Conceptos Básicos Redes y networking

Transcripción

1 Conceptos Básicos Redes y networking Redes de Computadores Ing. Civil Informática Universidad de Valparaíso Gabriel Astudillo Muñoz

2 Conceptos Básicos Redes y networking Red: Sistema de objetos o personas conectados de cierta manera.

3 Internet +,'-./0.12.!"#/$"/#3 Millones de host conectados. Cada uno ejecutando diversas! ;0#%0.(%$$/".120. aplicaciones de red. Elementos indespensabes:! 4)11%"/0.&/.&)05%0)#)6%0. &/.(*75'#%.(%"/(#2&%08. 9%0#0 :.0)0#/72.#/$7)"21 251)(2()%"/0.&/.$/&! <"12(/0.&/. (%7'")(2()%"/0 Router! Switchs Enlaces: *)!"'+,'-$.! $%'#/$08 $/A/"6B2". 52C'/#/0.DE$'5%0.&/. &2#%0F fibra óptica, radio, satélite, cobre. Ancho de banda ~ Tasas de transmisión!gh.1%(21 I/&.&/. (%752JB2 $%'#/$ 0/$6/$ K%$L0#2#)%" 7%6)1!GH.$/E)%"21!"#$%&'(()*" 1-3

4 +,'-./0.'".1$%#%(%2%3 Internet 4".1$%#%(%2%.5'67"%.8.'".1$%#%(%2%.&/.$/&/0.&/.(%61'#7&%$/09 Elementos indespensabes: Protocolos Todo está estandarizado: IETF : RFC ;%27 ;%27 <)/"/0.27.5%$73 =9>> IEEE : :#$%0.1$%#%(%2%0.5'67"%03.?/@'/$)6)/"#%.&/.(%"/A)*".<BC?/01'/0#7.&/.(%"/A)*".<BC LH)2/M #)/61% D/# 5##19EEFFFG/2%G'#H06G(2EI7JK TIA/EIA : 1-8

5 Clasificación de Redes Según el canal de transmisión Según su topología Según su extensión geográfica Según su tipo de transferencia

6 Clasificación de Redes Tipo de Canal de comuniación Redes de Difusión (medio compartido) Un solo canal compartido de Tx y Rx. Todos los nodos pueden Tx y Rx (sólo uno a la vez). Ej: Sala de clases: canal=aire,nodos:personas Clasificación de mensaje Broadcast: Todos los alumnos están reprobados Multicast : Los alumnos cuyos apellidos comiencen con A, deben rendir el certamen en la sala 3 Unicast: Alumno Juan Pérez, tiene un 0 por copiar Obs: El mensaje llega a todos los nodos, pero sólo los nodos aludidos lo procesan.

7 Clasificación de Redes Tipo de Canal de comuniación Redes Punto a Punto No existen nodos intermedios, sólo sus extremos. Extremos: Repetidores, Bridges, Routers, gateways Resumen: Redes de pequeño tamaño: difusión. Redes de gran tamaño: punto a punto

8 Clasificación de Redes Según el medio de transmisión Según su topología Según su extensión geográfica Según su tipo de transferencia

9 Clasificación de Redes Topologías Lógicas BUS Se conectan todos los nodos al medio de transmisión. Un solo nodo puede Tx a la vez, sino ocurre una colisión. Sin jerarquía. El throughput decae a medida que aumenta la cantidad de nodos. Si se corta el cable, la red queda inutilizable.

10 Clasificación de Redes Topologías Lógicas ESTRELLA Los nodos están conectados directamente a un punto central (concentrador). Punto crítico: concentrador. Flexibilidad para agregar/quitar nodos.

11 Clasificación de Redes Topologías Lógicas ANILLO Cada estación está conectada a la siguiente y la última está conectada a la primera. Existe un único sentido de Tx. Cada estación tiene un receptor y un transmisor que hace la función de repetidor, pasando la señal a la siguiente estación

12 Clasificación de Redes Topologías Lógicas Resumen

13 Clasificación de Redes Topologías Físicas En la práctica, la topología física 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 significativo de rotación.

14 Clasificación de Redes Topologías Físicas Topología Física (apariencia): Estrella Topología Lógica : Anillo

16 Clasificación de redes Extensión Geográfica

17 Clasificación de redes Redes de Área Local (LAN) Red de tipo Difusión. Características: Operar dentro de un área geográfica limitada. Permitir que varios usuarios accedan a medios de ancho de banda alto. Proporcionar conectividad continua con los servicios locales. Conectar dispositivos físicamente adyacentes.

