes pequeñas donde la topología no cambia
con frecuencia.
•
Dinámica. La tabla de encaminamiento se actualiza de forma periódica
utilizando un protocolo de encaminamiento dinámico. Cuando hay un cambio
en la topología de la red (por ejemplo, un fallo en un enlace o el apagado de un
router), los protocolos de encaminamiento dinámico actualizan las tablas de
encaminamiento de los routers de forma dinámica.
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ENCAMINAMIENTO INTERDOMINIO E INTRADOMINIO
Hoy en día, Internet es tan grande que
un único protocolo de encaminamiento
dinámico es incapaz de gestionar la
tarea de actualización de las tablas de
encaminamiento de todos los routers.
Por esta razón, Internet se divide en
sistemas autónomos. Un sistema
autónomo es un grupo de redes y
routers bajo la gestión de un único
operador de red (ver figura).
El encaminamiento dentro de un sistema autónomo se conoce como encaminamiento
intradominio, mientras que el encaminamiento entre sistemas autónomos se conoce
como encaminamiento interdominio.
Vamos a ver los protocolos más utilizados, en concreto, dos protocolos intradominio, el
encaminamiento basado en el vector distancia y el encaminamiento basado en el estado
del enlace, y un protocolo interdominio, el encaminamiento basado en el vector
camino.
ENCAMINAMIENTO BASADO EN EL VECTOR DISTANCIA
En el encaminamiento basado en el vector distancia, el camino de menor coste entre
dos redes es el camino de mínima distancia. En este protocolo, como su nombre indica,
cada router mantiene un vector (tabla) de las distancias mínimas a cada posible red
destino. Este vector comprende tres partes (véase router A en la figura): la red de
destino (Hacia), el siguiente router para alcanzar ese destino (Siguiente) y una
estimación del coste en función de la métrica elegida (Coste), que en este caso podría
ser el número de saltos o el retardo de tiempo hasta el destino.
En la siguiente figura, la tabla del router A muestra cómo alcanzar cualquier destino a
partir de éste. Por ejemplo, el camino de menor coste para alcanzar la red 66 es 3 saltos
y pasa a través de E.
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Hacia
Coste
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Inicialización. Las tablas de la figura anterior son estables; cada router sabe cómo
alcanzar al resto y el coste. Este no es el caso, sin embargo, al comienzo. Cada router
sólo puede conocer la distancia a las redes conectadas directamente a él (véase la
siguiente figura).
Compartir información. En el encaminamiento basado en el vector distancia, cada
router envía su tabla de encaminamiento a sus vecinos inmediatos de forma periódica
y cuando hay algún cambio en la topología de la red.
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Actualización. Cuando un router recibe una tabla de encaminamiento de un vecino,
actualiza su propia tabla en base a la tabla recibida de su vecino teniendo en cuenta el
coste de comunicarse con él.
El proceso de compartir información y la actualización posterior permiten que en poco
tiempo, si no hay ningún cambio en la red (como, por ejemplo, un fallo en un enlace o
el apagado de un router), cada router alcance una condición estable en la que el
contenido de su tabla de encaminamiento permanece sin cambios.
La siguiente figura muestra
un ejemplo donde un
router recibe la tabla de
encaminamiento de un
vecino. Los costes de esta
tabla son incrementados
con el coste adicional de
enviar un paquete al router
vecino que envió la tabla. Y
finalmente esta tabla se
combina con la tabla actual
de encaminamiento del
propio router para generar
una
nueva
tabla
de
encaminamiento
que
incluya las rutas de menor
coste (véanse Net2 y Net6).
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Inestabilidad. Un problema en el encaminamiento basado en el vector distancia es la
inestabilidad, lo que significa que una red que esté utilizando este protocolo se puede
volver inestable debido a que este algoritmo no reacciona rápidamente ante la caída de
enlaces o routers.
