Sesion 11 La capa de red

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    Dr. Ivan Olmos 1

    La Capa de Red

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    La Capa de Red

    Orientada a llevar los paquetes desde el origen hasta el destinoAqu, se debe conocer perfectamente el esquema de la subred para escoger la mejor rutaAdems, se debe considerar el trfico, para que en el caso de que sea necesario, cambiar la ruta de los datagramas

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    La Capa de Red

    Esta capa se debe de encargar de manejar las diferencias que pudieran existir entre la red de origen y la de destinoLa capa de red debe ofrecer una interfaz bien definida a la capa de transporte, en la cual, los servicios proporcionados deben ser:

    Independientes de la tecnologa de la subredLa capa de transporte debe estar aislada de la cantidad, tipo y topologas de las subredes presentesLas direcciones de la capa de transporte debe tener un orden uniforme

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    La Capa de Red

    La capa de red se puede disear:Orientada a la conexinSin conexin

    Los partidarios del servicio sin conexin involucra a la comunidad de InternetPor otro lado, los partidarios del servicio con conexin son las compaas telefnicas

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    El enfoque sin conexin

    Se plantea que la nica tarea de la capa de red es encaminar bits de un DTE a otro DTESe toma de antemano que la subred es inherentemente inestable, sin importar su diseoPor lo anterior, se enfocan a que los DTE realicen el control de errores y el control de flujoAdems, cada paquete debe llevar la direccin de destino completa, con el fin de que estos se pueden encaminar por vas distintas, si es necesario

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    El enfoque sin conexin

    La propuesta de la comunidad de Internet se sustenta en el hecho de que los sistemas de cmputo son ms poderosos y econmicos, con lo cual el costo de un diseo de una subred no sera muy elevado (no se incluyen las tareas que las computadoras tienen que realizar)

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    El enfoque con conexin

    Por otro lado, las empresas telefnicas sostienen lo siguiente:

    Antes de enviar datos, se debe establecer una conexin entre el emisor y el receptorAl establecerse la conexin, se puede determinar la calidad de la conexin, as como el costo del servicioLa comunicacin es en ambas direcciones y los paquetes se entregan en secuenciaSe proporciona control de flujo

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    Comentarios

    La mayor complejidad en el diseo y la implementacin en el esquema orientado a conexin est en la capa de red (subred)La mayor complejidad en el diseo y la implementacin en el esquema sin conexin est en la capa de transporte (en cada computadora)

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    Conexin vs. Sin Conexin

    Ambos enfoques actualmente tienen su representante operativo:

    Internet: sin conexinATM: con conexin

    Internet se ha propagado debido a la gran flexibilidad que ofreceATM actualmente es el esquema de alta velocidad dominante, aunque de alto costo

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    Conexin vs. Sin conexin

    En el esquema orientado a la conexin, se establecen circuitos virtuales (los paquetes siguen la misma ruta marcada por el primero de ellos)En el esquema sin conexin, los paquetes enviados se conocen como datagramas (no se determinan rutas por adelantado, esto es, dos datagramas pueden seguir rutas distintas a su destino)

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    Conexin vs. Sin conexin

    Generalmente las subredes de datagramasson ms robustas y se adaptan mejor a fallas y congestionamiento

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    Subredes orientadas a Conexin

    Aqu, los enrutadores debe mantener una tabla con todos los circuitos virtuales que estn manejando (se asocia a cada circuito un nmero)Cada paquete que viaje, tiene que contener un campo para un nmero de circuito virtual, adems de los nmeros de secuencia, sumas de comprobacin...

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    Subredes orientadas a Conexin

    Cuando un enrutador recibe un paquete, conoce la lnea por la cual lleg as como el correspondiente nmero de circuito virtualCada computadora, al establecer una conexin de red, hace uso de una direccin libre de circuito virtualDichos nmeros de direccin son independientes de un sistema a otro

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    Subredes orientadas a Conexin

    Como cada sistema es capaz de establecer una conexin, se pueden presentar inconvenientes cuando se establecen conexiones al mismo tiempo en los dos extremos que se desean comunicarCada proceso debe indicar cuando ha terminado de usar un circuito virtual, de modo que la direccin pueda purgarse de la tabla de los enrutadores

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    Subredes basadas en Datagramas

    En este esquema, los enrutadores tienen una tabla que indica la lnea de salida a usar para cada enrutador de destino posibleLos datagramas contienen la direccin de destino completaEn redes grandes, las direcciones pueden ser de varios bytes

