Redes de Computadoras Capa de Red ModelodeReferencia Capa de aplicación Capa de transporte Capa de red Capa de enlace de datos Capa físicaf 1
Funciones La capade red seencargadellevar los paquetes desdeelorigen hasta eldestino. La capade red debe conocerlatopología de la subreddecomunicaciones yescoger las trayectorias adecuadas. También debe balancearlacargadelos diversos elementos de la subred. Comunicaciónen la Capa de Red Origen Enrutador Destino Capa de aplicación Capa de transporte Capa de aplicacion Capa de transporte Capa de red Capa de red Capa de red Capa de enlace de datos Capa de enlace de datos Capa de enlace de datos Capa físicaf Capa físicaf Capa físicaf 2
Servicios Proporcionados a la Capa detransporte Existe considerable discusión sobre lo que debe incluirse en la capa de red: La comunidad internet se inclina por unservicio sin conexiónes y no confiable, delegando a la capa de transporte el control de errores y control de flujo. Las compañias telefónicas prefierenunservicio confiable orientado aconexión En lo que sigue discutiremos Internet y ATM como ejemplos de estos puntos de vista. Comparaciónde las Subredes de Circuitos Virtuales ydatagramas Asunto Establecer circuito Direccionamiento Información de estado Enrutamiento Efectode fallasdel enrutador Control de congestión Subreddedatagramas necesario Cada paquete contiene direcciones completas La subrednotiene informacióndeestado Cada paqueteseenruta independientemente Soloalgunos paquetes perdidos Dificil Subreddecircuitos virtuales(cv) Requerido Cada paquete contieneun númerode CVpequeño CadaCVrequiere espacioen las tablasde lasubred La rutaseescoge cuandose establece el CV Seinterrumpen todos loscv que pasan porelenrutador Facil si pueden establecerse deantemanobuffers suficientes para cada CV 3
Estructuras vs Servicios Capa Superior Sinconexiones Orientada a conexiones Datagramas UDP sobre IP TCP sobre IP Tipo de subred Circuitos virtuales UDP sobre IP sobre ATM ATM AAL1 Sobre ATM Algoritmos de Enrutamiento La funciónprincipal de la capade redes enrutar paquetes de la máquina origena la dedestino. Enrutamiento estático Ruta más corta, más rápida, mas barata, etc. Enrutamiento por inundación. Enrutamiento basado en flujo Enrutamiento dinámico Enrutamiento porvector dedistancia Enrutamiento por estado de enlace 4
Enrutamiento por Vector de Distancia Desarrollado porbellman, 1957 y Ford y Fulkerson, 1962. Propaga rápido las buenas noticias pero lentamentelas malas. Usado porrip (Routing Information Protocol) e IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) Enrutamiento por Vector de Distancia 5
Enrutamiento por Estadode Enlace Cada enrutadoren la subred debe: Descubrir sus vecinos yconocer sus direcciones. Medir elretardo ocosto para cada vecino. Construir unpaquete conesta información. Enviar elpaquete atodos los enrutadores. Calcular la trayectoria más corta alos demás enrutadores. OSPF (Open Shortest Path First)es un protocolodeestadode enlace. Enrutamiento por Estadode Enlace Cuando la red es grande esta se divide enregiones. Esto se denomina enrutamiento jerarquico. Cada enrutador conoce la topología de su región pero desconoce la de otras regiones. 6
Otros Algoritmos de Enrutamiento Enrutamiento para hosts moviles Estos algoritmos deben encontrar eldestino a pesar antes de establecer la ruta. Enrutamiento por difusión (broadcasting). Enrutamiento multidestino. Enrutamiento por trayectoria invertida. Enrutamiento por multitransmisión (multicasting) Control decongestión La congestión ocurre cuando haydemasiados paquetes presentes en la subred. Adiferencia del control de flujo, el control de congestión es unaspecto global de la subred. El control de congestión consiste en: Detectar cuando ydonde ocurre congestión. Enviar esta informaciónadonde puedan tomarse acciones. Ajustar la operacióndelsistema. 7
Congestionamiento Factores que Afectanel Congestionamiento Red Capa Transporte Enlace de datos Politicas Políticaderetransmisión Almacenamientodepaquetes fueradeorden Políticadeacuses derecibo Control deflujo Políticade timeouts Circuitos virtuales vs.datagramas Encolamiento,servicioydescartedepaquetes Enrutamiento Tiempodevidadelos paquetes Retransmisiones Almacenamientodepaquetes fueradeorden Políticadeacuses derecibo Control deflujo 8
Control del Congestionamiento Regulacióndeltrafico. Leaky bucket algorithm. Token bucket algorithm. Especificaciones de flujo. Control deadmisión(circuitos virtuales). Encolamiento justo ponderado. Desprendimientode la carga. Interredes (internets) 9
Equipos para Interredes Repetidores:copianbitsentre segmentos de cable aniveldecapa fisica. Puentes:almacenan yenvian frames anivel de la capade enlace dedatos. Enrutadores multiprotocolo:reenvian paquetes entre redes disimiles. Gateways:conectan corrientesde bytes a nivelde la capadetransporteo superior. El ProcesodeTunel 10
Enrutamiento Entre Redes Protocolos interiores RIP (Routing Information Protocol) IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) OSPF (Open Shortest Path First) Protocolos exteriores EGP (Exterior Gateway Protocol) BGP (Border Gateway Protocol) IDRP (Inter-Domain Routing Protocol) Fragmentación Transparente transparente 11