ROUTING INFORMATION PROTOCOL (RIP)
El protocolo RIP es un protocolo de encaminamiento intradominio utilizado dentro de
un sistema autónomo. Se trata de un protocolo muy sencillo que se basa en el
encaminamiento basado en el vector distancia. RIP implementa el encaminamiento
basado en el vector distancia directamente con algunas consideraciones:
•
la métrica en RIP es el número de saltos necesarios para alcanzar la red destino;
•
cualquier camino en un sistema autónomo que utilice RIP no puede tener más
de 15 saltos;
•
define un formato de paquete específico para intercambiar información entre
los routers vecinos;
•
cada router envía su tabla de encaminamiento a sus vecinos cada 30 segundos;
•
la comunicación entre los routers vecinos utiliza el puerto UDP 520 y los
paquetes se envían a la dirección IP multicast 224.0.0.9 (todos los routers RIP
deben procesar los paquetes enviados a esta dirección IP).
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TEXTO 2. ENCAMINAMIENTO BASADO EN ESTADO DE ENLACE
La función principal de la capa de red consiste en el encaminamiento de paquetes
desde la máquina origen a la destino. El algoritmo de encaminamiento es aquella parte
de la capa de red responsable de decidir sobre qué línea de salida se deberá transmitir
un paquete. La decisión se debe tomar para cada nuevo paquete en una red de
datagramas y sólo en el establecimiento de la conexión para redes de circuitos
virtuales.
Cuando dos sistemas desean comunicarse y se encuentran en subredes diferentes, hay
que establecer un camino que los una. Un router normalmente se conecta a varias redes
y debe elegir el camino óptimo, es decir el de menor coste. Para medir el coste se utiliza
una métrica. La métrica asignada a cada destino depende del tipo de protocolo de
encaminamiento Por ejemplo algunos protocolos sencillos utilizan como métrica el
número de saltos. Así, si un paquete pasa a través de 10 routers hasta alcanzar el
destino, el coste total será de 10 saltos.
TABLA DE ENCAMINAMIENTO
Una estación o un router tiene una tabla de encaminamiento, con una entrada para
cada destino (o combinación de destinos), para encaminar los paquetes. La tabla de
encaminamiento puede ser estática o dinámica.
•
Estática. Inicialmente, el administrador (en base a su criterio) introduce el
camino óptimo para cada destino en la tabla de encaminamiento de cada router.
A partir de ese momento, la tabla será modificada manualmente por el
administrador cada vez que se produzca un cambio en la topología de la red.
Esta estrategia es adecuada para redes pequeñas donde la topología no cambia
con frecuencia.
•
Dinámica. La tabla de encaminamiento se actualiza de forma periódica
utilizando un protocolo de encaminamiento dinámico. Cuando hay un cambio
en la topología de la red (por ejemplo, un fallo en un enlace o el apagado de un
router), los protocolos de encaminamiento dinámico actualizan todas las tablas
de encaminamiento de los routers de forma dinámica.
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ENCAMINAMIENTO INTERDOMINIO E INTRADOMINIO
Hoy en día, Internet es tan grande que
un único protocolo de encaminamiento
dinámico es incapaz de gestionar la
tarea de actualización de las tablas de
encaminamiento de todos los routers.
Por esta razón, Internet se divide en
sistemas autónomos. Un sistema
autónomo es un grupo de redes y
routers bajo la gestión de un único
operador de red (ver figura).
El encaminamiento dentro de un sistema autónomo se conoce como encaminamiento
intradominio, mientras que el encaminamiento entre sistemas autónomos se conoce
como encaminamiento interdominio.
Vamos a ver los protocolos más utilizados, en concreto, dos protocolos intradominio, el
encaminamiento basado en el vector distancia y el encaminamiento basado en el estado
del enlace, y un protocolo interdominio, el encaminamiento basado en el vector
camino.