18 Clasificación de redes Redes de Área Amplia (WAN) Red de tipo Punto a Punto. Características: Operan en zonas geográficas extensas. Permitir el acceso a través de interfaces que operan a velocidades menores a la LAN. Conectar dispositivos separados por grandes distancias (a nivel regional, continental o mundial)

20 Clasificación de redes Tipos de transferencia Comunicación de circuitos (circuit Switching): Un circuito dedicado por cada llamada (e.g. red telefónica) Conmutación de paquetes (packet switching): datos enviados a través de la red en bloques discretos ( chunks )

21 Tipos de transferencia Conmutación de circuitos Recursos desde un nodo a otro son reservados al inicio de la llamada (transmisión de datos) Ancho de banda enlaces, capacidad en switches Los recursos reservados son dedicados, no compartidos. Capacidad garantizada Se requiere la configuración de la conexión (call setup)

22 Tipos de transferencia Conmutación de circuitos Ancho de banda (BW) se divide. Cada parte se asigna al caller Recurso se pierde si no es utilizado. División del BW FDM : en frecuencia TDM : en tiempo

23 Tipos de transferencia Conmutación de circuitos +%",'#-()*".&/.()$(')#% FDM Ejemplo: 4 usuarios frecuencia TDM ranura o slot tiempo frecuencia tiempo!"#$%&'(()*" 1-18

24 Tipos de transferencia Conmutación de circuitos Problema: Determinar el tiempo 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]

25 Tipos de transferencia Conmutación de circuitos Solución: Enlace: [bps] Ranura: [bps]/24 = [bps] Tiempo total = Tiempo setup + Tiempo TX Tiempo TX =Cantidad de datos / BW Tiempo total = [bits] [bps] =10.5[s]

26 Tipos de transferencia Conmutación de paquetes Cada flujo de datos extremo a extremo es dividido en paquetes Paquetes de usuarios A, B comparten los recursos de la red Cada paquete usa el bandwidth total. Recursos son usados según sean necesarios Contención de recursos: Demanda acumulada de recursos puede exceder cantidad disponible congestión: encolar paquetes, esperar por uso del enlace Cómo reenviar: store and forward

27 Tipos de transferencia Conmutación de paquetes v/s conmuntación de circuitos Conmutación de paquetes Comparte recursos No requiere el call setup Puede existir congestión Retardo y pérdidas Protocolos necesarios para la transferencia confiable y para el control de congestión. Idea: Lograr un comportamiento como circuito BW garantizado

28 ! Conmutación de paquetes Store and forward Demora L/R[s] transmitir L[bits] por un enlace de R[bps] Store and Forward: El paquete entero debe llegar al router antes que éste pueda ser transmitido sobre el próximo enlace. +%",'#-()*".&/.0-1'/#/23. -4,-(/"-,)/"#%.5.$//"67% 9 ; ; ; Ejemplo: L=7.5[Mbits] R=1.5[Mbps] Delay= 3L/R=15[s]

29 Conmutación de paquetes Store and forward Objetivo: mover paquetes a través de routers desde el origen al destino. Redes de datagramas: Cada paquete tiene una dirección de destino que determina el próximo tramo. Las rutas pueden cambiar durante la transmisión. Redes de circuitos virtuales: Cada paquete lleva un rótulo (Virtual Circuit ID) Camino fijo. Se determina cuando se establece la llamada. Routers mantienen el estado de cada llamada.

30 Redes Taxonomía +,-%"%./,0&10$1&12 31&120& (%.'")(,()%"12 31&120&10()$(')#%2 (%".'#,&%2 31&120&108,9'1#12 (%".'#,&% &120(%"0 :;2 31&120&10 6,#,<$,.,2 E1$>)()%20"%0%$)1"#,&%20,04,0(%"1-)*"0AF6BC08,$,04,20,84)(,()%"12G

31 Ancho de Banda

32 Redes y networking Ancho de Banda (BW) Def: El ancho de banda es la medición de la cantidad de información que puede fluir desde un lugar hacia otro en un período de tiempo determinado.

