Principios de Protocolos. Prof. Wílmer Pereira

Transcripción

1 Principios de Protocolos Prof. Wílmer Pereira

2 Modelo de Capas Imperante Interfaz Transporte Red Protocolo transporte Aplicación Transporte Red Enlace Física Medio Físico Protocolo Comunicación horizontal Servicio Comunicación vertical

3 Ejemplo de un Modelo por Capas Filósofo Venezolano Me gustan los conejos J aime les lapins Filósofo Francés Traductor Holandés Ik hou van Konijnen Ik hou van Konijnen Amigo Holandés Teléfono Protocolo telefónico Protocolo telefónico Teléfono

4 Arquitectura de la Red Emisor Receptor Ensamblado de paquetes Segmento Paquete Desensamblado de paquetes Trama Secuencias de bits

5 Flujo en la Red Emisor Conmutadores Receptor Subred

6 Capa Física Transmisión de bits sobre el canal de comunicación Diseño estrechamente ligado al medio de comunicación. Par Trenzado Cable Coaxial Fibra Óptica Inalámbrico Microondas Satélite Infrarojo... Transmisión Analógica o Digital Red de Integración de Servicios

7 Capa Enlace Presentar información libre de errores a la capa Red Duplicados Dañados Perdidas Control de Flujo (Receptor más lento que emisor)

8 Capa Red Enrutar paquetes entre emisor y receptor Control de Tráfico y congestiones Pasarelas entre redes Estadísticas

9 Capa Transporte Multiplexado Manejo de varias conexiones Red Control de Flujo Control de Errores Independiente de la subred (conmutadores)

10 Capa Sesión (en desuso) Control de Dialogo (Manejo de un token) Sincronización

11 Capa Presentación (en desuso) Semántica más que sintaxis de la información Conversión de código de caracteres Compactación Criptografía

12 Capa Aplicación Servicios al usuario mediante arquitecturas cliente/servidor Aplicaciones que hacen transparente al usuario las particularidades del medio de transmisión

13 OSI vs TCP/IP OSI sirvió de modelo para desarrollar otras arquitecturas por capas

14 Standarización Standards De facto: sin plan formal De jure: bajo autoridad de standarización ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones) Sectores: Miembros: ITU R (Radiocomunicaciones) Gobiernos Nacionales ITU T (Telecomunicaciones) De sector (fabricantes) ITU D (Desarrollo) Asociados (organismos especializados) Agencias reguladoras (FCC, CONATEL) ISO (Organización de Standares Internacionales) ANSI (USA), AFNOR (Francia), NORVEN (Venezuela) IEEE (Instituto de Ingenieros eléctricos y electrónicos) Exitoso en standards LAN IAB (Consejo de Actividades de Internet) IRTF (Investigación a largo plazo) e IETF (Ingeniería a corto plazo) Se basan en los RFC

15 Principios de standarización

16 Problemas de OSI Capas enlace y red muy cargadas. Capas sesión y presentación muy poco usadas y con pocas funcionalidades. Control de flujo y de errores en varias capas (ineficiente). Gerencia de la red inexistente en el modelo. Mecanismos de interrupciones inadecuado para los lenguajes de alto nivel.

17 Características del diseño de las capas Mecanismos de Conexión, Desconexión y envío de Datos. Reglas de transferencia Simplex Half Duplex Full Duplex Control de Errores Perdidas Duplicados Dañados Control de Flujo Ensamblaje y corte de la información Multiplexaje Selección de la ruta

18 Tipos de Servicios Orientado Conexión (por ejm. Sistema Telefónico) Conexión Transferencia de datos Desconexión No Orientado Conexión (por ejm. Sistema postal) Transferencia de datos Secuencia de mensajes confiable Secuencia de bytes confiable Conexión no confiable Datagramas no confiable Datagramas con acuse de recepción Request Reply Secuencia de páginas Login remoto Voz digitalizada Correo electrónico clásico Correo electrónico registrado Bases de datos

19 Principios de Protocolos Protocolos de una vía Protocolo de dos vías Protocolo de tres vías Desconexión Transferencia de datos Conexión

