Diseño de Redes - Capítulo 4

Diseño de Redes - Capítulo 4
INTERNETWORKING - PROTOCOLOS CON EL MEJOR ESFUERZO - SISTEMA DE DIRECCIONAMIENTO GLOBAL Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

TERMINOLOGÍA INTERNETWORK, INTERNET: UNA COLECCIÓN DE REDES FÍSICAS INTERCONECTADAS PARA PROVEER CAPACIDAD PARA DESPACHO DE PAQUETES DE UN HOST A OTRO HOST. REDES FÍSICAS ( POR EJEMPLO: FDDI, ATM, PPP, .. ) CONECTADAS ENTRE SÍ, FORMAN UNA RED LÓGICA ( INTERNET ). INTERNET: AMPLIAMENTE USADA, INTERNETWORK GLOBAL A LA CUAL UN GRAN PORCENTAJE DE REDE ESTAN CONECTADAS. Ingeniería en Redes y Comunicaciones Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4 Diseño de Redes Capítulo 3 2

RED DE “REDES DE TECNOLOGÍA SIMPLE”
INTERNET PROTOCOL , IP: PROTOCOLO UTILIZADO PARA CONSTRUIR INTERNETWORKS ESCALABLES Y HETEROGÉNEAS RED 1, RED 2 : ETHERNETS RED 3: FDDI RED 4: ENLACE PUNTO A PUNTO R1, R2, R3: ROUTERS PARA LA INTERCONEXIÓN Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4 3

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones INTERNETWORKS CONEXIÓN LÓGICA ENTRE H1 Y H8 CON LOS PROTOCOLOS INVOLUCRADOS EN CADA NODO Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

MODELO DE SERVICIO NO ORIENTADO A CONEXIÓN ( BASADO EN DATAGRAMAS ). DESPACHO CON EL MEJOR ESFUERZO ( SERVICIO NO CONFIABLE - CONFIABILIDAD GARANTIZADA POR CAPAS SUPERIORES ) - LOS PAQUETES SE PUEDEN PERDER. - LOS PAQUETES PUEDEN SER ENTREGADOS FUERA DE ORDEN. - PUEDEN SER ENTREGADOS PAQUETES DUPLICADOS. - LOS PAQUETES SE PUEDEN DEMORAR POR TIEMPO INDEFINIDO. Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones MODELO DE SERVICIO Formato de Datagrama (20 a 24 bytes) Version HLen: longitud del encabezado en palabras de 32-bits TOS, tipo de servicio, permite tratamieno diferencial dependiendo de la aplicación Length: bytes del datagrama, incluyendo el encabezado, máx Indent, Offset , Flag: para la fragmentación TTL, tiempo de vida: descarta paquetes en lazos; 64 is el valor por defecto Protocol: protocolo de nivel superior (TCP = 6, UDP =17, …) Checksum: determinado para el encabezado IP, como secuencia de palabras de 16 bits SourceAddr, DestinationAddr: IP define su propio esquema de direccionamiento global independiente de rede físicas Options, Pad: relleno Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones FRAGMENTACIÓN Y RE-ENSAMBLADO CADA RED FÍSICA TIENE UNA UNIDAD MÁXIMA DE TRANSMISIÓN ( MTU ) POR EJEMPLO: LOS PAQUETES EHTERNET TIENEN MÁX BYTES LOS PAQUETES FDDI SON DE MÁX BYTES DECISIÓNES DE DISEÑO: TRATAR DE EVITAR LA FRAGMENTACIÓN EN LA FUENTE. LA FUENTE DETERMINA EL TAMAÑO DEL PAQUETE IP QUE DEBERÁ SER IGUAL O MENOR AL MTU DE LA RED FÍSICA A LA CUAL ESTÁ CONECTADO SI EL TAMAÑO DEL PAQUETE IP ES SUPERIOR AL MTU LOCAL, LA FUENTE DEBE FRAGMENTAR EL PAQUETE SI EN LA RUTA HACIA EL DESTINO SE ENCUENTRA UN MTU CON CAPACIDAD INFERIOR AL PAQUETE IP, LA FUENTE PUEDE FRAGMENTAR EL PAQUETE Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones FRAGMENTACIÓN Y RE-ENSAMBLADO LA RE-FRAGMENTACIÓN, ES POSIBLE UN ROUTER AL ENVIAR UN DATAGRAMA A UNA RED CON MTU MENOR AL TAMAÑO DEL DATAGRAMA, DEBE FRAGMENTARLO LOS FRAGMENTOS A SU VEZ SON DATAGRAMAS INDEPENDIENTES EL RE-ENSAMBLADO OCURRE EN EL HOST DESTINO - LOS FRAGMENTOS COMUNES, TIENEN LA MISMA IDENTIFICACIÓN Ident - EL Ident ES SELECCIONADO POR LA FUENTE SI SE PIERDEN ALGUNOS FRAGMENTOS DEL DATAGRAMA ORIGINAL, EL DATAGRAMA Y LOS FRAGMENTOS RESTANTES, SON DESCARTADOS Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones EJEMPLO 4500 MTU 1500 MTU 532 MTU 1420-byte datagram (20-byte IP header plus 1400 bytes of data) Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