33 Redes y networking Ancho de Banda (BW) Analogía: Tuberías:

34 Redes y networking Ancho de Banda (BW) Medios típicos:

35 Redes y networking Ancho de Banda (BW) Tecnologías WAN

36 Redes y networking Ancho de Banda (BW) Desempeño Rendimiento BW Variables: El PC. Servidor Que hay dentro de la nube. Topología de las redes involucradas. Tipos de datos que se transfieren. Hora

37 Redes y networking Ancho de Banda (BW) Comprada 5.7Tbps Importancia: Es FINITO. Es una métrica importante para el diseño y desempeño de la red. Su demanda crece constantemente. Otros 1% Redes Priv. 27% Internet 72% Utilizada 2.1Tbps

38 Estructura de Internet

39 Estructura de Internet Básicamente jerárquica Al centro: Tier-1 ISPs ( AOL, AT&T, Global Crossing, Level3, Verizon Business, NTT Communications, Qwest, SAVIS y SprintLink) Se tratan entre si como iguales Proveedores Tier-1 se interconectan privadamente Tier 1 ISP NAP Tier 1 ISP Tier 1 ISP Proveedores Tier-1 también conectan a la los puntos de acceso público (Network Access Points)

40 Estructura de Internet Tier-2 ISPs: ISPs más pequeños (a menudo regionales) Se conectan a 1 o más Tier-1 ISPs, y posiblemente a otros ISPs de Tier-2 Tier-2 ISP paga a Tier-1 ISP por su conectividad al resto de Internet Tier-2 ISP es cliente de Proveedor Tier-1 Tierl-2 ISP nivel-2 ISP Tier 1 ISP NAP Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISPs también se conectan privadamente, e interconectan a NAP Tier-2 ISP

41 Estructura de Internet Tier-3 ISPs e ISPs locales Último salto ( acceso ) de la red (más cercano a los sistemas terminales) Local y Tier- 3 ISPs son clientes de ISPs de mayor nivel Que los conectan al resto de Internet local ISP local ISP Tier 3 ISP Tier-2 ISP tier 1 ISP tier-2 ISP local ISP local ISP Tier 1 ISP local local ISP ISP tier-2 ISP NAP tier 1 ISP tier-2 ISP local ISP tier-2 ISP local ISP

42 Estructura de Internet La comunicación entre dos puntos no es trivial local ISP Tier 3 ISP Tier-2 ISP local ISP Tier 1 ISP local local ISP ISP Tier-2 ISP NAP local ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP Tier-2 ISP local ISP

43 Estructura de Internet La comunicación entre dos puntos no es trivial

44 Pérdidas y retardos en redes de paquetes conmutadas

45 Pérdidas y Retardos Tasa de arribo de paquetes excede la capacidad de salida del enlace. Los paquetes son encolados en el router (memoria) y esperan su turno

46 Pérdidas y retardos Procesamiento en el nodo Encolamiento Retardo de la transmisión. Retardo de propagación Delay TX : L/R L: Largo paquete R: BW del enlace Delay prop : d/s d: largo del enlace físico. s: rapidez de propagación en el medio(~ [m/s] )

47 ! 3'#% $%7,1,"8.,.! M)5/7%.7,$,.7,4,$.0,. Pérdidas y retardos Ejemplo 1: Rapidez autos: 100[km/h] Tiempo de servicio peaje: 12[s/auto] Caravana de 10 autos. Determinar el tiempo que llega la caravana al 2º peaje. +,$,-,",.(%/%.,",0%12, 9::.;/ 9::.;/ +,$,-,",. &5.9:.,'#%4 75,?5 75,?5

48 ! 3'#% $%7,1,"8.,.! M)5/7%.7,$,.7,4,$.0,. Pérdidas y retardos Ejemplo 2: Rapidez autos: 1000[km/h] Tiempo de servicio peaje: 60[s/auto] Caravana de 10 autos. Determinar si llegan autos al 2º peaje mientras quedan algunos en el primero. +,$,-,",.(%/%.,",0%12, 9::.;/ 9::.;/ +,$,-,",. &5.9:.,'#%4 75,?5 75,?5

49 Pérdidas y retardos Resumiendo: Retardo en el nodo: dproc ~ procesamiento dcola ~ congestión dtx ~ transmisión. Relevante en enlaces de baja velocidad. dprop ~ propagación d nodo = d proc + d cola + d tx + d prop

50 Retardo de encolamiento L: Largo paquete R: BW del enlace a: tasa promedio de arribo de paquetes Itráf! ~ +56-"&7)&#8 0 : Retardo &,/.,"/-(,. pequeño Itráf! ~ :5/-$;%.&,/.9-<',#,.16)#34 1 : Retardo grande Itráf > 1 : I tráfico = L a +,#-$&%.&,.,"(%/-0),"#%.R 1$,2)3)#-&% ! -5#-3-.9$%0,&)%.&,.-$$)6%. &,.9-<',#,3!"#,"3)&-&.&,.#$=>)(%.5.:-?+ L$,;'"#-B M',.9-3-.(%".&)>,$,"#,3.2-/%$,3.&,.:-?NO! :[email protected],<',D%.$,#-$&%.&,.