La Capa de Redes en Internet Capa de Redes de Internet: IP (Internet Protocol) El encabezado de los paquetes IP 32 bits Versión IHL Tipo de servicio Longitud total Identificación D F M F Posición n del fragmento Tiempo de vida Protocolo Suma de verificación n del encabezado Dirección n de origen Direccion de destino Opciones (0 o más m s palabras) 12
Direcciones IP 32 bits Clase A B C D E 0 Red 10 Red 110 Red Host Host 1110 Dirección n de multicast 11110 Reservado para uso futuro Host Rango de Direcciones 1.0.0.0 a 127.255.255.255 128.0.0.0 a 191.255.255.255 192.0.0.0 a 223.255.255.255 224.0.0.0 a 239.255.255.255 240.0.0.0 a 247.255.255.255 Direcciones IP Las direcciones IP permiten: Clase A 126 redes de 16.777.214 hosts. Clase B 16.382 redes de 65.534 hosts. Clase C 2.097.150 redes de 254 hosts. Direcciones especiales (red.host): 0.0 este host 0.host un host de esta red. 1.1 todos los host de esta red Red.1 todos los hosts de Red 127.x loopback para pruebas 13
Subredes Se divide el campo de host en subred y host lo que permite enrutar independientemente cada una de las subredes. En el ejemplo se divide una red clase B en 62 redes de 1022 hosts cada una. 32 bits 10 Red Subred Host Otros Protocolos de la Capa de Redes de Internet ICMP (Internet Control Message Protocol) Para enviar mensajes de control (RFC 792) ARP (Address Resolution Protocol) Dirección IP Dirección Ethernet (RFC 826) RARP (Reverse Address Resolution Protocol) Dirección Ethernet Dirección IP (RFC 903) BOOTP (capa de aplicación) Arranque de estaciones sin disco (RFC 951) OSPF (RFC 1247) y BGP (RFC 1654) Protocolos de enrutamiento 14
El Agotamiento de las Direcciones IP El crecimiento exponencial del Internet agota rápidamente las direcciones disponibles, particularmente las de clase B. CIDR (Classless InterDomain Routing, RFC 1519) pospone el problema asignado bloques de clases C contiguas. IPv6 (RFCs 1883 a 1887) pretende resolver el problema usando direcciones de 16 bytes. La Capa de Red en ATM Lo más parecido a la capa de red esla capaatm. La capa ATM es orientada aconexiones pero sin acuses de recibo. Elelemento básico de de la capa ATM es elcircuito virtual o canal virtual. Los circuitos virtuales son unidireccionales, pero pueden crearse un par de ellos al mismo tiempo, tal vez concaracterísticas distintas. ATM reconoce una jerarquia de conexionde dos niveles: los circuitos virtuales se agrupanen trayetorias virtuales 15
El Modelo ATM Capa de aplicación Capa de presentación Capa físicaf AAL: ATM Adaptation Layer Capa de sesión Capa de transporte Capa de red Capa de enlace de datos Capa físicaf Capas superiores CS: Convergence Sublayer SAR: Segmentation And Reasembly ATM TC: Transmision Convergence PMD: Physical Medium Dependent Formato delas Celdas ATM GFC: nousado VPI: Trayectoriavirtual VCI: Circuitovirtual PTI:Tipodecarga util CLP: Prioridad0 > 1 HEC: Suma deverificación 000 usuario, tipo 0 sin congestión. 001 usuario, tipo 1 sin congestión. 010 usuario, tipo 0 con congestión. 011 usuario, tipo 0 con congestión. 100, 101 inf. Mantenimiento. 110 administración de recursos. 40 bits GFC VPI VCI PTI C L P HEC UNI (User( User-Network Interfase) VPI VCI PTI C L P HEC NNI (Network-Network Interfase) 16
Establecimientode Circuitos Host origen Switch 1 Switch 2 Host destino Establecer Conexión Tiempo Setup Setup Call proceeding Connect Call proceeding Connect Connect ack Setup Connect Connect ack Connect ack Release Liberar Conexión Release complete Release Release complete Release Release complete Enrutamiento en ATM ATM no especifica ningún algoritmo de enrutamiento. Para establecer un CV el mensaje setup sigue un camino a traves de la red que se convierte en la trayectoria del CV. Todos los CV de una trayectoria virtual siguen el mismo recorrido. Por lo tanto el enrutamiento ocurre a nivel de trayectorias virtuales, no de CVs. Las rutas se guardan en tablas en los switchs. 17
Tipos de Servicios en ATM CBR (Constant Bit Rate) Simula alambre de cobre o fibra. VBR (Variable Bit Rate) RT-VBR (Real Time VBR) Videoconferencias, etc. NRT-VBR (n RT-VBR) Tráfico tolerante a retrasos moderados. ABR (Available Bit Rate) Se puede especificar tasa mín. y máx. UBR (Unspecified Bit Rate) Sin garantías pero más economico. Característica de servicio Garantia de ancho de banda Adecuado para tráfico en tiempo real Adecuado para trafico en ráfagas Realimentación sobre congestionamiento CBR Sí Sí RT- VBR Sí Sí NRT- VBR Sí Sí ABR Opc. Sí Sí UBR Sí Calidad del Servicio en ATM La calidad de servicio (QoS) se especifica mediante uno o más delos siguientes parametros: PCR (Peak Cell Rate) SCR (Sustained Cell Rate) MCR (Minimun Cell Rate) CDVT (Cell Variation Delay Tolerance) CLR (Cell Loss Ratio) CTD (Cell Transfer Delay) CDV (Cell Delay Variation) CER (Cell Error Ratio) SECBR (Severely-Errored Cell Block Ratio) CMR (Cell Misinsertion Rate) 18
Control de Congestionamiento Las estrategias de control de congestionamiento en ATM se agrupan en tres categorias: Control de admisión Reservación de recursos Regulacion de la tasa de transmisión Emulación LAN de ATM 19