organizacion de redes - introduccion

8/18/2019 organizacion de redes - introduccion

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1908 – Arquitectura de Redes

Tema 1. Introducción a la arquitectura

y organización de las redes deordenadores

Pedro M. Ruiz

Francisco J. Ros

3º Grado en Ingeniería Informática – 2011/2012


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Organización del tema

Clasificación, tipos de redes y estrategias de

conmutación Arquitectura por niveles (OSI vs TCP/IP)

Aspectos de diseño en Internet

Organización y estructura de Internet

2 Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia


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conmutación Arquitectura por niveles (OSI vs TCP/IP)





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Clasificación y tipos de redes

Una red, es una colección interconectada de

dispositivos autónomos – Pueden intercambiar información

– Cada dispositivo funciona independientemente

Existen clasificaciones en base a múltiples criterios – Uso de la red (empresarial, doméstica,..)

– Extensión espacial (de área local, extensa…)

– Tipo de tecnología empleada, etc



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Elementos básicos de una red

Sistemas finales (hosts) – PCs, PDAs,…

– Equipos que ejecutan aplicaciones de red Enlaces de comunicación

– Medios físicos que conectan los sistemas finalesTipos:

Cableados: coaxial, par trenzado, fibra ópticaInalámbricos: microondas, satélites

– La velocidad de transmisión se denomina ancho debanda (bits/seg, bps)



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Elementos básicos de una red

Dispositivos de conmutación (routers) – Equipos situados en los cruces de los enlaces de

comunicación que conducen la información por elcamino adecuado entre sistemas finales

Protocolos – Reglas que controlan el formato de la información y los

procedimientos de envío y recepción



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Clasificación atendiendo a la localidad

espacial Redes de área local (LANs)

– Propiedad privada

– Principalmente para compartición de recursos

Redes de área metropolitana (MANs)

– Pueden interconectar varias LANs cercanas

– Actualmente gran interés basado en tecnologías inalámbricas

Redes de area extensa (WANs)

– Interconectan múltiples LANs o MANs remotas

– Formadas por un núcleo de enlaces de alta capacidad

– Multitud de tecnologías de red (ATM, FrameRelay, WDM,…)



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Estrategias de Conmutación

Conmutación de circuitos

Conmutación de circuitos virtuales

Conmutación de mensajes

Conmutación de paquetes



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Algunas definiciones previas

Longitud del paquete, P , se mide en bits.

Longitud del enlace, L, se mide en metros.

Tasa de datos, R, es la tasa a la que se pueden enviar bits,bits/segundo, b/s, o bps.1

Retardo de propagación, PROP , es el tiempo que tarda un bit enrecorrer la longitud del enlace, L.

PROP = L/c. 2

Tiempo de transmisión, TRANSP , es el tiempo que llevatransmitir un mensaje de longitud P .

TRANSP = P/R.

Retardo es el tiempo desde que se envió el primer bit, hastaque se recibe el último. En un enlace: Latency = PROP + TRANSP .

1. Nótese que un kilobit/segundo, kb/s, son 1000 bits/segundo, no 1024 bits/segundo.2. La velocidad de transmisión se asume la de la luz en este caso, en general dependedel medio de transmisión.

9 Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia Source: CS244, Steve McKeown, Stanford University


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Conmutación de Circuitos

A B

Fuente Destino

Es el método usado por la red telefónica

Una comunicación tiene tres fases:1. Establecer el circuito extremo a extremo (“marcación”),

2. Comunicar los datos,

3. Cerrar el circuito (“colgar”).

Un circuito es como un cable físico extremo a extremo.



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Conmutación de Circuitos

Red Telefónica

Fuente“llamante”

Centralde

Conmutación

Destino“llamado”

Central de

Conmutación

Intercambiadorde troncales

A cada llamada se le asignan64kb/s. Por tanto una troncal de

2.5Gb/s pude soportar hasta

39,000 llamadas simultáneas.



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Conmutación de Circuitos Virtuales

A B

Source Destination

Se trata de conmutación de paquetes, no de circuitos

Durante la fase de marcación, cada conmutador asocia la

interfaz de entrada y de salida para cada CV

Los datos enviados incluyen el identificador del CV para que los

conmutadores intermedios lo envíen por el camino elegido Se ofrece caudal fijo como en la conmutación de circuitos, pero

ofrece una mayor flexibilidad y tolerancia a fallos al operador

VC 25, IIF 3, OIF 5

VC 19, IIF 3, OIF 6



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Circuito Virtual

3 2 1

AB

C

D

E



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Conmutación de Mensajes

A

R1

R2

R4

R3

B

Fuente Destino

Cada mensaje se enruta independientemente usando la tabla de

rutas local al encaminador Los routers no mantienen estado por flujo

Diferentes paquetes podrían seguir caminos distintos

Un encaminador podría recibir varios paquetes para un mismo

enlace de salida, por tanto requiere de buffers

Se puede mejorar el rendimiento, dividiendo los mensajes en

paquetes: conmutación de paquetes (datagramas)