51 Visualización del Retardo +,#-$&%./+,-01.,".!"#,$",#.2.$'#-3 Programa traceroute:! 4'-0,3.3%".0%3.$,#-$&%3.$,-0,3.,".!"#,$",# $'#-3. mide el retardo desde el host origen hacia cada router &,.0%3.5-6',#,37. en la ruta al destino.! Programa traceroute8 5$%9,,.:,&)&-3.&,0.$,#-$&%. &,3&,.,0.#,$:)"-0.&,.%$);,".<-()-.(-&-.$%'#,$ Para cada router j:,".0-.$'#-. -0.&,3#)"%.,".!"#,$",#=.. envía 3 paquetes que van a llegar al router j en la ruta al! >-$-.(-&-.$%'#,$ )8 destino.! :-"&-.#$,3.5-6',#,3.6',.9-".-.00,;-$.-0.$%'#,$ ),".0-.$'# &,3#)"% Dicho router le devuelve paquetes de información al host! $%'#,$ origen. ) 0,.&,9',09,.5-6',#,3.&,.)"?%$:-()*".-0.#,$:)"-0.%$);,"! #,$:)"-0.&,.%$);,".:)&,.,0.)"#,$9-0%.,"#$,.#$-"3:)3)*".2. El host origen mide los intervalos de transmisión y respuesta. $,35',3#-= #,$:)"

52 Visualización del Retardo $traceroute traceroute to ( ), 64 hops max, 40 byte packets ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 3 vlan-1863-border1-laflorida.nap.telefonicamundo.cl ( ) ms ms ms 4 10ge core1-laflorida.nap.telefonicamundo.cl ( ) ms ms ms 5 * So grtvapem1.red.telefonica.wholesale.net ( ) ms ms 6 Xe grtvapem2.red.telefonica-wholesale.net in-addr.arpa ( ) ms Xe grtmiabr8.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms Xe grtmiabr7.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms 7 Xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net in-addr.arpa ( ) ms Xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net in-addr.arpa ( ) ms ms 8 GOOGLE-xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms ms GOOGLE-xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 11 mia04s03-in-f104.1e100.net ( ) ms ms ms

53 Visualización del Retardo $traceroute traceroute to ( ), 64 hops max, 40 byte packets ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 3 vlan-1863-border1-laflorida.nap.telefonicamundo.cl ( ) ms ms ms 4 10ge core1-laflorida.nap.telefonicamundo.cl ( ) ms ms ms 5 * So grtvapem1.red.telefonica.wholesale.net ( ) ms ms 6 Xe grtvapem2.red.telefonica-wholesale.net in-addr.arpa ( ) ms Xe grtmiabr8.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms Xe grtmiabr7.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms 7 Xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net in-addr.arpa ( ) ms Xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net in-addr.arpa ( ) ms ms 8 GOOGLE-xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms ms GOOGLE-xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 11 mia04s03-in-f104.1e100.net ( ) ms ms ms 3 medidas de retardo

54 Visualización del Retardo $traceroute traceroute to ( ), 64 hops max, 40 byte packets ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 3 vlan-1863-border1-laflorida.nap.telefonicamundo.cl ( ) ms ms ms Dejemos lo 4 10ge core1-laflorida.nap.telefonicamundo.cl ( ) ms ms ms importante 5 * So grtvapem1.red.telefonica.wholesale.net ( ) ms ms 6 Xe grtvapem2.red.telefonica-wholesale.net in-addr.arpa ( ) ms Xe grtmiabr8.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms Xe grtmiabr7.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms (direcciones 7 Xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net in-addr.arpa ( ) ms Xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net in-addr.arpa ( ) ms ms numéricas de los 8 GOOGLE-xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms ms GOOGLE-xe grtmiana3.red.telefonica-wholesale.net ( ) ms routers ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 11 mia04s03-in-f104.1e100.net ( ) ms ms ms 3 medidas de retardo

55 Visualización del Retardo $traceroute traceroute to ( ), 64 hops max, 40 byte packets 1 ( ) ms ms ms 2 ( ) ms ms ms 3 ( ) ms ms ms 4 ( ) ms ms ms 5 * ( ) ms ms 6 ( ) ( ) ms ( ) ms 7 ( ) ms ( ) ms ms 8 ( ) ms ms ( ) ms 9 ( ) ms ms ms 10 ( ) ms ms ms 11 ( ) ms ms ms

56 Historia de Internet