Capítulo 3 Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Capítulo 3 Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP
Departamento de Tecnología Electrónica Algunas de las transparencias tienen copyright: Redes de computadoras: Un enfoque descendente 5th edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, Abril 2009. Capítulo 3 Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Tema 3: Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP
Objetivos: Entender los principios avanzados tras los servicios de la capa de red: Traducción de direcciones Enrutamiento Control de errores en la capa de red Configuración dinámica de direcciones en IPv4 IPv6. Entender el control de la congestión en TCP Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 2

Tema 3. Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP
3.1 Control de errores en IPv4: ICMP 3.2 Configuración dinámica de direcciones en IPv4: DHCP 3.3 Traducción de direcciones: NAT 3.4 Enrutamiento en internet RIP OSPF BGP 3.5 Control de la congestión en TCP 3.6 IP versión 6 Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

3.1 Control de errores en IPv4: ICMP 3.2 Configuración dinámica de direcciones en IPv4: DHCP 3.3 Traducción de direcciones: NAT 3.4 Enrutamiento en internet RIP OSPF BGP 3.5 Control de la congestión en TCP 3.6 IP versión 6 Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 4

ICMP: Internet Control Message Protocol
Utilizado por hosts y routers para comunicar información del nivel de red Informe de errores: host, red, puerto o protocolo inalcanzable Avisos de los routers o los receptores Funcionamiento sobre IP: Los mensajes ICMP van en datagramas IP (¡pero ICMP no es un protocolo de transporte!) Todos los nodos que usen IP deben implementar ICMP Los mensajes ICMP se crean solo para el primer fragmento IP Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 5

Formato de mensaje Los mensajes ICMP van en datagramas IP Campo Protocolo = 1 en la cabecera IP Dir. IP fuente = host que manda el mensaje ICMP Tipo Código Descripción Respuesta de eco (ping) Red inalcanzable Host inalcanzable Protocolo inalcanzable Puerto inalcanzable Redireccionamiento Petición de eco (ping) TTL excedido Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 6

Ping envía un paquete de datos y espera la respuesta de un paquete de contestación se basa en mensajes ICMP tipo 8 y 0 Funciones: Comprobar la conectividad de un host Ping envía los paquetes con números únicos de secuencia y notifica el número de secuencia del mensaje de respuesta: Detección de paquetes duplicados, reordenados o eliminados Ping utiliza checksums en cada paquete: Detección de paquetes corruptos Ping permite calcular el RTT (Round Trip Time) Ping permite detectar otros mensajes ICMP. Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 7

Ping Solicitud de Eco y Respuesta a solicitud de Eco 1 byte byte bytes | Tipo | Código | Checksum | | Id | Número de Secuencia | Tipo: 8 (Solicitud de Eco) o 0 (Respuesta a solicitud de Eco) Código: 0 Id: número de identificación (opcional), típicamente se usa como número de sesión Número de secuencia (opcional) Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 8

Ping Uso: ping [-t] [-a] [-n cuenta] [-l tamaño] [-f] [-i TTL] [-v TOS] [-r cuenta] [-s cuenta] [[-j lista-host] | [-k lista-host]] [-w tiempo de espera] nombre-destino Opciones: -t Ping al host especificado hasta que se pare -a Resolver direcciones en nombres de host -n cuenta Número de peticiones eco para enviar. -l tamaño Enviar tamaño del búfer. -f Establecer No fragmentar el indicador en paquetes. -i TTL Tiempo de vida. -v TOS Tipo de servicio. -r cuenta Ruta del registro para la cuenta de saltos. -s count Sello de hora para la cuenta de saltos. -j lista-host Relaja la ruta de origen a lo largo de la lista- host. -k lista-host Restringir la ruta de origen a lo largo de la lista- host. -w tiempo de espera Tiempo de espera en milisegundos para esperar cada respuesta. Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 9

Tracert (Trace route) Tracert hace esto 3 veces por router Final del proceso La petición de eco llega finalmente al host destino El destination devuelve una respuesta de eco Cuando el emisor recibe este mensaje ICMP, el proceso termina. El emisor manda peticiones de eco al destino En el primero, TTL =1 En el segundo, TTL=2, etc. Cuando el enésimo datagrama llega al enésimo router: El router descarta el datagrama Y manda al emisor un mensaje ICMP (tipo 11, código 0) El mensaje incluye la IP del router Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 10

