3 capa de red
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Capa de redModelo OSI
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Introducción
Se transportan segmentos de una fuente a un destino.
El origen encapsula segmentos a datagramas. Los datagramas IP son las unidades principales de información de Internet.
El destino provee segmentos a la capa de transporte.
Existen protocolos tanto en la terminal como en el router.
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Introducción
El router examina los campos de cabecera en todos los datagramas IP que pasan por el.
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Funciones de la capa de red
Reenvío (Forwarding): Mover paquetes desde la entrada del router a su salida indicada y/o apropiada
Ruteo: Determinar la ruta a tomar por los paquetes desde el origen o fuente a un destino.
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Funciones de reenvío y ruteo
Los algoritmos de ruteo determinan los valores en las tablas o cuadros de reenvío
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Establecimiento de conexión
En la técnica de datagrama cada paquete se trata de forma independiente, conteniendo cada uno la dirección de destino.
Fuera del ruteo y reenvío, ésta es la tercera función de importancia en algunas arquitecturas de redes: ATM, frame realy, X.25
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Establecimiento de conexión
Antes que los datagramas “fluyan”, los 2 hosts y los routers que intervienen establecen una conexión virtual, es decir, los routers se involucran en las conexiones.
Servicio de conexión de capas de red y transporte: Red = 2 terminales (hosts) Transporte = entre 2 procesos
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Modelos de servicio de Red
•Entrega garantizada•Entrega garantizada con un retardo promedio inferior a 40 ms.
Servicios para
datagramas
individuales:
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Modelos de servicio de Red
•Entrega de datagramas en orden•Garantía de ancho de banda mínimo para el flujo•Restricciones sobre cambios en el espacio (tiempo) entre paquetes.
Servicios para un flujo
de datagra
mas:
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Servicios con y sin conexión de la capa de Red
Las redes de datagramas proveen servicio sin conexión en su capa de red
Redes de VC proveen servicio de conexión en su capa de red (e.g. ATM)
Análogo a los servicios de capa transporte, pero: Servicio es: terminal-a-terminal (host-to-host) No hay opción: la capa de red provee sólo
uno u otro Implementación: en la red interna (core)
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Circuitos Virtuales (VC)
Para implementar un VC la red actúa desde fuente a destino
Hay 3 fases identificables: Establecimiento de la llamada Transferencia de datos Por último, término de la llamada
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Circuitos Virtuales (VC)
Cada paquete lleva un identificador del VC (no dirección de maquina destino)
Cada router en el camino de fuente a destino mantiene el estado por cada conexión que pasa por él.
El enlace y recursos de router (ancho de banda, buffers) pueden ser asignados al VC.
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Implementación de VC
Un VC consiste de: Camino desde fuente a destino Número de VC, un número por cada en lace
a lo largo del camino Entradas en tablas de reenvío en los
routers a lo largo del camino Los paquetes que pertenecen a un VC
llevan el número de VC correspondiente El número de VC debe ser cambiado en
cada enlace.
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Implementación de VC:Establecimiento del circuito virtual
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Redes de datagramas
Una terminal [x] pone direccion destino en el paquete que se quiere enviar
No hay estado mantenido en cada router por cada conexión.
Los paquetes se reenvían usando su dirección de terminal destino
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Redes de datagramas
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Red de datagrama o de VC
Internet Protocol (IP)
Datos intercambiados entre Servicio “elástico”, sin
requerimientos de tiempo estricto.
Sistemas terminales “inteligentes” (computadores) Se pueden adaptar, hacer
control, recuperación de errores Red interna simple, la
complejidad en “periferia” Muchos tipos de enlaces
Características diferentes: satélite, radio, fibra, cable
Es difícil uniformar servicios: tasas, pérdidas, BW
ATM
Evoluciona desde la telefonía.
Conversación humana: Tiempos estrictos,
requerimientos de confiabilidad
Necesidad de servicios garantizados
Sistemas terminales “torpes” Teléfonos Complejidad dentro de la
red
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Arquitectura de Routers (Generalidades)
Los routers tienen 2 funciones claves: Correr algoritmos/protocolos de ruteo (RIP,
OSPF, BGP) Reenvío de datagramas desde enlaces de
entrada a una salida
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Capa de red en Internet
Funciones de la capa de red del host y router
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Formato del datagrama IP v.4
Número de versiónProtocolo IP
Largo encabezado(bytes)
“tipo” de datagrama
Parafragmentacióny re-ensamble
Marcas detiempo, grabarruta tomada,especifica listade router avisitar.
A qué protocolo superiorcorresponden losdatos
max númerode tramos restantes(decrementado encada router)
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Fragmentación y reensamble IP
Para un datagrama de tamaño considerable (grande), es dividido o fragmentado en la red. Un datagrama se convierte en varios
datagramas Se reensambla en el destino final Los bits del encabezado IP se usan para
identificar y ordenar fragmentos relacionados
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Fragmentación y reensamble IP
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Direccionamiento IP
Dirección IP: identificador de 32-bit del host, interfaz del router
Interfaz: conexión entre host y router, enlace físico Router típicamente tiene múltiples interfaces
(bocas) Host puede tener múltiples interfaces Direcciones IP están asociadas a cada interfaz
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Subnets
Un subnet es una red local que utiliza la misma parte de la dirección ip
Se podrían interconectar sin tener un router (ejemplo switch)
Dirección IP: Parte de subnet (bits alto orden) Parte del host (bits bajo orden)
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Subnet
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Subnet
Para poder determinar los subnets, habrá que desconectar las interfaces del router para crear redes independientes. Y a esa red independiente se le llama subnet.
