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)