Tracert (Trace route) Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 11

Destino inalcanzable (tipo 3) Valores más comunes del campo código (causas) Código 1: host inalcanzable Código 3: puerto inalcanzable Código 4: fragmentación necesaria Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 12

ICMP Redirect (type 5) Pasos Se manda el paquete a la puerta de enlace por defecto La puerta de enlace por defecto manda el paquete al router B La puerta de enlace por defecto manda un ICMP redirect al host Útil cuando hay distintas puertas de enlace posibles Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 13

Configuración dinámica de direcciones
Configuración de direcciones estática dinámica: automática y más eficiente Protocolos para la configuración automática de direcciones: RARP: Reverse Address Resolution Protocol BootP: Bootstrap Protocol DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 15

Dynamic Address Configuration
RARP RARP: Reverse Address Resolution Protocol Dada una MAC, se asigna una dirección IP Los mensajes tienen la misma estructura que los mensajes ARP RARP es limitado y, por tanto, está obsoleto. Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 16

BootP BootP Protocol: Bootstrap Protocol Usado para obtener una dirección IP automáticamente (normalmente en el proceso de arranque) No se suele usar para la configuración dinámica de direcciones, dado que DHCP es una versión mejorada de BootP. Proceso BootP El host determina su propia MAC El host manda su IP al puerto 67 del ( si no conoce su IP and si no conoce la del servidor) El servidor busca la MAC del host en un fichero de configuración El servidor incluye las IPs del host y el servidor en un datagrama UDP y las envía al puerto 68 del cliente El Host guarda su IP y arranca Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 17

Mensaje BootP Code: BootPRequest & BootPReply Transaction id HW address: ej. MAC Server host name (el servidor no tiene por qué estar en el mismo dominio de broadcast) Boot file name Vendor specific area Magic cookie: indica el tipo de información opcional Es un campo clave para DHCP Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 18

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) – RFC 2131: capacidad de asignar automáticamente direcciones de red reutilizables (arrendamiento de direcciones IP) se basa en el protocolo BOOTP, mediante la estandarización del campo Vendor Specific Area de PDU de BootP (312 bytes). 3 mecanismos para la asignación de direcciones IP: Asignación automática: DHCP asigna al host una dirección IP permanente. Asignación dinámica: DHCP asigna una dirección IP por un periodo de tiempo limitado -> reutilización automática de direcciones que ya no son necesitadas Asignación manual: dirección del host es asignada por el administrador de red Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 19

Mensaje DHCP Igual que el mensaje BootP excepto por el campo opciones (312 bytes) en lugar del Vendor Specific Area 4 primeros bytes: magic cookie -> (means DHCP). Diferentes opciones. Algunas de las más importantes son: 50: dirección IP solicitada 51: tiempo de arrendamiento 53: tipo de mensaje DHCP Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 20

Ciclo DHCP 1. DHCP DISCOVER: intenta encontrar un servidor DHCP. 2. DHCP OFFER: el/los servidor(es) ofrece(n) una dirección IP 3. DHCP REQUEST: el cliente pide ciertos parámetros (Normalmente los que le ha ofrecido el servidor) 4. DHCP ACK: ACK del servidor Además: DHCP RELEASE: libera la dirección IP DHCP DECLINE. La IP ofrecida está en uso DHCP INFORM: pide algunos parámetros de configuración DHCP NAK: si el servidor no acepta la petición Nota: El ciclo básico se ejecuta completo sólo si no se dispone de dirección IP. En caso contrario, sólo se ejecuta la mitad del ciclo Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 21

Otras características de DHCP Un router puede hacer de servidor DHCP BootP Relay: cuando el servidor no está en el mismo dominio de broadcast ARP gratuito: petición ARP del cliente de su propia IP. Comprueba si la dirección asignada está en uso. Opción 50: el cliente pide una determinada IP Opción 51: tiempo de arrendamiento Tamaño máximo del mensaje DHCP : 576 bytes Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 22

Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP
Traducción de direcciones: NAT Problema: Número limitado de direcciones IP Soluciones Subnetting Dir IP privadas /8 /12 /16 /16 Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 24

Traducción de direcciones: NAT Dir IP privadas: ¿cómo puede el destino encontrar una dir IP privada? Solución: NAT (Network Address Translation) Mecanismo para modificar la dir IP de los paquetes Permite que la comunicación de las dir IP privadas (inside networks) con las dir IP públicas (outside networks) Los routers NAT deben tener una tabla NAT con la traducción en ambos sentidos Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 25