EJEMPLO - FRAGMENTACIÓN (a) Ident = x Start of header Rest of header 1400 data bytes Offset = 0 (b) 512 data bytes 1 Offset = 64 376 data bytes Offset = 128 Primer fragmento M bit 1 en el campo flags ( siguen más fragmentos) Offset 0 (el fragmento contiene la primera parte del datagrama original) Segundo fragmento comienzacon el byte 513 Campo Offet 64, que es 512/8 La fragmentación en límites de 8-bytes Campo Offet consiste en grupos de 8 bytes Tercer fragmento Contiene últimos 376 bytes offset (2 x 512)/ 8 = 128 Bit M 0 Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

DIRECCIONAMIENTO GLOBAL AÚN SIENDO ÚNICOS GLOBALMENTE, LAS DIRECCIONES MAC NO TIENEN ESTRUCTURA PARA COOPERAR CON PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO LAS DIRECCIONES IP: - ÚNICAS GLOBALMENTE ( 4,294,967,29 COMBINACIONES ) - POSEEN ESTRUCTURA JERÁRQUICA: RED + HOST Ejemplo: Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones DIRECCIONAMIENTO IP LA IDEA ORIGINAL PARA INTERNET CONSISTÍA EN UN PEQUEÑO NÚMERO DE REDES WAN ( UTILIZANDO DIRECCIONES TIPO A ), 126 UN NÚMERO MODESTO DE REDES MEDIANAS – CAMPUS ( CON DIRECCIONES TIPO B ) – HOSTS / RED UN GRAN NÚMERO DE REDES PEQUEÑAS LAN ( CON DIRECCIONES TIPO C ) 254 HOSTS / LAN 255 reservado para broadcast 0 no valído como dirección de host Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones DESPACHO DE DATAGRAMAS Estrategia - Cada datagrama contiene una dirección de destino - Si está conectado a la red destino, despacha hacia el host - Si no está directamente conectado, entonces envía el dagrama a otro router - Una tabla de despacho relaciona número de red con el siguiente salto Cada host tiene un router por defecto Cada router mantiene una tabla de despacho Ejemplo (R2) Número de Red Siguiente Salto 1 R3 2 R1 3 interfaz 1 4 interfaz 0 Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones TRADUCCIÓN DE DIRECCIONES UN PAQUETE ALCANZA A UNA NUEVA RED FÍSICA: - RELACIONA LA DIRECCIÓN IP CON UNA DIRECCIÓN FÍSICA Determina la dirección física del host destino O Determina la dirección física del siguiente salto - ENCAPSULA EL DATAGRAMA IP DENTRO DE UNA TRAMA QUE CONTIENE LAS DIRECCIÓNES A NIVEL DE ENLACE DE DATOS Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones PROTOCOLO PARA RESOLUCIÓN DE DIRECCIÓN ( ARP ) ARP permite a cada host en una red física, dinamicamente construir una tabla que relaciona direcciones IP con direcciones a nivel de enlace de datos Accionamiento de ARP - Un host “fuente” decide enviar un datagrama a un host ( o router ) en la misma red fisica. Si el destino no se encuentra en la tabla ARP, es invocado el protocolo ARP Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones EJECUCIÓN DE ARP 1- EL HOST ORIGEN ENVÍA UNA PETICIÓN ARP EN BROADCAST CON “DIRECCIÓN IP DESTINO” Y { DIRECCIÓN IP; DIRECCIÓN ENLACE DE DATOS } DEL HOST ORIGEN 2- SI UN HOST EN LA RED YA TIENE ESTA DIRECCIÓN DEL HOST ORIGEN, LA RESTABLECE ( INICIA A CERO EL TEMPORIZADOR DE DESCARTE ) 3- EL HOST DESTINO AGREGA LA INFORMACIÓN DEL HOST ORIGEN EN SU TABLA Y ENVÍA DE VUELTA UN MENSAJE QUE CONTIENE SU PROPIA DIRECCIÓN DE ESTADO-DE- ENLACE 4- EL HOST ORIGEN RECIBE EL MENSAJE DE VUELTA Y AGREGA LA DIRECCIÓN A SU TABLA ARP 5- LOS DEMÁS HOSTS NO AGREGAN ESTA INFORMACIÓN Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 4