ENCAMINAMIENTO BASADO EN ESTADO DE ENLACE
El encaminamiento por estado del enlace surge como alternativa a las técnicas clásicas
de vector distancia ya que corrige algunos de sus problemas. En este tipo de
encaminamiento, cada router en el dominio tiene la topología entera del dominio (la
lista de redes, incluyendo su coste, y la lista de enlaces, y cómo se conectan). De esta
manera, el router puede utilizar el algoritmo de Dijkstra para construir su tabla de
encaminamiento.
CONSTRUCCIÓN DE LAS TABLAS DE ENCAMINAMIENTO
En el encaminamiento basado en el estado del enlace, podemos dividir en cinco pasos
fundamentales el proceso de construcción de las tablas de encaminamiento que realiza
un router:
1. Descubrir a sus vecinos y sus direcciones.
2. Medir el costo a cada uno de sus vecinos.
3. Construir el paquete con la información recabada.
4. Enviar este paquete al resto de routers.
5. Calcular la ruta mínima al resto de routers.
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Determinar los vecinos. Lo primero que debe hacer un router al activarse es averiguar
quiénes son sus vecinos. Para ello, manda un paquete especial HELLO por cada enlace.
Todo router que reciba este paquete debe responder indicando su identidad.
Calcular el coste a los vecinos. Para medir el retardo a cada router, cada router manda
un paquete especial ECHO a los vecinos. El tiempo de ida y vuelta dividido entre dos
nos da una aproximación razonable del coste a cada router vecino.
Elaborar el paquete de estado de enlace. El siguiente paso consiste en que cada router
construye un paquete con todos los datos que informan del estado de la red. Este
paquete incluye: identidad del router, secuencia, edad y lista de redes directamente
accesibles y routers vecinos. La secuencia y la edad se utilizan en el proceso de
distribución del paquete (ver siguiente punto). La identidad del router y la lista de
routers vecinos se utilizan en el cálculo de la ruta mínima (ver último punto).
El problema de esta etapa es decidir cuándo se envían estos paquetes. Hay varias
alternativas: de manera periódica o cuando haya ocurrido un evento en la red como la
caída de un router.
Distribuir el paquete de estado de enlace. Esta es la parte más complicada del
algoritmo. Básicamente, se reparte el paquete por toda la red mediante inundación.
Para controlarla, cada paquete incluye un número de secuencia que aumenta con cada
paquete nuevo enviado. Cada router contiene una tabla con toda la información de tal
manera que:
-
Si recibe un paquete nuevo, con un número de secuencia mayor que el
número de secuencia mayor visto hasta el momento para ese router origen,
lo envía por todos los enlaces excepto por el que llega.
-
Si se trata de un duplicado, con el mismo número de secuencia que el
número de secuencia mayor visto hasta el momento para ese router origen,
lo elimina.
-
Si es un paquete viejo, con un número de secuencia menor que el número de
secuencia mayor visto hasta el momento para ese router origen, lo descarta.
La edad de cada paquete disminuye en cada router en un intervalo de tiempo. Cuando
la edad llegue a 0, el paquete es descartado. Este método permite asegurar que los
paquetes no circulen de manera indefinida por la red.
Cálcular la ruta mínima. Una vez que el router ha completado la recopilación de
información, puede construir el grafo de la red. De esta manera, se puede utilizar el
algoritmo de Dijkstra para calcular el camino más corto a todas las redes. El resultado
puede llevarse a las tablas de encaminamiento y reiniciarse la operación normal.
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Por ejemplo, partimos de la siguiente figura donde mostramos una topología formada
por 6 routers y 7 redes, donde el router A tiene diferentes alternativas para alcanzar
algunas de las redes (por ejemplo, la red 66 por el router vecino B o el router vecino E).
La siguiente figura muestra la base de datos de estado de enlace que crea el router A
tras recibir los paquetes de estado de enlace del resto de routers. Esta base de datos
sirve al router para aplicar el algoritmo de Dijkstra, crear un árbol de camino más
corto y, finalmente, crear la tabla de encaminamiento del propio router A.
