Sistemas Distribuidos Redes e interconexión de redes

Performance Parámetros críticos  Latencia (lat): tiempo requerido para transmitir un mensaje vacío (único paquete)  determinada por sobrecarga de soft  Data transfer rate (dtr): velocidad (bps)  determinada por características del hard  Tiempo para transmitir un mensaje (t): t=lat + longitud mensaje/dtr  En SD los mensajes transmitidos son casi todos cortos y lat puede ser mayor que longitud mensaje/dtr  Ancho de banda total del sistema: mide el rendimiento de la red

Tipos de redes Local area networks (LANs)  Alta velocidad, en un edificio o campus  Lo más típico: Ethernet 100 Mbps Wide area networks (WANs)  Baja velocidad, entre computadoras que están separadas por grandes distancias  La actual performance no cubre los requerimientos de los SD ( lat: 0.1-0.5 seg, dtr: 20-500 Kbs) Metropolitan area networks (MANs):  A distancias no mayores a 50 km., basadas en fibra óptica (multimedia)

Tipos de redes LAN WAN MAN LAN inalámbrica WAN inalámbrica Internet Rango Ancho de banda (Mbps) Latencia (ms) LAN 1-2 km 10-1.000 1-10 WAN mundial 0,010-600 100-500 MAN 2-50 km 1-150 10 LAN inalámbrica 0,15-1,5 km 2-11 5-20 WAN inalámbrica mundial 0,010-2 100-500 Internet mundial 0,010-2 100-500

Protocolos Capas conceptuales de un protocolo software Mensaje enviado Mensaje recibido Capa n Capa 2 Capa 1 Emisor Medio de comunicación Receptor

Protocolos El encapsulamiento según se aplica en los protocolos multicapas Mensaje de la capa de aplicación Cabecera de presentación Cabecera de sesión Cabecera de transporte Cabecera de red

Protocolos Capas de protocolos en el modelo de protocolos OSI Mensaje enviado Mensaje recibido Capas Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace de datos Física Emisor Medio de comunicación Receptor

Resumen del protocolo OSI Capa Descripción Ejemplos Aplicación Protocolos diseñados para responder a los requisitos de comunicación de aplicaciones específicas, a menudo definiendo la interfaz a un servicio. HTTP, FTP, SMTP CORBA IIOP Presentación Los protocolos de este nivel transmiten datos en una representación de datos de red independiente de las utilizadas comúnmente en los computadores, que pueden ser distintas. Si se necesitara, la encriptación también se llevaría a cabo en este nivel. SSL, Representación de datos COBRA Sesión En este nivel se implementa la fiabilidad y la adaptación, tales como la detección de fallos y la recuperación automática. Transporte Éste es el nivel más bajo en el que se gestionan mensajes (en lugar de paquetes). Los mensajes son dirigidos a los puertos de comunicaciones asociados a los procesos. Los protocolos de esta capa pueden ser orientados a conexión o no. TCP, UDP Red Transfiere paquetes de datos entre computadores en una red específica. En una WAN o en una interred esto implica la generación de una ruta de paso a través de los routers. En una LAN simple no se necesita encaminamiento. IP, circuitos virtuales ATM Enlace de datos Es responsable de la transmisión de paquetes entre nodos que están conectados directamente por un enlace físico. En una transmisión WAN será entre pares de routers o entre un router y un host. EN las LANs es entre cualquier par de hosts. MAC de Ethernet, transferencia de celdas ATM, PPP Física Los circuitos y el hardware que dirigen la red. Transmite secuencias de datos binarios mediante señales binarias, utilizando modulación en amplitud o en frecuencia de las señales eléctricas (en los circuitos de cables), señales ópticas (en los circuitos de fibra óptica) u otras señales electromagnéticas (en los circuitos de radio o microondas). Señalización de banda- base Ethernet, ISDN

Ethernet Principio de operación: Carrier sensing, Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD)  Todas las estaciones conectadas a un cable lineal o tipo ramas de un árbol  Formato de un frame:

Ethernet Carrier sensing:  Todas las estaciones escuchan permanentemente por frames con su direccción en el campo destino Multiple access with collision detection:  Un número arbitrario de estaciones pueden intentar enviar un frame por broadcasting si detectan que el medio compartido está libre  Si más de un proceso envía al mismo tiempo se produce una colisión  Si una estación está enviando y detecta una colisión envía a las otras una señal de jamming para indicar que los datos que están siendo transmitidos no son válidos  Debe retransmitirse inmediatamente o, luego de un retardo determinístico o aleatorio