NAT: funcionamiento básico Un router NAT reserva una o más dir IP addr para NAT -> para traducir IP privadas en IP públicas El router NAT modifica el campo “Source IP addr” de la cabecera IP y almacena la equivalencia entre las dir privada y pública en la tabla NAT El destino responde a la dir modificada El router NAT busca en su tabla NAT la equivalencia entre las dir pública y privada, enviando el paquete a la dir IP privada Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 26

Tipos de NAT NAT dinámico NAT estático NAPT (Network Address Port Translation) Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 27

NAT dinámico La traducción es unidireccional El tráfico proviene de la inside network La traducción es temporal Una vez que la dir IP no está en uso, se borra de la tabla NAT Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 28

NAT dinámico Ventaja Ahorra dir IP públicas Inconveniente El tráfico siempre es iniciado desde la inside network -> no permite servidores Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 29

NAT estático Las traducciones están en la tabla NAT desde que se configuran los routers La comunicación puede ser iniciada por las inside & outside networks La dir IP pública debe ser conocida (via DNS) por los hosts de la outside network Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 30

NAT estático Ventaja Permite servidores Inconveniente Una dir IP pública por cada dir IP privada… pero los NAT dinámico y estático pueden combinarse Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 31

NAPT Se usan los identificadores de puerto de la capa de transporte Varias dir IP privadas pueden ser convertidas en una única dir IP privada Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 32

Consideraciones sobre NAT No todas las aplicaciones funcionan correctamente cuando atraviesan un router NAT (ej: BOOTP) Es difícil seguir el tráfico que atraviesa varios routers NAT NAT incrementa el tiempo de procesado en el router NAPT es un tipo de NAT -> también hay NAPT estático y NAPT dinámico. También se pueden combinar ambos Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 33

Enrutamiento en internet
Funciones de la capa de red Direccionamiento Enrutamiento Enrutamiento: búsqueda de la MEJOR ruta La mejor ruta depende de diferentes criterios: número de saltos, velocidad de transferencia, carga del enlace, fiabilidad, coste… Diferentes rutas Rotura de enlaces Enlaces lentos Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 35

Concepto: Sistema Autónomo (AS) AS: Redes IP con una política de enrutamiento común Dos clases de protocolos IGP (Interior Gateway Protocols): definen el enrutamiento dentro de un AS. (RIP, OSPF…) EGP (Exterior Gateway Protocols): definen el enrutamiento entre diferentes AS (BGP). Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 36

Conceptos a tener en cuenta en el enrutamiento: Circuito virtual vs. datagrama Flujo de datos Unicast Broadcast Multicast Algoritmos de enrutamiento unicast Estáticos Adaptativos Centralizados Aislados Distribuidos Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 37

Circuito virtual vs. Datagrama
Dos aproximaciones para el enrutamiento Circuito virtual La ruta se establece en el inicio de la conexión Datagrama La dirección del rx está en todos los paquetes Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 38

Circuito virtual vs. Datagrama
Control de errores y flujo; orden de los datos Orientado a conexión Tres fases: establecimiento, transferencia y fin Ventajas Eficiencia QoS Datagrama Cada paquete es una unidad independente Dir. dest. en cada paquete Los paquetes pueden llegar al dest. desordenados No hay control de flujo ni de errores Ventajas Más simple Sin conexión-> mejor para tx cortas Más fiable Mejor para redes heterogéneas Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 39

Flujo de paquetes Unicast Broadcast Multicast Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 40

Unicast Flujos individuales: un tx, un rx A B C D E F 4 flujos 2 flujos Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 41

Broadcast un tx, todos rx A 1 flujo 1 flujo B C D E F Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 42

Multicast Un flujo, solo rx deseados A 1 flujo 1 flujo B C D E F Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 43

Enrutamiento unicast Objetivo Llevar los paquetes de emisor a receptor Enrutamiento en la capa de red Direccionamiento jerárquico: primero se encuentra la red y luego el host Algoritmo de enrutamiento El router calcula cómo se debe enrutar Características del algoritmo de enrutamiento Correcto Simple Robusto Ecuánime Óptimo Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 44

Algoritmos de enrutamiento
Router Dispositivo de red que interconecta redes e implementa el algoritmo de enrutamiento El algoritmo de enrutamiento decide la interfaz por la que sale el paquete Router Entradas Salidas Tabla de enrutamiento Motor de Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 45