Árbol de camino más corto
Base de datos de estado de enlace
Tabla de encaminamiento
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En la figura puede verse, como a partir de la base de datos de estado de enlace del
router, el router determina que la red 66 se alcanza a través del router vecino B y tiene
un coste de 5 (ARed14 + BRed55 + CRed66 = 1 + 2 + 2 = 5).
OPEN SHORTEST PATH FIRST (OSPF)
El protocolo OSPF es un protocolo de encaminamiento intradominio utilizado dentro
de un sistema autónomo. Se trata de un protocolo que se basa en el encaminamiento
por estado de enlace y se usa ampliamente en las redes actuales. OSPF implementa el
encaminamiento por estado de enlace directamente con algunas consideraciones:
•
la métrica habitual en OSPF es el retardo medio entre routers vecinos, aunque
OSPF permite al administrador asignar el coste manualmente;
•
define un formato de paquete específico para enviar paquetes de bienvenida
(HELLO) y paquetes de estado de enlace;
•
OSPF no usa TCP ni UDP, sino IP directamente (el campo protocolo del paquete
IP toma el valor 89);
•
OSPF puede usar tanto direcciones unicast como multicast para enviar paquetes
de bienvenida (HELLO) y paquetes de estado de enlace. Las direcciones IP
multicast usadas son 224.0.0.5 y 224.0.0.6.
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TEXTO 3. ENCAMINAMIENTO BASADO EN EL VECTOR CAMINO
La función principal de la capa de red consiste en el encaminamiento de paquetes
desde la máquina origen a la destino. El algoritmo de encaminamiento es aquella parte
de la capa de red responsable de decidir sobre qué línea de salida se deberá transmitir
un paquete. La decisión se debe tomar para cada nuevo paquete en una red de
datagramas y sólo en el establecimiento de la conexión para redes de circuitos
virtuales.
Cuando dos sistemas desean comunicarse y se encuentran en subredes diferentes, hay
que establecer un camino que los unas. Un router normalmente se conecta a varias
redes y debe elegir el camino óptimo, es decir el de menor coste. Para medir el coste se
utiliza una métrica. La métrica asignada a cada destino depende del tipo de protocolo
de encaminamiento. Por ejemplo algunos protocolos sencillos utilizan como métrica el
número de saltos. Así, si un paquete pasa a través de 10 routers hasta alcanzar el
destino, el coste total será de 10 saltos.
TABLA DE ENCAMINAMIENTO
Una estación o un router tiene una tabla de encaminamiento, con una entrada para
cada destino (o combinación de destinos), para encaminar los paquetes. La tabla de
encaminamiento puede ser estática o dinámica.
•
Estática. Inicialmente, el administrador (en base a su criterio) introduce el
camino óptimo para cada destino en la tabla de encaminamiento de cada router.
A partir de ese momento, la tabla será modificada manualmente por el
administrador cada vez que se produzca un cambio en la topología de la red.
Esta estrategia es buena para redes pequeñas donde la topología no cambia con
frecuencia.
•
Dinámica. La tabla de encaminamiento se actualiza de forma periódica
utilizando un protocolo de encaminamiento dinámico. Cuando hay un cambio
en la topología de la red (por ejemplo, un fallo en un enlace o el apagado de un
router), los protocolos de encaminamiento dinámico actualizan las tablas de
encaminamiento de los routers de forma dinámica.
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ENCAMINAMIENTO INTERDOMINIO E INTRADOMINIO
Hoy en día, Internet es tan grande que
un único protocolo de encaminamiento
dinámico es incapaz de gestionar la
tarea de actualización de las tablas de
encaminamiento de todos los routers.
Por esta razón, Internet se divide en
sistemas autónomos (SA). Un sistema
autónomo es un grupo de redes y
routers bajo la gestión de un único
operador de red (ver figura).
El encaminamiento dentro de un sistema autónomo se conoce como encaminamiento
intradominio, mientras que el encaminamiento entre sistemas autónomos se conoce
como encaminamiento interdominio.