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Direccionamiento IP: Clases
La porción de dirección de la red (subnet) se hace de tamaño fijo. Clase A = subnet / 8 Clase B = subnet /16 Clase C = subnet /24
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Direccionamiento IP: Clases Ejemplo: Clase C
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Direccionamiento IP: CIDR
CIDR: Classless InterDomain Routing Porción de dirección de la red (subnet) se
hace de tamaño arbitrario Formato de dirección: a.b.c.d/x, donde x
es el # de bits de la dirección de subnet
200.23.16.0/23
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NAT: Network Address Translation
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NAT: Network Address Translation
Motivación: la idea es usar sólo una dirección IP para ser vistos desde el mundo exterior: No necesitamos asignación de un rango del
ISP: sólo una dirección externa es usada por todos los dispositivos internos (computadores)
Podemos cambiar la dirección de dispositivos en red local sin notificar al mundo exterior
Podemos cambiar ISP sin cambiar direcciones de dispositivos en red local
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NAT: Network Address Translation
Dispositivos dentro de la red no son explícitamente direccionales o visibles desde afuera (una ventaja de seguridad).
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NAT: Network Address Translation
Implementación: ruteador NAT debe:
Datagramas salientes: remplazar (IP fuente, # puerto) de cada datagrama saliente por (IP NAT, nuevo # puerto) . . . Clientes y servidores remotos responderán usando (IP NAT, nuevo # puerto) como dirección destino.
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NAT: Network Address Translation
Recordar (en tabla de traducción NAT) cada par de traducción (IP fuente, # puerto) a (IP NAT, nuevo puerto)
Datagramas entrantes: remplazar (IP NAT, nuevo # puerto) en campo destino de cada datagrama entrante por correspondiente (IP fuente, # puerto) almacenado en tabla NAT
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NAT: Network Address Translation
|Campo de número de puerto es de 16 bits:
65,000 conexiones simultáneas con una única dirección dentro de la LAN
NAT es controversial: Routers deberían procesar sólo hasta
capa 3 Viola argumento extremo-a-extremo En lugar de usar NAT, la carencia de
direcciones debería ser resuelta por IPv6
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ICMP: Internet Control Message Protocol
Usado por hosts & routers para comunicar información a nivel de la red. Reporte de errores: host inalcanzable o
red, o puerto, o protocolo Echo rquest/reply (usado por ping) Usado por traceroute Opera en capa de transporte
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IPv6
Espacio de direcciones de 32-bit pronto serán completamente asignadas. Formato de encabezado ayuda a
acelerar el procesamiento y re-envío Encabezado cambia para facilitar QoS Formato de datagrama IPv6:▪ Encabezado de largo fijo de 40 bytes▪ Fragmentación no es permitida
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Encabezado IPv6
Prioridad: identifica prioridad entre datagramas en flujo
Flow Label: identifica datagramas del mismo “flujo.” (concepto de “flujo” no está bien definido).
Next header: identifica protocolo de capa superior de los datos
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IPv6
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Otros cambios de IPv4 a IPv6
Checksum: eliminada enteramente para reducir tiempo de procesamiento en cada router al ser redundante en capa transporte y enlaze (Ethernet)
Options: permitidas, pero fuera del encabezado, indicado por campo “Next Header”
ICMPv6: nueva versión de ICMP
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Transición de IPv4 a IPv6
No todos los routers pueden ser actualizados (upgraded) simultáneamente No es posible definir un día para cambio
“día de bajada de bandera” ¿Cómo operará la red con routers IPv4 e
IPv6 mezclados?Tunneling: IPv6 es llevado como
carga en datagramas IPv4 entre routers IPv4
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Algoritmos de ruteo
Vista lógica
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Abstracción de Grafos
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Clasificación de los algoritmos de ruteo
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Algoritmo de ruteo de estado de enlace: Dijkstra
Supone topología de red y costos de enlaces conocidos a todos los nodos Se logra vía “difusión de estado de enlace” Todos los nodos tienen la misma información
Se calcula el camino de costo menor desde un nodo (fuente) a todos los otros Determina tabla de reenvío para ese nodo
Iterativo: despues de k iteraciones, se conoce el camino de menor costo a k destinos (ver los valores de p(v) en el camino resultante)
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Ruteo jerárquico
En estos momentos el ruteo hasta ahora es idealizado. Suponemos que: Todos los routers son identicos La red es “plana”pero… esto no es verdad
en la practica Escala: con 200 millones de destinos:
No podemos almacenar todos los destinos en tablas de ruteo
Cada administrador de red puede querer controlar el ruteo en su propia red
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Ruteo Jerarquico
Agrupar router en regiones, “sistemas autonomos” (autonomous systems o AS)
Routers en el mismo AS usan el mismo protocolo de ruteo
Router de borde (Gateway router) Tienen enlace directo a router en otros
sistemas autonomos
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Ruteo Jerarquico
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En Resumen
Servicios de la capa de red Principios de ruteo: estado de enlace
y vector de distancia Ruteo jerarquico IPv4 y IP v6 Protocolos de ruteo en internet ¿Cómo funcionan los routers?
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Referencias
Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the
Internet 3rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, 2004.
http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_red
http://www.isa.uniovi.es/docencia/redes/Apuntes/tema5.pdf Stallings, W. (1997). Comunicaciones y redes de computadores, 5ª
ed. Prentice Hall Iberia Hall Iberia. Tanenbaum, A.S. (1996). Computer Networks. (Third Edition).
Prentice-Hall Halsall, F. (1995). Data Communications, Computer
Networks and Open systems. Addison-Wesley.
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