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones NOTAS SOBRE ARP LAS TABLAS ARP VARÍAN CON EL TIEMPO LOS DATOS EN LAS TABLAS EXPIRAN PERIODICAMENTE Y SON DESCARTADAS AL NO SER REINICIALIZADAS ( EN APROXIMADAMENTE 10 MINUTOS ) Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 3

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO - Ingeniería en redes y comunicaciones FORMATO DEL PAQUETE ARP HARDWARE TYPE: TIPO DE RED FÍSICA ( EJ. ETHERNET ) PROTOCOL TYPE: TIPO DE PROTOCOLO DE NIVEL SUPERIOR ( EJ. IP ) HLEN & PLEN: LONGITUD DE LAS DIRECCIONES OPERATION: REQUISICIÓN DE RESPUESTA SOURCE/TARGE: DIRECCIONES FÍSICAS/PROTOCOLO Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 3

FORMATO DEL PAQUETE ARP
TargetHardwareAddr (bytes 2 5) TargetProtocolAddr (bytes 0 3) SourceProtocolAddr (bytes 2 Hardware type = 1 ProtocolType = 0x0800 SourceHardwareAddr (bytes 4 TargetHardwareAddr (bytes 0 1) SourceProtocolAddr (bytes 0 HLen = 48 PLen = 32 Operation SourceHardwareAddr (bytes 0 ― 8 16 31 Mapping IP into Ethernet Addresses

PROTOCOLO PARA CONTROL DE MENSAJES INTERNET ( ICMP )
PROTOCLO COMPAÑERO DE IP DEFINE UNA COLECCIÓN DE MENSAJES DE ERROR QUE SON ENVIADOS DE VUELTA A UN HOST ORIGEN SIEMPRE QUE UN ROUTER O HOST NO PUEDEN PROCESAR SATISFACTORIAMENTE UN PAQUETE

MENSAJES DE ERROR ICMP DESTINO INALCANZABLE
EXCEDIDO EL TIEMPO DE VIDA TTL FALLÓ LA SUMA DE VERIFICACIÓN CHECKSUM FALLÓ EL RE-ENSAMBLAJE NO PUDO FRAGMENTAR ECHO ( PING ) REDIRECCIÓN – EXISTE UNA MEJOR RUTA HACIA EL DESTINO

REDES PRIVADAS VIRTUALES Dos corporaciones mantienen redes Privadas entre sus oficinas para garantizar la privacidad de sus datos. Utilizan líneas alquiladas privadas las cuales son costosas. Estas corporaciones pueden compartir Un mismo enlace físico pero manteniendo La privacidad mediante redes privadas Virtuales. Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 3