Vamos a ver los protocolos más utilizados, en concreto, dos protocolos intradominio, el
encaminamiento basado en el vector distancia y el encaminamiento basado en el estado
del enlace, y un protocolo interdominio, el encaminamiento basado en el vector
camino.
ENCAMINAMIENTO BASADO EN EL VECTOR CAMINO
El encaminamiento basado en el vector distancia y en el estado de enlace son
protocolos de encaminamiento intradominio. Se pueden utilizar dentro de un sistema
autónomo, pero no entre sistemas autónomos. Estos dos protocolos no son adecuados
para encaminamiento entre dominios debido fundamentalmente a problemas de
escalabilidad. Estos dos protocolos son intratables cuando el dominio se hace grande.
El encaminamiento basado en el vector distancia es inestable si hay más de unos
cuantos saltos en el dominio. El encaminamiento basado en el estado de enlace necesita
una gran cantidad de recursos para calcular las tablas de encaminamiento si el dominio
es grande. Además, genera un tráfico excesivo debido a su proceso de distribución de
información basado en inundación. Por tanto, resulta necesario un tercer protocolo de
encaminamiento denominado encaminamiento basado en el vector camino.
El encaminamiento basado en el vector camino ha demostrado su utilidad para el
encaminamiento entre dominios. El principio de este protocolo es similar al
encaminamiento basado en el vector distancia. En el encaminamiento basado en el
vector camino se asume que hay un router (puede haber más) en cada sistema
autónomo que actúa en nombre de todo el sistema autónomo. A este router se le
denomina nodo speaker. El nodo speaker crea una tabla de encaminamiento y se la envía
a los nodos speaker de los sistemas autónomos vecinos. Esta tabla de encaminamiento
(vector camino) incluye la ruta desde su sistema autónomo hasta las redes incluidas en
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otros sistemas autónomos. La idea es la misma que en el encaminamiento basado en el
vector distancia; sin embargo, en el encaminamiento basado en vector distancia, el
router envía además una estimación del coste en función de la métrica elegida.
AS1
AS3
A3
A2
C2
C1
R1
R3
A4
A1
B3
D1
R4
R2
B1
B2
D3
D2
AS2
AS4
Veamos cada unos de los pasos fundamentales del proceso de construcción de las
tablas de encaminamiento que realiza un nodo speaker. Utilizaremos para esto el
ejemplo que se muestra en la figura anterior.
Inicialización. Al comienzo, cada nodo speaker sólo conoce las redes accesibles dentro
de su sistema autónomo. Para el ejemplo anterior, estas serían las tablas de
encaminamiento inicial para cada nodo speaker.
Tabla de R1
Tabla de R2
Tabla de R3
Destino Camino
Destino Camino
Destino
Camino
A1
AS1
B1
AS2
C1
A2
AS1
B2
AS2
C2
A3
AS1
B3
AS2
A4
AS1
Tabla de R4
Destino
Camino
AS3
D1
AS4
AS3
D2
AS4
D3
AS4
Compartir información. Un nodo speaker en un sistema autónomo comparte su tabla
de encaminamiento con sus nodos speaker vecinos inmediatos. Para nuestro ejemplo, el
router R1 comparte su tabla con los routers R2 y R3. El router R3 comparte su tabla con
los routers R4, R2 y R1. El router R2 comparte su tabla con R3 y R1. El nodo R4
comparte su tabla con R3.
Actualización. Cuando un nodo speaker recibe una tabla de un vecino, actualiza su
propia tabla añadiendo las redes que no están en su tabla de encaminamiento,
añadiendo a cada camino su propio sistema autónomo.
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El proceso de compartir información y la actualización posterior permiten que en poco
tiempo, si no hay ningún cambio en la red, cada nodo speaker tenga una tabla de
encaminamiento estable que incluya las redes de los restantes sistemas autónomos.