Algoritmos de enrutamiento
Clasificación Enrutamiento estático Enrutamiento adaptativo Centralizado Aislado Distribuído: más utilizado en internet (RIP/OSPF) Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 46

Enrutamiento estático
No considera las condiciones actuales de la red Las rutas se determinan antes de la puesta en servicio de la red Ventajas Simple Buenos resultados para tráfico y topología constantes Inconvenientes Inapropiado para redes con topología cambiante Inapropiado para grandes redes-> no escalable Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 47

Enrutamiento adaptativo
Decisiones basadas en Topología actual Estado de la red (congestión de enlaces) Mejor que el enrutamiento estático, pero más difícil de implementar Tres subgrupos Enrutamiento adaptativo centralizado Enrutamiento adaptativo aislado Enrutamiento adaptativo distribuído Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 48

Enrutamiento adaptativo centralizado
Centro de Control de Enrutamiento (RCC) Los nodos (routers) mandan info sobre su estado al RCC Lista de nodos vecinos Long de cola Uso de los enlaces RCC Recibe esta info Calcula la ruta óptima para cada dos nodos Calcula la tabla de enrutamiento para cada nodo Distribuye las tablas a los nodos Problemas RCC y enlaces a RCC -> cuellos de botella Cálculo inexacto Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 49

Enrutamiento adaptativo aislado
Sin intercambio de info entre nodos Decisiones basadas solo en info local -> sencillo Ejemplo Flooding Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 50

Enrutamiento adaptativo distribuido
Utilizado en internet Dos subgrupos Algoritmos de vectores de distancias Decisiones basados en la información recibida de los nodos vecinos. Ej: RIP (Routing Information Protocol) Algoritmos de estado de enlaces Todos los nodos conocen el estado de la red Cuando hay un cambio, tarda un tiempo en propagarse Ej: OSPF (Open Shortest Path First) Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 51

RIP: Routing Information Protocol
Routing Information Protocol (RIP) – RFC 1058 (RIP), RFC 1723 (RIPv2): Protocolo de enrutamiento (protocolo de aplicación sobre UDP – puerto 520 -) Para el enrutamiento interno de AS (Sistema Autónomo) RIPv2 es idéntico a RIP, pero con dos extensiones: Permite CIDR Mecanismo de autenticación Métrica: número de saltos Máximo número de saltos-> 15 Mejor para redes homogéneas Tablas de enrutamiento basadas en vectores de distancias Actualizaciones de la tabla de enrutamiento: Actualizaciones periódicas: via broadcast (en RIPv2: multicast to ) Actualizaciones cuando cambia la topología de la red Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 52

RIP: Funcionamiento La actualización de un vecino V llega a un router R: Las redes conocidas por V, y no por R, se incluyen en la tabla de enrutamiento de R. Si V conoce una ruta mejor para una red conocida por ambos, la tabla de enrutamiento de R se actualiza Métrica (nº saltos): incrementada en uno El router R publica información aumentando en una unidad lo que publica con respecto a lo que introduce en su tabla de enrutamiento Mensajes de actualización tx a los vecinos. Dos formas: Sin usar la técnica del horizonte dividido: las actualizaciones se envían a todos los vecinos. Usando la técnica del horizonte dividido: las actualizaciones se envían a todos los vecinos, excepto a aquellos que han informado acerca de la mejor ruta Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 53

RIP: temporizadores (timers) Routing-update timer: 30 segundos – tiempo aleatorio Route-timeout timer: tras el timeout -> ruta inválida Route-flush timer: tras el timeout -> borra la ruta de la tabla de enrutamiento Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 54

Mensajes RIP Comandos Petición (1) Respuesta (2): más habitual (actualizaciones) Versión: v1 or v2 RIP versión 2: campo más importante -> subnet mask -> permite CIDR (subnetting) Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 55

OSPF: Open Shortest Path First
Open Shortest Path First (OSPF) Para el enrutamiento interno de AS Para redes más grandes que con RIP (normalmente) Protocolo abierto (RFC 2328) Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 56