IMPLEMENTACIÓN DE UNA VPN El encapsulado de paquetes desde R1 hasta R2 en paquetes IP dirigidos a R2 junto con el encriptamiento de Los datos crea un ”tunel” de paquetes, un modo efectivo para implementar VPNs. Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 3

ENRUTAMIENTO

ENRUTAMIENTO DESPACHO Y ENRUTAMIENTO
- DESPACHO: SELECCIONA UN PUERTO DE SALIDA BASADO EN LA DIRECCIÓN DESTINO Y LA TABLA DE ENRUTAMIENTO - ENRUTAMIENTO: PROCESO POR EL CUAL ES DESARROLLADA UNA TABLA DE ENRUTAMIENTO LA RED COMO UN DIAGRAMA - UNA SOLA ADMINISTRACIÓN - FORMADA POR NODOS, ROUTERS Y ENLACES - CADA ENLACE TIENE UN COSTO OBJETIVO DE ENRUTAMIENO: DETERMINAR LA RUTA CON EL MÍNIMO COSTO ENTRE DOS NODOS

ASPECTOS RELACIONADOS A LOS PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO
PUEDE SER SENCILLO DETERMINAR LA RUTA CON EL MENOR COSTO EN UNA RED ESTÁTICA, SIN EMBARGO EN LAS REDES: - LOS ENLACES Y LOS ROUTERS FALLAN - SON AGREGADOS NUEVOS ENLACES Y NUEVOS ROUTERS - EL TRÁFICO PUEDE SOBRECARGAR LOS ENLACES - ¿COMO CALCULAR EL COSTO DE LOS ENLACES? - LOS ALGORITMOS DEBEN SER ESCALABLES

ENRUTAMIENTO POR VECTOR - DISTANCIA
CADA NODO MANTIENE LAS RELACIONES ( DESTINO, COSTO, SIGUIENTE SALTO ) PARA DESPACHO SE UTILIZA ( DESTINO, SIGUIENTE SALTO ) LOS VECINOS DIRECTAMENTE CONECTADOS INTERCAMBIAN INFORMACIÓN - PERIODICAMENTE ( CADA X SEGUNDOS; DENOMINADA ACTUALIZACIÓN PERIÓDICA ) - SIEMPRE QUE CAMBIE EL CONTENIDO DE LA TABLA ( DENOMINADA ACTUALIZACIÓN ACTIVADA ) CADA ACTUALIZACIÓN CONTIENE LOS PARES ( DESTINO, COSTO ) UN ROUTER MODIFICA SU TABLA DE ENRUTAMIENTO SI RECIBE UNA NUEVA RUTA CON MENOR COSTO LAS RUTAS EN LA TABLA EXPIRAN DESPUÉS DE UN CIERTO TIEMPO, TIENEN QUE SER REINICIALIZADOS LOS CONTADORES DE EXPIRACIÓN

EJEMPLO DE TABLA VECTOR - DISTANCIA
Visión global Nodo Distancia al nodo A B C D E F G 1 oo Visión del nodo B Destino Costo Sig.-salto A 1 A C C D C E A F A G A

EL PROBLEMA DE LA CUENTA AL INFINITO El enlace A-E falla. Se lanza una actualización, A publica que su distancia hasta E es infinito. Al mismo Tiempo B y C se comunican que pueden Alcanzar a E en dos saltos. B conoce que no puede alcanzar a E a través de A pero si a través de C con tres saltos y se lo notifica a A. Ahora A cree que puede alcanzar a E con cuatro saltos a través de B. A le indica de esta ruta a C….. Esto continúa indefinidamente. Las tablas no convergen. Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 3

SOLUCIÓN A LOS LAZOS CON DOS NODOS CUENTA AL INFINITO: Establece infinito a un número máximo de saltos para el paquete que le permitan llegar de un extremo a otro extremo de la red. REDUCCIÓN AL TIEMPO DE CONVERGENCIA: HORIZONTE- DIVIDIDO. Cuando un nodo publica información sobre sus rutas a sus vecinos, no publica una ruta de vuelta al vecino del cual aprendió dicha ruta. DIVIDIDO CON ENVENENAMIENTO DE REGRESO. Publica la ruta aprendida de vuelta al nodo de origen pero con información Negativa sobre la ruta ( infinito ). Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 3