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    Ventajas y Desventajas

    Por una parte, el tamao de las direcciones en cada paquete significa una carga extra de informacin, que puede llegar a ser muy significativa (datagramas)Por otro lado, en los circuitos virtuales se hace uso de espacios de tabla en los enrutadores Espacio de memoria del enrutador -

    desperdicio del ancho de banda

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    Ventajas y Desventajas

    Otro balance es el tiempo que se requiere para establecer un circuito al inicio de la comunicacin; ms sin embargo, posteriormente los paquetes saben exactamente por donde encaminarse, por lo que no se pierde tiempoEn la subred de datagramas, se requiere un proceso ms complejo para decidir por donde se encaminar el paquete

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    Ventajas y Desventajas

    Los circuitos virtuales permiten manejar el problema del congestionamiento en la subredEn una subred de datagramas, es ms complicado manejar dicho problemaLos circuitos virtuales son vulnerables, ya que si se cae un enrutador, todos los circuitos virtuales de su tabla dejaran de funcionarPor el contrario, si se cae un enrutador de datagrama, solo se perdern los paquetes que en ese momento se encontraban en el enrutador

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    Algoritmos de Enrutamiento

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    Algoritmos de Enrutamiento

    Es aquella parte del software (de la capa de red) que se encarga de decidir la lnea de salida por la que se transmitir un paquete de entradaEn una subred de datagramas, sta decisin se realiza en cada enrutador para cada paquete de entradaEn una subred de circuitos virtuales, la decisin se toma al momento de establecer el camino del circuito (enrutamiento de sesin)

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    Algoritmos de Enrutamiento

    Deben ofrecer propiedades como:CorreccinSencillezRobustezEstabilidadEquitatividadOptimalidad

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    Algoritmos de Enrutamiento

    Los algoritmos deben planearse para soportar los cambios de la topologa de la subred as como el trfico sin requerir la paralizacin de actividadesTambin se busca minimizar el retardo medio de los paquete as como aumentar al mximo el rendimiento de la red (normalmente se busca minimizar el nmero de escalas, ya que esta variable influye en un mejor rendimiento y un menor retardo)

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    Algoritmos de Enrutamiento

    Se clasifican en dos grupos:Algoritmos no adaptables: se calcula las rutas de flujo desde un principio, las cuales se cargan en los enrutadoresAlgoritmos adaptables: modifican las rutas de acuerdo a la topologa presente en un instante de tiempo dado, as como consideran el trfico. Dichos algoritmos varan de acuerdo a la forma de obtencin de su informacin as como la mtrica en la cual se basen (distancia, nmero de escalas, tiempo de trnsito..)

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    Algoritmos de Enrutamiento

    Para encontrar las rutas ms optimas, los algoritmos de enrutamiento hacen uso del principio de optimacin, que dice:Si un enrutador K se encuentra en la ruta

    ptima del enrutador I al enrutador J, entonces la trayectoria ptima de K a J se

    encuentra en la misma ruta

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    Algoritmos de Enrutamiento

    A partir del principio de optimacin, se puede deducir que todas las rutas ptimas a un destino comn forman un rbol con raz en el destino, conocido como rbol de ascensoDichos rboles no necesariamente son nicosLos rboles tienen una gran propiedad: no contienen ciclos

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    Enrutamiento por Trayectoria Corta

    Al manejarse el trmino enrutamiento por trayectoria ms corta, se debe de definir la mtrica bajo la cual se trabaja:

    Mtrica basada en escalasMtrica basada en distanciaMtrica basada en el retado de encolamientoMtrica basada en el trfico medioMtrica basada en el ancho de bandaMtrica basada en el costo de comunicacin...

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    Algoritmo de Dijkstra

    Uno de los algoritmos ms populares para encontrar las trayectorias ms cortas (en base a cierta mtrica), es el algoritmo de DijkstraEl algoritmo es el siguiente:

    Suponga que se desea encontrar la ruta ms corta entre el nodo A y el nodo Z de un grafoSea T el conjunto de vrtices en el grafo, L[x] la longitud asociada desde A hasta el nodo x, C[x] el camino asociado desde A hasta el nodo x, W(v,x) peso asociado del vrtice v al vrtice x

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    Algoritmo de Dijkstra

    1. Para todo x T | x A hacer: L[x] = , C[x] =

    2. L[A] = 0, C[A] = A3. Sea v = A, T = T {A}4. Si v = Z, finalizar (camino mnimo de A a Z: C[v]

    con longitud L[v])5. Para cada vrtice x adyacente a v | x T hacer:

    L[x] = min {L[x], L[v] + W(v,x)} Si L[v] + W(v, x) < L[x] hacer:

    C[x] = C[v] {x}

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    Algoritmo de D