20 Limitaciones de los protocolos Dos batallones de la Armada Azul Dos batallones de la Armada Azul Tres batallones de la Armada Amarilla Condiciones: Las colinas no son visibles entre ellas El valle no es visible de ninguna de las colinas Los mensajeros no mienten No existe otro medio de comunicación que los mensajeros

21 Modelo del canal Un canal es el medio de comunicación a través del cual se comunican dos entidades Sentido de la información Simplex Half Duplex Full Duplex Errores de transmisión Perdida de paquetes Duplicación de paquetes Alteración del orden de llegada de los paquetes

22 Algoritmos de Protocolos Programas bajo arquitectura cliente/servidor Ocurren eventos en paralelo (recepción y emisión simultanea) Mecanismo de programación por interrupciones Independencia de las capas.

23 Protocolo UTOPIA Suposiciones Canal Simplex. Red siempre disponible. Siempre listos receptor y emisor. Tiempo de procesamiento y transmisión ignorado. Dedicación exclusiva del receptor. Canal libre de errores, sin pérdidas.

24 Código de UTOPIA Libre de errores, tráfico en una dirección (de emisor a receptor) y receptor puede procesar tan rápido como le envíe el emisor void emisor() { void receptor () { frame s; frame r; packet buffer; event_type event; while true { while true { from_network(&buffer): wait_event(&event); s.info=buffer; from_physical(&r); to_physical(&s); to_network(&r.info); } } } }

25 Protocolo Simplex Stop and Wait Suposiciones Canal half duplex. Red siempre disponible. Siempre listos receptor y emisor. Tiempo de procesamiento no despreciable en el receptor (debe controlarse la emisión). Dedicación exclusiva del receptor. Canal libre de errores, sin pérdidas.

26 Código de Stop and Wait Libre de errores, tráfico en una dirección (aunque hay acuse de recepción) y hay control de flujo (prevenir inundación del receptor) void emisor() { void receptor () { frame s; packet buffer; frame r, s; event_type event; event_type event; while true { while true { from_network(&buffer): wait_event(&event); s.info=buffer; from_physical(&r); to_physical(&s); to_network(&r.info); wait_event(&event); to_physical(&s); } } } }

27 Protocolo simplex a canal con errores Canal half duplex. Suposiciones Red siempre disponible. Siempre listos receptor y emisor. Tiempo de procesamiento no despreciable en el receptor (debe controlarse la emisión). Canal con errores, pérdidas. Utilización de timer (o sea posibilidad de duplicados). Enumeración de los paquetes.

28 Código emisor (protocolo 3) Flujo de datos unidireccional con canal no confiable void emisor() { seq_nr next_frame_send; frame s; event_type event; packet buffer; next_frame_send=0; from_network(&buffer); while true { s.info=buffer; s.seq=next_frame_send; to_physical(&s); start_timer(s.seq); wait_event(&event); if (event == frame_arrival) { from_network(&buffer); next_frame_send++; } } }

29 Código receptor (protocolo 3) Flujo de datos unidireccional con canal no confiable void receptor () { seq_nr frame_expected; event_type event; frame r, s; frame_expected=0; while true { wait_event(&event);; if (event == frame_arrival) { from_physical(&r); if (r.seq == frame_expected) { to_network(&r.info); frame_expected++; } to_physical(&s); } } }

30 Protocolos de ventanas deslizantes Transmitir en dos direcciones (canal Full Duplex) Piggyback Número de secuencia para los paquetes Control de flujo: ventana de emisión y ventana de recepción Si ventana de emisión llena, no enviar mas paquetes Si ventana de recepción llena, rechazar paquetes Timers para reemisión y acuses de recepción

31 Control de Flujo Velocidad del emisor mayor que la velocidad del receptor Reprimir al emisor Política de las Ventanas Deslizantes: Ventana en el emisor: Ventana en el receptor: Envía n paquetes y no continúes transmisión hasta que te avise Eficiencia en el canal Control de flujo / Control de Congestión = Control de Flujo

32 Algoritmos de Congestión Políticas: (1) Preasignar recursos Número fijo de buffers por canal de salida (2) Descartar paquetes Rechazo de paquetes si no hay recursos (3) Restringir el número de paquetes Paquetes debe solicitar permiso para circular (4) Control de flujo Ayuda a evitar congestiones (5) Paquete de contención Detectar congestión y reducir el tráfico (6) Bloqueos Evitar deadlocks por asignación de recursos