ENRUTAMIENTO POR ESTADO DE ENLACE
ESTRATEGIA - CADA NODO ENVÍA A TODOS LOS OTROS NODOS LA INFORMACIÓN SOBRE ENLACES DIRECTAMENTE CONECTADOS Link State Packet ( LSP ) PAQUETE DE ESTADO DE ENLACE ( LSP ) contiene - id DEL NODO QUE CREÓ AL LSP - COSTO DEL ENLACE A CADA VECINO - NÚMERO DE SECUENCIA ( SEQNO ) - TIEMPO DE VIDA DEL PAQUETE ( TTL )

ENRUTAMIENTO POR ESTADO DE ENLACE - INUNDACIÓN
AL INICIO, LOS SEQNO DE TODOS LOS LSPs SON INCIADOS CON CERO LOS LSPs SE GENERAN PERIODICAMENTE - CON CADA NUEVO LSP SE INCREMENTA EL SEQNO - LOS ROUTERS GUARDAN EL LSPs MÁS RECIENTE LOS LSPs ENTRANTES SE RE-ENVÍAN POR TODOS LOS PUERTOS MENOS POR EL QUE LLEGÓ EL LSP EL TTL DEL LSP ES DECREMENADO ANTES DE SER RE-ENVIADO A LOS OTROS ROUTERS - SON DESCARTADOS CUANDO EL TTL = 0

MECANISMO DE ENRUTAMIENTO DEL ESTADO DE ENLACE PUBLICACIÓN DE LA INFORMACIÓN MEDIANTE - INUNDACIÓN. CÁLCULO DE LAS RUTAS MÁS CORTAS MEDIANTE LA INFORMACIÓN ACUMULADA DE TODA LA RED. Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 3

PAQUETES DE ESTADO DEL ENLACE - LSP -
CreatorID: Identificación del creador del paquete. NeighborList: Lista de vecinos del creador y costo hacia ellos. SequenceNumber: El número de secuencia de un paquete con referencia a los demás paquetes enviados por un creador. TTL: Tiempo de vida en número de saltos.

DESPACHO DE PAQUETES DE ESTADO DEL ENLACE - LSP - UN LSP ES DESPACHADO CUANDO: EXPIRA EL CORRESPONDIENTE TEMPORIZADOR. OCURRE UN CAMBIO EN LA TOPOLOGÍA DE LA RED. El despacho de LSPs, es “overhead” sobrecarga, es deseable mantener los despachos en un mínimo. Ingeniería en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes Capítulo 3

CÁLCULO DE LA RUTA MÁS CORTA. ALGORITMO DE DIJKSTRA
Se asume: Un nodo construye un gráfico que representa a la red basado en los LSPs que ha recibido. N: |V|, cantidad de nodos. l(i,j): Valor no negativo del extremo (i,j). M: grupo de nodos incorporados para algún nodo s. C(n): costo de la ruta desde el nodo s al nodo n. Algoritmo para un nodo s: M = {s} Para algún n en N-{s} ejecute : C(n)=l(s,n) mientras (N no es igual a M) M=M U{w} tal que C(w)=min{para todos los w en (N-M)} para cada n en (N-M) ejecute: C(n)=min{C(n), C(w)+l(w,n)}

RESUMEN DEL PROTOCOLO DE ESTADO DE ENLACE
UNO DE LOS PRIMEROS ALGORITMOS DE ENRUTAMIENTO DETERMINA EL CAMINO MÁS CORTO - REQUIERE QUE CADA NODO TENGA INFORMACIÓN COMPLETA SOBRE LA RED - LOS NODOS INTERCAMBIAN INFORMACIÓN CON LOS DEMÁS NODOS EN LA RED - CONVERGE RAPIDAMENTE - NO GENERA MUCHO TRÁFICO EN LA RED

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