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R1Link 1

Link 2

Link 3

Link 4

Link 1, ingress Link 1, egress




ChooseEgress

ChooseEgress

ChooseEgress

ChooseEgress

“4”

“4”

Conmutación de Paquetes

Modelo simple de Router



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Datagrama

AB

C

D

E

1

2

11 3

2

12

3



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1.11.3 1.2

2.12.3 2.2

B.1B.3 B.2

C.1C.3 C.2

Red de CVs

Red de datagramas

A

A

B

B

C

C

Cada paquete lleva elnúmero del circuito virtual

al que pertenece

Cada datagrama lleva ladirección de destino

El orden serespeta siempre

El orden no siemprese respeta

Todos los paquete quevan por un mismo VC

usan la misma ruta

La ruta se elige deforma independiente

para cada datagrama

Circuito Virtual vs Datagrama



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Multiplexación EstadísticaIdea Básica

tiempo

tiempo

tiempo

tasa

Un flujo Dos flujos

Tasa

media

Múltiples flujos

El tráfico normal tiene ráfagas,

e.d. la tasa cambia frecuentemente.

Los picos de flujos independientes

normalmente suceden en instantes

diferentes.

Conclusión: Cuantos más flujos, más

estable el tráfico.

Tasa media de:

1, 2, 10, 100, 1000

flujos.

tasa

tasa



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Tasa enlace, R

X (t ) B

Paquetes descartadosTamaño de

la cola

X (t )

Tiempo

Buffer de

paquetes

Paquetes para la

misma interfaz de

salida


Multiplexación Estadística

Data Hdr

Data Hdr

Data Hdr

R R

R

Como el buffer absobe ráfagas temporales, el enlace de salida nonecesita funcionar a una tasa NxR

Pero el buffer tiene tamaño limitado, B, puede haber pérdidas.

El delay puede ser variable, por lo que no hay garantía de QoS

1

2

N



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Multiplexación Estadística

B

A

time

time

Rate

Rate

C

C

A C

B C



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Ganancia por Multiplexación Estadística

A

B

R

2C R < 2C

A+B

tiempo

Tasa

Statistical multiplexing gain (SMG) = 2C /R

Otras definiciones de SMG: El ratio de tasas que dan lugar a undeterminado nivel de ocupación o de tasa de pérdidas.



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¿Por qué usa Internet conmutación de

paquetes?

1. Hace un uso eficiente de enlaces caros – Asume que los enlaces son caros y escasos.

– Permite que muchos flujos compartan el enlace

satisfactoriamente.

– “Circuit switching is rarely used for data networks, ... becauseof very inefficient use of the links” - Gallager

2. Tolerancia a fallos en los enlaces y los routers

– ”For high reliability, ... [the Internet] was to be a datagramsubnet, so if some lines and [routers] were destroyed,

messages could be ... rerouted” - Tanenbaum



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Host A

Host B

R1

R2

R3

A

R1

R2

R4

R3

B

TRANSP 1

TRANSP 2

TRANSP 3

TRANSP 4

PROP 1

PROP 2

PROP 3

PROP 4

Fuente Destino

“Store-and-Forward” en cada router

( )i i

i

TRANSP PROP = +∑Minimum end to end latency


Mínimo retardo extremo a extremo



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¿Por qué paquetes mejor que mensajes?

Trocear los mensajes en paquetes permite el envío en paralelo por los

diferentes enlaces de la red, reduciendo la latencia extremo a extremo.

También evita que un enlace quede ocupado durante mucho tiempo.

Trocear los mensajes en paquetes permite el envío en paralelo por los

diferentes enlaces de la red, reduciendo la latencia extremo a extremo.

También evita que un enlace quede ocupado durante mucho tiempo.

Host A

Host B

R1

R2

R3

M/R

min/

i

i

M R PROP = + ∑Latency

Host A

Host B

R1

R2

R3

( / )i i

i

PROP M R = +∑Latency

M/R

Retardo Retardo



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Retardo por Encolado

Host A

Host B

R1R2

R3

TRANSP 1

TRANSP 2

TRANSP 3

TRANSP 4

PROP 1

PROP 2

PROP 3

PROP 4

( )i i i

i

TRANSP PROP Q= + +∑Actual end to end latency

Q2

Como el enlace de salida no tiene por qué estar libre al llegar un paquete,

éste se encola en un buffer. Si la red está ocupada, los paquetes podrían

tener que esperar un tiempo no despreciable.

