Conceptos. Escuela de Ingeniería Civil en Informática Universidad de Valparaíso, Chile.

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1 Conceptos Escuela de Ingeniería Civil en Informática Universidad de Valparaíso, Chile Última modificación: 26/08/2014, 13:00 horas

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3 Estructura actual de Internet Conexiones privadas TIER 1 ISP 1 NAP (Network Access Public) NAP TIER 1 ISP 2 TIER 1 ISP n Fuente: Wikipedia 3

4 Estructura actual de Internet TIER-2 paga a TIER-1 por acceso TIER-2 ISP 1 TIER-2 ISP 2 TIER-1 ISP 1 NAP TIER-2 ISP 3 TIER-1 ISP 2 TIER-1 ISP n TIER-2 ISP 3 4

5 Estructura actual de Internet Local ISP 1 TIER-3 ISP 1 TIER-2 ISP 1 TIER-2 ISP 2 Local ISP 3 TIER-1 ISP 1 NAP Local ISP 4 TIER-2 ISP 3 TIER-1 ISP 2 TIER-1 ISP n Local ISP 2 TIER-3 ISP 1 TIER-2 ISP 3 Local ISP n Local ISP 5 5

6 Estructura actual de Internet Local ISP 1 TIER-3 ISP 1 TIER-2 ISP 1 TIER-2 ISP 2 Local ISP 3 TIER-1 ISP 1 NAP Local ISP 4 TIER-2 ISP 3 TIER-1 ISP 2 TIER-1 ISP n Local ISP 2 TIER-3 ISP 1 Local ISP n TIER-2 ISP 3 Local ISP 5 Resumiendo Tier- 1 : Es una red de tránsito. Está conectada a otros Tier- 1 Tier- 2 : Red que une ciertas redes. Compra tránsito a las Tier- 1. Tier- 3 : Sólo compra acceso a otras redes. 6

7 y en Chile? NAP Chile Regulado por la Resolución exenta Nº1483 del 22 de octubre de

8 Movistar 8

9 Claro 9

10 ENTEL 10

11 Conceptos fundamentales de redes 11

12 Conceptos Preliminares Problema: Entender el funcionamiento de las redes de computadores (redes de datos) Para que están hechas estas redes? 12

13 Conceptos Preliminares Problema: Entender el funcionamiento de las redes de computadores (redes de datos) Diferencias con otras redes 13

14 Aplicaciones 14

15 Requerimientos 15

16 Visiones Desarrollador de SoXware Existen 3 visiones en una red de computadores Administrador de Red Diseñador de Red 16

17 Escalabilidad de la conectividad Enlace directo (point2point) Acceso múl]ple Nodos N0 N1 Nj Enlaces Medio Físico 17

18 Escalabilidad de la conectividad Nodos N0 N1 Nj Enlaces Medio Físico Nodos Finales (host) N0 Nodos Intermedios M0 M1 Nj Mk N1 18

19 Escalabilidad de la conectividad switched networks paquetes conmutados circuitos virtuales Los recursos son reservados al inicio de la transmisión de datos. Servicios orientados a la conexión. Payload ID conn 19

20 Escalabilidad de la conectividad N0 switched networks paquetes conmutados circuitos virtuales N1 M0 Payload ID orig Mk ID dest M1 Concepto: Los paquetes son reenviados por los nodos intermedios. Nj Las rutas pueden variar durante la transmisión Los enlaces se comparten entre diferentes nodos finales Los servicios no son orientados a la conexión. Idea: Leonard Kleinrock,

21 Escalabilidad de la conectividad Fuente: wikipedia 21

22 Escalabilidad de la conectividad Redes interconectadas Internetworking Red A Router Red C Red B 22

23 Escalabilidad de la conectividad Métodos de reenvío Store & forward El paquete entero debe llegar al nodo que reenvía antes que éste pueda ser transmi]do sobre el próximo enlace. D[bits] N1 N2 N3 N4 L1[bps] L2[bps] L3[bps] Determinar el retardo en la transmisión entre N1 y N4 23