La siguiente figura muestra las tablas de nuestro ejemplo para cada nodo speaker
después de que el sistema se haya estabilizado. De acuerdo con la figura, si el router R1
recibe un paquete para la red A3, sabe que el camino pasa por el sistema AS1 (el
paquete está en su mismo sistema autónomo); pero si recibe un paquete para D2, sabe
que el paquete debería salir de AS1, al sistema AS3 y luego al AS4. Por otro lado, si el
router R4 en el sistema AS4 recibe un paquete para la red A2, sabe que debería enviarlo
a través de los sistemas AS4, AS3 y AS1. Nótese que la tabla de encaminamiento
determina el camino para cada posible red destino en términos de sistemas autónomos.
Tabla de R1
Tabla de R2
Tabla de R3
Tabla de R4
Destino
Camino
Destino
Camino
Destino
Camino
Destino
Camino
A1
AS1
B1
AS2
C1
AS3
D1
AS4
A2
AS1
B2
AS2
C2
AS3
D2
AS4
A3
AS1
B3
AS2
A1
AS3-AS1
D3
AS4
A4
AS1
A1
AS2-AS1
A2
AS3-AS1
A1
AS4-AS3-AS1
B1
AS1-AS2
A2
AS2-AS1
A3
AS3-AS1
A2
AS4-AS3-AS1
B2
AS1-AS2
A3
AS2-AS1
A4
AS3-AS1
A3
AS4-AS3-AS1
B3
AS1-AS2
A4
AS2-AS1
B1
AS3-AS2
A4
AS4-AS3-AS1
C1
AS1-AS3
C1
AS2-AS3
B2
AS3-AS2
B1
AS4-AS3-AS2
C2
AS1-AS3
C2
AS2-AS3
B3
AS3-AS2
B2
AS4-AS3-AS2
D1
AS1-AS3-AS4
D1
AS2-AS3-AS4
D1
AS3-AS4
B3
AS4-AS3-AS2
D2
AS1-AS3-AS4
D2
AS2-AS3-AS4
D2
AS3-AS4
C1
AS4-AS3
D3
AS1-AS3-AS4
D3
AS2-AS3-AS4
D3
AS3-AS4
C2
AS4-AS3
Camino Óptimo. ¿Cuál es el camino óptimo en el encaminamiento basado en el vector
camino si no se utiliza ninguna métrica? El mejor camino a cada destino depende de la
organización propietaria del sistema autónomo. En nuestro ejemplo, podría haber más
de un camino desde un sistema autónomo hasta una red destino. Un camino de AS4 a
AS1 puede ser AS4-AS3-AS2-AS1 o puede ser AS4-AS3-AS1. Para las tablas de
encaminamiento del ejemplo, se ha elegido como métrica el número más pequeño de
sistemas autónomos, pero éste no siempre es el criterio que se sigue. Otros criterios,
como la seguridad, la fiabilidad o el coste en dinero también podrían aplicarse.
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BORDER GATEWAY PROTOCOL (BGP)
El protocolo BGP es un protocolo de encaminamiento interdominio utilizado entre
sistemas autónomos. Se trata de un protocolo que se basa en el encaminamiento por
vector camino y se usa ampliamente en las redes actuales. BGP implementa el
encaminamiento basado en el vector distancia directamente con algunas
consideraciones:
•
define un formato de paquete específico para comunicarse con sus vecinos;
•
la comunicación entre los nodos speakers utiliza el puerto TCP 179;
•
según la configuración BGP establecida por el operador de la red manualmente,
cada nodo speaker puede restringir la información que comparte y que recibe
de otros nodos speaker;
• BGP puede tener dos tipos de sesiones: sesiones externas (E-BGP) y sesiones
internas (I-BGP). Las sesiones externas se utilizan para intercambiar
información entre dos nodos speaker que pertenecen a sistemas autónomos
diferentes. Las sesiones internas, por otro lado, se utilizan para intercambiar
información entre dos routers dentro de un mismo sistema autónomo.