OSPF: Características básicas
Open Shortest Path First (OSPF) Protocolo de enrutamiento de estado de enlaces Algoritmo de Dijkstra para encontrar la MEJOR ruta El router construye un grafo Los pesos del grafo los configura el administrador de la red. Ej: Todos iguales a 1 (similar a RIP) Inversamente proporcional al BW (criterio habitual) Se puede fijar cualquier criterio Open Shortest Path First (OSPF) Las actualizaciones se difunden a todo el AS (via flooding) Cambios en la topología Periódicamente (una vez cada 30 min, al menos) Van en mensajes OSPF directamente sobre IP (en vez de TCP ó UDP) -> campo protocolo: 89 La conectividad del enlace se comprueba con mensajes HELLO a los vecinos Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 57

OSPF: características avanzadas (no en RIP) seguridad: todos los mensajes OSPF están autenticados Para cada enlace, puede haber diferentes métricas para diferentes TOS OSPF jerárquico en dominios grandes. Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 58

Cabecera OSPF Checksum: control de errores Autenticación Valor Tipo 1
HELLO 2 Descripción de la base de datos 3 Petición de estado de enlace 4 Actualización de estado de enlace 5 ACK de estado de enlace Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 59

BGP: Border Gateway Protocol Problema: Redes IP diferentes no tienen por qué usar el mismo protocolo de enrutamiento Dos clases de protocolos IGP (Interior Gateway Protocols): definen el enrutamiento dentro de un AS. (RIP, OSPF…) EGP (Exterior Gateway Protocols): definen el enrutamiento entre diferentes AS. BGP (Border Gateway Protocol): EGP más común (RFC 4271) Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 60

BGP: Características principales BGP proporciona a cada AS medios para: Obtener info acerca de como alcanzar una subred por parte de otros AS vecinos. Propagar la info sobre el alcance a todos los routers internos del AS. Permite a una subred anunciar su existencia al resto de Internet Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 61

BGP: Características principales Cada AS: ASN = Autonomous System Number) Dentro de cada AS -> Protocolo de enrutamiento del AS Fuera del AS -> “router frontera”: los routers frontera de diferentes AS intercambian sus tablas de enrutamiento BGP funciona sobre TCP (puerto 179) Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 62

BGP: Ejemplo Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 63

Principios del control de la congestión
informalmente: “demasiados emisores enviado demasiados datos demasiado rápido para que la red los gestione” diferente del control de flujo Señales de congestión: Paquetes perdidos (desbordamiento de los buffers de los routers) retrasos (debidos a las colas en los buffers de los routers) Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Causas/costes de la congestión
unlimited shared output link buffers Host A lin : original data Host B lout Dos tx: lIN = Tasa de envío lOUT = Tasa de recepción C= capacidad del router Teoría de colas Grandes retrasos cuando hay congestión Existe un máximo de tasa de transferencia Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Causas/costes de la congestión:
Suposición: El tx retransmite los paquetes perdidos Ahora, no se tx lIN, sino una tasa mayor lIN’ “Costes” de la congestión: mayor trabajo (retx) que para un caso ideal retransmisiones innecesarias: un enlace puede llevar múltiples copias de un paquete unlimited shared output link buffers Host A lin : original data Host B lout Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Dos tx con el mismo destino Suposición: congestión en el router entre A y el destino Otro “coste” de la congestión: Cuando un paquete se descarta en la ruta, la capacidad empleada en cualquier ruta atravesada anteriormente, se desperdicia Host A lout lin : original data l'in : original data, plus retransmitted data finite shared output link buffers Host B Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Resumen de costes de la congestión Grandes retrasos cuando la tasa de entrada a un router se acerca a la capacidad del enlace. El tx debe retx los segmentos perdidos por el desbordamiento del router. Se usa un BW innecesario por la retx de copias duplicadas de segmentos (por los retrasos) La capacidad de los routers usados previamente se desperdicia cuando se descarta un paquete Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 69