24 Escalabilidad de la conectividad Direccionamiento Cada nodo debe tener un iden]ficador Casos de entrega: a) el nodo final pertenece a la misma Red. b) el nodo final pertenece a una red dis]nta. Tipos de envío Unicast N1 Broadcast N1 Multicast N1 N0 N2 N3 N0 N2 N3 N0 N2 N3 N5 N5 N5 24

25 Escalabilidad de la conectividad Tipos de comunicación DTE simplex DTE DTE half duplex DTE DTE Full duplex DTE DTE: Data Terminal Equipment 25

26 Eficiencia del uso de los recursos MulHplexación: varios flujos lógicos a través de un único enlace hsico 26

27 Eficiencia del uso de los recursos FDM Ejemplo: 4 usuarios frecuencia TDM ranura o slot tiempo frecuencia 27 tiempo 1-18

28 Eficiencia del uso de los recursos Problema: Determinar el ]empo que toma enviar un archivo de [bits] entre 2 hosts a través de una red conmutada por circuitos. Enlaces de [Mbps]. Cada enlace usa TDM con 24 slots. Tiempo requerido para establecer el circuito : 500[ms] 28

29 Eficiencia del uso de los recursos Problema: Determinar el ]empo que toma enviar un archivo de [bits] entre 2 hosts a través de una red conmutada por circuitos. Enlaces de [Mbps]. Cada enlace usa TDM con 24 slots. Tiempo requerido para establecer el circuito : 500[ms] Solución: Enlace: [bps] Ranura: [bps]/24 = [bps]! Tiempo total = Tiempo setup + Tiempo TX Tiempo TX =Can]dad de datos / BW 29

30 Arquitectura de Red 30

31 Capas de protocolos Estra]ﬁcación (layering) Tipos de servicios RE DL AY ER BL UE Más abastracto a) Permite descomponer el problema en componentes más manejables.! b) Permite un diseño modular. LA YE R GR E YL AY E R YE Más concreto LLO WL AY E R 31

32 Capas de protocolos Cada protocolo deﬁne: RE DL AY E R BL UE LA YE R GR E YL AY E R YE LLO WL AY E Blue Layer Protocol R Interfaz de Servicios Interfaz de conexión Layer Yellow Protocol Cómo se intercambian Operaciones que puede hacer el protocolo los mensajes y su signiﬁcado, para implementar correctamente el servicio. Sistema A Sistema B Capa N+1 PDU (Protocol Data Unit) Capa N+1 usuario del servicio N usuario del servicio N puntos de acceso al servicio Primitivas Capa N Entidad 1 Entidad 2 Capa N N-PDU Entidad 1 Entidad 2 32

33 Capas de protocolos N0 Nj TCP Connection Request Para HTTP: TCP Connection Response cuál sería la interfaz de servicios? cuál sería la interfaz de conexión? t GET <ARCHIVO HTML> t 33

34 Capas de protocolos Stack de Protocolos RRP/MSP Estandarización: IETF (hrp:// ISO (hrp:// 34

35 Capas de protocolos Encapsulación Demul]plexación 35

36 Modelo de Referencia de 7 capas Modelo ISO/OSI Canal de comunicación Proceso a Proceso o Fin a Fin mensaje paquete frame bits 36

37 Modelo de 4 capas Aplicación Proceso de usuario Proceso de usuario Proceso de usuario Proceso de usuario Transporte Aplicación SSH, , Navegador Web TCP UDP Transporte TCP, UDP ICMP IP IGMP Red Red IP, ICMP, IGMP ARP Interfaz de Hardware RARP Enlace de Datos Enlace de Datos Device driver, NIC Medio Físico 37

38 Modelo de 4 capas Encapsulación Ejemplo de sistema de comunicación implementado en base a TCP- IP- Ethernet Dato de usuario Cabecera Aplicación Dato de usuario PDU Aplicación Aplicación Cabecera TCP Dato Capa Aplicación PDU TCP (Segmento) Transporte Cabecera IP Segmento TCP PDU IP (Datagrama) Red Cabecera Ehernet Datagrama IP Fin Ehernet PDU Enlace (Ethernet) Enlace de Datos Frame Ethernet PDU Físico (Símbolos) Medio Físico 38