Retardo e2e real



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Resumen Conmutación

Conmutación decircuitos

C.P, Datagramas C.P, Circuitos Virtuales

Ruta de transmisión

dedicada

Transmisión de datos

continua

Los mensajes no se

almacenan

La ruta se establece para la

conversación entera

Retardo de establecimiento

de llamada. Retardo de

transmisión despreciable

Ancho de banda fijo

Ruta de transmisión no

dedicada

Transmisión de paquetes

Los paquetes pueden

almacenarse hasta su

entrega

Se establece una ruta

para cada paquete

Retardo de transmisión

de paquetes

Uso dinámico del ancho

de banda

Ruta de transmisión no

dedicada

Transmisión de paquetes

Los paquetes pueden

almacenarse hasta su

entrega

La ruta se establece para la

conversación entera

Retardo de establecimiento

de llamada. Retardo de

transmisión de paquetes

Uso dinámico del ancho de

banda



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conmutación

Arquitectura por niveles (OSI vs TCP/IP)





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¿Por qué una arquitectura por niveles?

En una comunicación se plantean multitud de problemas

técnicos a abordar

– codificación, sincronización,

– acceso a un medio compartido, detección y corrección de errores,

garantía de entrega al siguiente salto,

– encaminamiento hasta el destino,

– garantía de entrega al destino, etc.

“Divide y vencerás”

– la funcionalidad se distribuye entre un conjunto de capas o niveles

– un par de entidades de una misma capa define un protocoloconjunto de reglas que define el intercambio de mensajes y su sintaxis

– una entidad en un nivel ofrece servicios al nivel superior usando

servicios del nivel inferior



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CSCTCRCE

CSCTCR

Arquitectura por niveles

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Enlace

Físico

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Enlace

Físico

Protocolo

Red Red

CS

CSCT

CSCTCRCE

CS

CSCT

CSCTCRCE

CSCTCR

CSCTCRCE

CE= Cabecera de Enlace CR= Cabecera de Red

CT= Cabecera de Transporte CS= Cabecera de Sesión



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Modelo OSI

SistemaFinal

SistemaFinal

76

5

43

2

1

3

2

1

76

5

43

2

1

Sistema

Intermedio

APLICACIÓNPRESENTACIÓN

SESIÓN

TRANSPORTERED

ENLACE

FISICO



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Arquitectura TCP/IP

Transporte

Interred

Subred

Físico

Aplicación

Bloque de

Aplicación

Serviciosde Red

Mensajes oFlujos contínuos

Segmentos

Datagramas IP

Tramas de subred



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Mapa de Protocolos TCP/IP

SUBRED + FÍSICO

IP (con ICMP e IGMP)

ARP RARP

UDPTCP

NFS

DNSRlogin

Rsh

FTP

TELNETSMTP RPCBOOTPDHCP

SNMP

ASN.1 TFTP RPC XDR

APLICACIONES



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conmutación






34/44

Introducción al correo postal

Bob Alice

Madrid Barcelona

Admin Admin



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Características del correo postal

Cada sobre se envía independientemente.

No hay una garantía de tiempo de entrega.

No hay garantía de entrega en orden.

De hecho, ¡no hay garantía de entrega! Las cosas se pierden

¿Cómo podemos confirmar la entrega?

Si no se confirma la recepción, o se confirma la norecepción, reenvío

¿Cómo determinar cuándo reenviar? ¿Expiración? Hacen falta copias de lo que se envió.

¿Cuánto tiempo hay que mantener esas copias?

¿Qué pasa si se piede la confirmación de entrega?



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Introducción al correo postal

Bob Alice

Madrid Barcelona

Admin Admin

Nivel de Aplicación

Nivel de transporte

Nivel de red

Nivel de enlace



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Introducción a Internet

Bob Alice

host1.madrid.net host2.barcelona.net

Nivel de red

Nivel de Enlace

Nivel de Aplicación

Nivel de transporte

O.S. O.S.Header Data Header Data

Datagramas



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Características de Internet

Cada paquete se envía independientemente.

No hay una garantía de tiempo de entrega.

No hay garantía de entrega en orden.

De hecho, ¡no hay garantía de entrega! Los paquetes se pierden

¿Cómo podemos confirmar la entrega?

Si no se confirma la recepción, o se confirma la norecepción, reenvío

¿Cómo determinar cuándo reenviar? ¿Expiración? Hacen falta copias locales de lo que se envió.

¿Cuánto tiempo hay que mantener esas copias?

¿Qué pasa si se piede la confirmación de entrega?



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Características adicionales de Internet

No hay garantía de la integridad de los datos.

Los paquetes pueden fragmentarse. Los paquetes pueden duplicarse.



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conmutación






41/44

Arquitectura de Internet

41 Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia Source: Libro de Stallings


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Ejemplo de Configuración

42 Arquitectura de Redes - Universidad de Murcia Source: Libro de Stallings


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Bibliografía

Básica

– Comer, cap 1 y 2

– Peterson, sec 2.3 y 3.1

– Stallings, Data Comm, cap 1, 2 y 8


Bibli fí


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Bibliografía

Complementaria

– A. Pattavina, “Switching Theory”. Wiley, 1998.

– D. Clark, “The Design Philosophy of the DARPA Internet

Protocols”, Proc. ACM SIGCOMM 1988, pp. 106-114.

– Jose Miguel Alonso, “Protocolos de comunicaciones

para sistemas abiertos”, Addison-Wesley, 1996. – Tanenbaum, cap 1


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