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TEXTO 4. GESTIÓN DE LA CONGESTIÓN
La congestión es la degradación de las prestaciones de la red que se produce cuando
hay demasiados paquetes circulando por la red. La carga (load) es la cantidad de
información que los hosts inyectan en la red y que, por tanto, tiene que ser
encaminados. La red tiene una capacidad máxima concreta (capacity), ya que sus
componentes están limitados. Cuando la carga llega a la capacidad de la red se
produce la congestión y el rendimiento (throughput) de la red se deteriora.
La congestión puede producirse por varias razones. Algunas de ellas son la insuficiente
capacidad de almacenamiento de paquetes (buffers) del router, la insuficiente capacidad
de procesamiento de paquetes del router, o la velocidad insuficiente de las líneas de
salida del router.
Se han propuesto varios algoritmos para el control de la congestión, los cuales pueden
clasificarse en dos categorías principales: algoritmos de prevención y algoritmos de
control.
ALGORITMOS DE PREVENCIÓN
Los algoritmos de prevención evitan la ocurrencia de la congestión asegurando que el
flujo de tráfico generado por cada origen no degradará las prestaciones de la red más
allá de la calidad de servicio contratada (velocidad de transmisión garantizada, retardo
máximo garantizado, etc.).
CONTROL DE ADMISIÓN
El control de admisión fue propuesto para redes de circuitos virtuales tales como ATM.
El control de admisión trabaja en modo orientado a conexión, denominándose control
de admisión de conexión (CAC, Connection Admission Control).
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La idea principal del CAC es muy simple: cuando un origen solicita un establecimiento
de una nueva conexión, cada router aplica un CAC que decide aceptarla o rechazarla.
Si se puede satisfacer la calidad de servicio de todas las conexiones existentes mas la
nueva, que comparten el mismo camino, la conexión se aceptará; en otro caso, se
rechazará.
Para que CAC pueda determinar si se cumple la calidad de servicio debe conocer el
flujo de tráfico de cada origen. Así, cada uno de ellos debe especificar su flujo de
tráfico, descrito mediante un conjunto de parámetros de tráfico denominado descriptor
de tráfico, durante el establecimiento de cada conexión. Un descriptor de tráfico puede
contener la velocidad de transmisión máxima, la velocidad de transmisión media, el
retardo máximo, etc.
CONFORMACIÓN DE TRÁFICO
Una vez que se ha aceptado una conexión utilizando el control de admisión, la calidad
de servicio se satisfará si cada origen respeta el descriptor de tráfico especificado
durante el establecimiento de cada conexión. Por el contrario, si el flujo de tráfico viola
el acuerdo inicial, puede que la red no sea capaz de mantener un nivel de prestaciones
aceptable. Para evitar esto, la red puede monitorizar el comportamiento y elegir el
rechazo o el etiquetado del tráfico que incumple las condiciones de su descriptor de
tráfico. El tráfico etiquetado será transmitido por la red, pero con baja prioridad, y en
caso de congestión será el primero que se descarte.
La mayoría de las implementaciones de la función de supervisión de tráfico hacen uso
del algoritmo de cubo goteante (leaky bucket). Para comprender cómo funciona este
algoritmo, imagine un flujo de tráfico como el agua vertida sobre un cubo con un
agujero en el fondo. El cubo tiene cierta profundidad y se vacía a cierta velocidad
constante cuando no está vacío (veáse la siguiente figura).
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Los paquetes llegan al cubo a ráfagas (bursty data) pero salen del cubo con una
velocidad constante (fixed-rate data). En la figura, se asume que la red ha comprometido
un ancho de banda de 3 Mbps para una estación origen. La estación envía una ráfaga
de datos a una tasa de 12 Mbps durante 2 s, con un total de 24 Mbits. La estación está
en silencio durante 5 s y a continuación envía otra ráfaga de datos a una tasa de 2 Mbps
durante 3 s, con un total de 6 Mbits de datos. En total, la estación ha enviado 30 Mbits
de datos en 10 s. Sin un algoritmo de cubo goteante, la ráfaga inicial podría afectar a la
calidad de servicio que la red se ha comprometido a ofrecer. Consumir más ancho de
banda del que se solicitó en el descriptor de tráfico podría llegar a generar un
problema de congestión en la red.