33 Algoritmos de Congestión: Preasignación Reservar para cada conmutador una cuota fija de buffers. Si todos están reservados: Buscar otra ruta Señal de ocupado Ventajas: Congestión imposible Desventajas: Ineficiente uso de los recursos Solución: Asignar un timer a cada buffer y disponer de él para paquetes de otra conexión

34 Algoritmos de Congestión: Restricción Crear un número de permisos que circulan por la red Cada nodo emisor debe capturar un permiso y destruirlo Cuando el receptor obtiene el paquete regenera el permiso #paquetes < #permisos Desventajas: Puede haber conmutadores repleto de pqts Distribución no equitativa de permisos Solución: Nodo central que administre permisos con un número máximo por conmutador Si un permiso se destruye (caída de un conmutador) puede ser irrecuperable

35 Control de Errores Causas de Errores Errores termales Errores puntuales (pulsos) Arcos entre relays Personal técnico laborando Subidas de tensión Ejm: 10 mseg a 9600 bps => 96 bits afectados Errores al codificar (Análisis de Fourier) Interferencia por adyacencia Supresores de eco apagados Problemas de Amplificación (Compactación en Microondas)

36 Control de Errores Afortunadamente: Los errores viene agrupados... Ejm: Tramas a transmitir de 1000 bits Data de error = errores/bit Si no estuvieran agrupados entonces 1 error por trama Como viene agrupados de a 100 entonces 2 de cada 100 tramas con errores

37 Bit de Paridad Estrategia de detección de a lo sumo 1 error No corrige pues no tiene información posicional Como errores vienen agrupados, se mejora con chequeo de paridad por grupos de tramas (chequeo por filas y columnas) Pero... Debe esperarse la transmisión de todas las tramas del grupo antes de aceptar la información.

38 Códigos Detectores de Errores Los códigos correctores de errores sólo se pueden usar en ciertas condiciones especiales, por ejemplo, un canal simplex donde no se puede retransmitir EJMS: * Rata de error 10 6 por bit * Tramas de 1000 bits 10 bits de chequeo para corregir 1 Mbit o sea bits de chequeo a transferir Si se utiliza bit de paridad Pero... 1 Mbit tiene 1000 bits de chequeo o sea 2000 bits a transmitir (retransmisión) 0.5 es la probabilidad de detectar un error

39 Códigos Detectores de Error Código Polinomial, CRC (Cyclic Redundancy Code) Cada trama se representa como un polinomio con coeficientes 0 o 1 Trama de k bits son un polinomio de grado k 1 de izquierda a derecha X 6 X 5 X 4 X 3 X 2 X 1 X 0 Sumas y restas sin resto por lo que ambas se pueden realizar con un o exclusivo o X 5 + X 4 + X 2 + X Receptor y emisor conocen de mutuo acuerdo el polinomio generador G(x) El más alto y bajo coeficiente deben ser 1

40 Códigos Detectores de Errores Algoritmo Emisor Sea r el grado de G(x). Sumar r ceros a la trama de datos. Asi tendremos una trama M(x) de grado m + r. M(x) / G(x) Al dividendo restarle el resto y transmitir. Sea ese polinomio T (x) Algoritmo Receptor T(x) / G(x) Si el cociente es 0, no hay errores. Sino retransmitir la trama. Si hay error llega al receptor T(x) + E(x). Como T(x) / G(x) tiene resto 0 entonces E(x) / G(x) refleja el error

41 Códigos Detectores de Errores Polinomios generadores standards Ninguno es divisible por (X k + 1), k > 1 Todos tiene X + 1 como factor Coeficientes alto y bajo son 1 CRC 12 X 12 + X 11 + X 3 + X 2 + X CRC 16 X 16 + X 15 + X CRC CCITT X 16 + X 12 + X CRC 16 detecta todos los errores simples, dobles, impares y grupos de errores menores de 16. Si son 17 errores la probabilidad de detectarlo es % Si son más de 18 errores la probabilidad de detectarlo es %