Ethernet Performance:  Generalmente a 100 Mbps, hasta 1Gbs  Retardos no determinísticos  muy rápida para utilización media y baja  para utilización mayor al 50% los retardos se incrementan debido a las colisiones y retransmisiones Características:  Comparativamente bajo costo  Fácil extensibilidad

Dispositivos interredes y modelo OSI Dispositivo Capa OSI Repeater Física Bridge Enlace de datos Router Red Gateway Las siete capas

Dispositivos para interconectar redes

Repeaters

Bridges/LAN switches

Routers

Gateways

Redes ATM Capas del protocolo ATM

ATM Adaption Layer (AAL) Diferentes versiones de las capas AAL  AAL1 para servicios CBR (Constant Bit Rate) (Por ej. emulación de circuitos)  AAL2 para servicios VBR (Variable Bit Rate) (Por ej. MPEG video)  AAL5 para datos (Por ej. Datagramas IP) User data AAL PDU ATM cell

Redes ATM Celdas ATM

ATM Cell Header VCI (Virtual Channel ID) transladada de link a link PT: (Payload Type) CLP: (Cell Loss Priority bit) CLP=1, indica celda de baja prioridad, si hay congestión puede ser descartada HEC: (Header Error Checksum byte) Cell header Cell format

Redes ATM Switching virtual paths en una red ATM

ATM Physical Layer Physical Medium Dependent (PMD) sublayer SONET/SDH: transmission frame structure (like a container carrying bits); bit synchronization; bandwidth partitions (TDM); several speeds: OC1 = 51.84 Mbps; OC3 = 155.52 Mbps; OC12 = 622.08 Mbps TI/T3: transmission frame structure (old telephone hierarchy): 1.5 Mbps/ 45 Mbps unstructured: just cells (busy/idle)

ATM Physical Layer Transmission Convergence Sublayer (TCS): adapts ATM layer above to PMD sublayer below TCS Functions: Header checksum generation: 8 bits CRC Cell delineation With “unstructured” PMD sublayer, transmission of idle cells when no data cells to send

Capas de interredes Mensaje Capas Aplicación Protocolos Transporte Paquetes interredes Interfaz de red Protocolos de Paquetes específicos de la red la red subyacente Red subyacente

Protocolos Internet Capas TCP/IP Mensaje Capas Aplicación Mensajes (UDP) o Streams (TCP) Transporte Paquetes UDP o TCP Interred Datagramas IP Interfaz de red Marcos específicos de red Red subyacente

Protocolos Internet Capas TCP/IP

Protocolos Internet Encapsulamiento de un mensaje cuando se transmite vía TCP sobre Ethernet Mensaje de aplicación Cabecera TCP Puerto Cabecera IP TCP Cabecera Ethernet IP Marco Ethernet

Protocolos Internet Visión conceptual del programador de una interred TCP/IP Aplicación Aplicación TCP UDP IP

Protocolos Internet TCP Header

Protocolos Internet UDP Header

Protocolos Internet Estructura de las direcciones Internet 7 24 Clase A: ID red ID Host 14 16 Clase B: 1 ID red ID host 21 8 Clase C: 1 1 ID red ID host 28 Clase D (multicast): 1 1 1 Dirección multicast 27 Clase E (reservada): 1 1 1 1 Sin usar

Protocolos Internet Representación decimal de las direcciones Internet Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Rango de direcciones ID red ID Host 1.0.0.0 a Clase A: 1 a 127 0 a 255 0 a 255 0 a 255 127.255.255.255 ID red ID host Clase B: 128.0.0.0 a 128 a 191 0 a 255 0 a 255 0 a 255 191.255.255.255 ID red ID host 192.0.0.0 a Clase C: 192 a 223 0 a 255 0 a 255 1 a 254 223.255.255.255 Direcciones multicast Clase D (multicast): 224.0.0.0 a 224 a 239 0 a 255 0 a 255 1 a 254 239.255.255.255 240.0.0.0 a Clase E (reservada): 240 a 255 0 a 255 0 a 255 1 a 254 255.255.255.255

Protocolos Internet IP Header

Protocolos Internet Plantilla de un paquete IP Cabecera Dirección IP origen Dirección IP destino Datos Hasta 64 kbytes

Routing

Routing B 2 1 C local 0 E 5 1 default 5 -

Problemas en TCP/IP Problemas de transparencia: no hay transparencia de ubicación Problemas de seguridad: los mensajes deben ser encriptados Problemas de administración de la red: añadido manual de nuevas direcciones

FLIP (Fast Local Internet Protocol) Provee transparencia de ubicación Soporta comunicación en grupos Soporta comunicación segura Comunicación no orientada a conexión Un mensaje FLIP puede ser más grande que un mensaje IP Destinado al uso en interredes basadas en una colección de pequeñas y seguras LANs y WANs