Por último, también hay que considerar que el cubo tiene una capacidad limitada para
almacenar agua (paquetes). Cuando el agua no desborda el cubo, el tráfico se declara
conforme. Por el contrario, todos los paquetes que impliquen un desbordamiento del
cubo serán etiquetados como no conformes (o incluso podrían llegar a descartarse).
ALGORITMOS DE CONTROL DE CONGESTIÓN
A pesar de la aplicación de técnicas de prevención de congestión, en algunas
circunstancias se pueden llegar a producir situaciones de congestión en la red. En
dichos casos, es necesario aplicar técnicas de control de congestión.
PAQUETES DE CHOQUE
Cada router monitoriza sus líneas de salida y hace una estimación de su uso. Si se
sobrepasa un umbral, avisa a las estaciones origen que le obligan a utilizar esa línea de
salida mediante un paquete de restricción. El router sigue dejando pasar los paquetes
pero los marca para que más adelante no provoquen el envío de nuevos paquetes de
restricción. Cada estación origen que reciba un paquete de restricción disminuirá el
tráfico hacia la estación destino. Los aumentos posteriores se harán en incrementos
menores para evitar una nueva situación de congestión. Una implementación de esta
técnica la proporciona ICMP con los paquetes Source Quench en redes IP.
RECHAZO DE PAQUETES
En ocasiones, cuando la memoria temporal de los routers para el almacenamiento de
paquetes (buffers) está a punto de saturarse, de forma que no es posible seguir
almacenando toda la información recibida, es necesario llevar a cabo el descarte de
paquetes. En aquellos casos en los que se utilicen mecanismos de conformación del
tráfico, resulta sencillo averiguar qué paquetes son susceptibles de ser eliminados
(aquellos etiquetados como no conformes). En otros casos, la decisión deberá tener en
cuenta varios factores, como por ejemplo el tipo de tráfico. Para el tráfico multimedia
es mejor descartar los paquetes más antiguos, ya que los nuevos contienen la
información más reciente. Sin embargo, para el caso de la transmisión de ficheros, el
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descarte de paquetes antiguos conllevará la retransmisión de los mismos, así como de
algunos paquetes subsecuentes, lo cual puede realimentar la situación de congestión.
Lo mismo sucede respecto a la información de control y los datos, siendo el primer tipo
más crítico que el segundo.
SEÑALIZACIÓN IMPLÍCITA DE CONGESTIÓN
En la señalización implícita de congestión no hay comunicación entre los routers
congestionados y la estación origen. El origen detecta que hay congestión en algún
punto de la red a través de otros síntomas.
Cuando se produce congestión en la red pueden suceder dos cosas:
•
el retardo de transmisión de un paquete dado desde una estación origen hasta
una estación destino aumenta hasta ser apreciablemente mayor que el retardo
medio;
•
los routers congestionados descartan paquetes.
Si una estación origen detecta estas situaciones, puede deducir que existe un problema
de congestión y reducir el flujo de información inyectado en la red para aliviarla.
SEÑALIZACIÓN EXPLÍCITA DE CONGESTIÓN
Generalmente, las técnicas explícitas de control de congestión operan sobre redes
orientadas a conexión y controlan el flujo de paquetes de conexiones individuales. Las
aproximaciones de señalización explícita de congestión pueden trabajar en uno de los
dos siguientes sentidos:
•
Hacia atrás. Se puede activar un bit en un paquete que se mueve en el sentido
contrario a la congestión. Este bit puede advertir a la estación origen de que hay
congestión y que necesita ralentizar su envío para evitar el descarte de
paquetes.
•
Hacia adelante. Se puede activar un bit en un paquete que va en el sentido de la
congestión. Este bit puede advertir a la estación destino de que hay congestión.
El receptor en este caso puede utilizar políticas, como ralentizar las
confirmaciones, para aliviar la congestión.
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