Aproximaciones al control de la congestión
Dos posibles aproximaciones al control de la congestión: Control de la congestión terminal a terminal: Sin soporte explícito a la capa de transporte La congestión se detecta por la pérdida de paquetes o los retardos Un ejemplo es TCP Control de la congestión asistido por la red: Los routers proporcionan realimentación explícita a la red Ej: un bit indica la congestión Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Control de la congestión en TCP
Host A Seq=92, 8 bytes data ACK=100 loss timeout Escenario de pérdida de ACK Host B X time Host A timeout Host B time X resend 2nd segment El emisor limita la transmisión: ÚltimoByteEnviado-ÚltimoByteAck  CongWin ¿Cómo percibe el tx la congestión? Suceso de pérdida = timeout o 3 acks duplicados El tx TCP reduce la velocidad (CongWin) tras el suceso de pérdida Reenvío de un segmento tras tres ACKs duplicados Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Control de la congestión TCP: crecimiento aditivo, decrecimiento multiplicativo (AIMD)
Resumen: incrementar la tasa de transmisión (tamaño de ventana), sondeando el BW hasta que ocurra una pérdida Crecimiento aditivo: se incrementa CongWin en 1 MSS cada RTT hasta que se detecta una pérdida Decrecimiento multiplicativo: se divide CongWin por la mitad tras una pérdida Comportamiento en diente de sierra: sondeo de BW congestion window size time Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Control de la congestión TCP: detalles
A grandes rasgos, Cuando empieza la conexión, CongWin = 1 MSS Ejemplo: MSS = 500 bytes & RTT = 200 ms Velocidad inicial = 20 kbps Tres fases: Arranque lento (slow start, SS) Evasión de la congestión (Congestion avoidance, CA): ej: AIMD Recuperación rápida (Fast recovery, FR) Las dos primeras son obligatorias en TCP, mientras que la última es recomendable velocidad = CongWin RTT Bytes/sec Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Arranque lento TCP El BW disponible debe ser >> MSS/RTT Cuando comienza la conexión, la tasa crece exponentialmente hasta el primer suceso de pérdida La velocidad inicial es lenta pero crece rápidamente de forma exponencial Host A Host B one segment RTT two segments four segments time Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Evasión de la congestión, CA
Tras 3 ACKs duplicados: CongWin se divide por 2 La ventana empieza a crecer linealmente Sin embargo, tras un fin de temporización: CongWin se pone 1 MSS; La ventana crece exponencialmente Hasta un umbral, luego crece linealmente Filosofía: 3 ACKs duplicados indican que la red es capaz de entregar algunos segmentos El fin de temporización indica un escenario de congestión “más alarmante” Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

Resumen: Control de la congestión TCP
Cuando CongWin está por debajo del Umbral, el tx está en la fase de arranque lento; la ventana crece exponencialmente. Cuando CongWin está por encima del Umbral, el tx está en la fase de evasión de la congestión; la ventana crece linealmente. Cuando ocurren tres ACKs duplicados, el Umbral se pone a CongWin/2 y CongWin se pone a Umbral. Cuando ocurre un fin de temporización, Umbral se pone a CongWin/2 y CongWin se pone a 1 MSS. Nota: La versión de TCP utilizada hace variar la forma en la que se aplica el control de la congestión. TCP Tahoe, p.e., siempre reduce la ventana de congestión al valor incial tras un evento de pérdida, mientras que en TCP Reno se aplican todas las fases de la congestión. Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

IPv6 Motivación inicial: El espacio de direcciones de 32-bits está completo Cambios básicos: Espacio de direcciones de 128-bits Ej: 2002:96d6:8ddc::96dc:6301 (los bits que faltan son ceros) El formato de cabecera mejora el tiempo de procesado Cabecera de 40-bytes (tamaño fijo) Otros cambios basados en la experiencia previa con IPv4 Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 78

Cabecera IPv6 Versión: 6 Priority (clase de tráfico): identifica la prioridad de los datagramas Flow Label (etiqueta de flujo): identifica los datagramas del mismo “flujo” (concepto de “flujo” sin definir exactamente) Payload length: longitud de carga útil Next header (siguiente cabecera): identifica el protocolo de capa superior Hop limit (límite de saltos): análogo al campo TTL de IPv4 Src & Dest addr: 128 bytes Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 79

Cambios respecto a IPv4 Checksum: eliminado para reducir el tiempo de procesado en cada router Fragmentación: eliminada en IPv6, también para reducir el tiempo de procesado Opciones: permitidas, pero fuera de la cabecera, indicadas en el campo “Next Header” ICMPv6: nueva versión de ICMP Tipos de mensajes adicionales, ej: “Paquete demasiado grande” Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 80

Transición de IPv4 a IPv6 No todos los routers pueden pasar a IPv6 simultáneamente Sin Día D ¿Cómo hace internet para funcionar con routers IPv4 y IPv6 al mismo tiempo? Tunelización: IPv6 va en el campo de datos del datagrama IPv4 entre routers IPv4 Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP 81

Capítulo 3 Aspectos avanzados de la arquitectura TCP/IP

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