39 Modelo de 4 capas Ejemplo de comunicación entre host fin a fin Host Ciente Host Servidor Cliente Web (Navegador) Protocolo HTTP Servidor Web TCP Protocolo TCP TCP IP Protocolo IP IP Router Protocolo IP IP Red A driver Protocolo Red A Red A driver Red B driver Protocolo Red B Red B driver Red A Red B 39

40 Modelo de 4 capas Ejemplo de comunicación entre host fin a fin Como es la comunicación entre los protocolos de la cada capa? Host Nube Wireless Nube Red Cableada A Nube Red Cableada A Wireless AP Router Host Comunicación Fin a Fin Datos para solucionar el problema Modelo de 4 capas Aplicación Transporte Red Enlace de Datos Medio Físico Capa Aplicación Transporte Red Enlace de datos Protocolo que lo implementa. HTTP TCP IP (nube wireless) (Nube Red A) (Nube Red B 40

41 Modelo de 4 capas Ejemplo de comunicación entre host fin a fin Host Nube Wireless Nube Red Cableada A Nube Red Cableada A Wireless AP Router Host Comunicación Fin a Fin Cliente Web (Navegador) Host Protocolo HTTP Host Servidor Web TCP Protocolo TCP TCP Router IP Protocolo IP IP Protocolo IP IP wirelesss AP

42 Tipos de Redes 42

43 Según su medio de transmisión Redes de Difusión (medio comparhdo) Un solo canal compar]do de Tx y Rx. Todos los nodos pueden Tx y Rx (sólo uno a la vez). Ej: Sala de clases: canal=aire,nodos:personas Tipos de mensaje Redes pequeñas Redes Punto a Punto No existen nodos intermedios Redes grandes (Tier s) Unicast N1 Broadcast N1 Multicast N1 N0 N2 N3 N0 N2 N3 N0 N2 N3 N5 N5 N5 43

44 Según su topología Topología Física v/s Topología Lógica En la prác]ca, la topología hsica de todas estas redes está adaptada generalmente en una disposición en estrella: brinda una flexibilidad mucho mayor para mover a los usuarios de la red. Esta es una ventaja muy valiosa cuando: los sistemas están creciendo existe un grado significa]vo de rotación. 44

45 Según su extensión geográfica Redes de Difusión Redes Punto a Punto 45

46 Según su tipo de transferencia Redes de paquetes conmutados Redes de circuitos virtuales Pero eso ya lo vimos. 46

47 Software de Red 47

48 API de Sockets API (Applica]on Programming Interface) Cliente Inicio sock = socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0) sendto(sock, DATOS, &echoserveraddr) Servidor Inicio servsock = socket(af_inet, SOCK_DGRAM, 0) bind(servsock, IP_local) recvfrom(servsock, BUFFER, &echoclntaddr) recvfrom(sock, BUFFER, fromaddr) sendto(servsock, DATOS, &echoclntaddr) Verificar si el origen de los datos es válido close(sock) Fin 48

49 Desempeño 49

50 Ancho de Banda (BW) El ancho de banda es la medición de la canhdad de datos que puede fluir desde un lugar hacia otro en un período de ]empo determinado. 50

51 Ancho de Banda (BW) El ancho de banda es la medición de la canhdad de datos que puede fluir desde un lugar hacia otro en un período de ]empo determinado. 51

52 Ancho de Banda (BW) hrp:// 52

53 Desempeño RTT (Round Trip Time): Tiempo que toma a un mensaje ir y venir de un extremo a otro en una red. Ancho de Banda Latencia Throughput Tiempo que toma a un mensaje ir de un extremo a otro en una red. latencia enlace = t Propagación + t Transmisión t Propagación = distancia v luz t Transmisión = tamaño AnchodeBanda Tiempo que toma a un bit viajar sobre un enlace a v luz. Tiempo que transcurre en la transmisión desde el primer hasta el úl]mo bit 53

54 Ancho de Banda Latencia latencia enlace = t Propagación + t Transmisión Emisor D Receptor t Propagación = distancia v luz t prop t Transmisión = tamaño AnchodeBanda t tx t t 54

55 Ancho de Banda Latencia Nodo A Enlace 1 Nodo B t prop t TX Mismo tamaño de datos (P.e. 100[MB])! Qué enlace ]ene mayor BW? 55

56 Ancho de Banda Latencia t Latencia = t Propagación + t Transmisión 56

57 Ancho de Banda Latencia t end 2end = e j ruta latencia ej e1 A e2 e3 B e5 e6 e4 e7 57

58 Ancho de Banda Latencia t end 2end = e j ruta latencia ej e1 A e2 e3 B e5 e6 e4 e7 58

59 Ancho de Banda Latencia Tasa de arribo es mayor que la capacidad de salida del nodo intermedio. t encolamiento Encolamiento e1 A e2 e3 B e5 e6 e4 Otros paquetes e7 latencia enlace = t Propagación + t Transmisión + t Encolamiento No es determinís]co 59

60 Ancho de Banda Latencia Nodo 1 Nodo 2 Nodo 3 Nodo 4 No olvidar el procesamiento en los nodos Nodo 1 Nodo 2 Nodo 3 Nodo 4 t t t t 60

61 Ancho de Banda Latencia Escenario 1 Rapidez automóviles: 100[Km/h] Tiempo de servicio peajes: 1[auto/min] Caravana de 10 autos. 100[Km] Determinar el ]empo que toma en llegar toda la caravana al 2 do peaje. Peaje 1 Peaje 2 Existe encolamiento en el 2 do peaje? 61

62 Ancho de Banda Latencia Escenario 2 Rapidez automóviles: 1000[Km/h] Tiempo de servicio peajes: 1[auto/min] Caravana de 10 autos. 100[Km] Determinar el ]empo que toma en llegar toda la caravana al 2 do peaje. Peaje 1 Peaje 2 Existe encolamiento en el 2 do peaje? 62

63 BW x Latencia Corresponde a la can]dad de bits que el emisor debe transmi]r antes de que el primer bit llega al receptor. Que pasa con la comunicación? Nodo 1 D Canal Tx Nodo 2 Canal Rx En los casos prác]cos, se ocupa el producto BW x RTT 63

64 BW x Latencia 64

65 Redes de Alta velocidad Aproximación: 1[MB]=1000[KB] 1[KB]=1000[B] 1[MB] Nodo 1 RTT=100[ms] Nodo 2 latencia v/s BW 1[MB] Nodo 1 RTT=100[ms] Nodo 2 65

66 Redes de Alta velocidad 66

67 Redes de Alta velocidad throughput = TamañoTransferencia t transferencia t transferencia = t latencia + t uptimetx t transferencia RTT + TamañoMensaje BW Determinar el throughput del sistema 1[MB] Nodo 1 RTT=100[ms] Nodo 2 67

68 Desempeño de las aplicaciones 68

69 Latencia v/s Jitter 69

70 Latencia v/s Jitter Nodo 1 Nodo 2 Nodo 3 Nodo 4 Bytes Acumulados Enviado por el Servidor 1[Mbps] Rapidez de Reproducción Recepción en el cliente 1[Mbps] Latencia Variable Buffer Tiempo 70

71 Latencia v/s Jitter Nodo 1 Nodo 2 Nodo 3 Nodo 4 Bytes Acumulados Problemas: Buffer pequeño. Letencia no prevista. Enviado por el Servidor 1[Mbps] Rapidez de Reproducción Recepción en el cliente Latencia Variable Buffer 71 Tiempo

72 Latencia v/s Jitter Nodo 1 Nodo 2 Nodo 3 Nodo 4 Almacenado (buffered) Avance buffer 72

73 Fin Conceptos 73