La capa de red

Capa 3

Características de diseño de la capa de Red

• Conmutación de paquetes de Almacenar-Reenviar (Store-and-Forward)

• Proveer servicios a la capa de Transporte• Implementatción de servicios no orientados a la

conexión.• Implementación de servicios orientados a la conexión• Comparación de redes de circuitos virtuales y

datagramas.

Conmutación de paquetes Store-and-Forward

El ambiente de los protocolos de capa de Red.

fig 5-1

Comparación de subredes de y de circuitos virtuales

5-4

Algoritmos de encaminamiento

• El principio de optimalidad• Encaminamiento por la ruta mas corta• Inundación• Encaminamiento por vectores de distancias• Encaminamiento por el estado del enlace• Encaminamiento jerárquico• Encaminamineto por difusión• Encaminamiento por multidifusión• Encaminamiento para nodos móviles• Encaminamiento en redes Ad hoc

El principio de optimalidad

(a) Una subred. (b) Un árbol de profundidad para el encaminamiento de B.

Encaminamiento por la ruta más corta

Los 5 primeros pasos usados en la computación de la ruta más corta de A hacia D. Las flechas indican el nodo calculado.

Inundación

Algoritmo de Dijkstra para calcular la ruta más corta a través de un grafo.

5-8 top

Inundación (2)

Algoritmo de Dijkstra para calcular la ruta más corta a través de un grafo.

5-8 bottom

Encaminamiento por control de enlace

Cada encaminador debe de hacer lo siguiente:

1. Descubrir sus vecinos, aprender sus direcciones de red.

2. Calcular el retardo o costo para cada uno de sus vecinos.

3. Construir un paquete que le diga a todos lo que se acaba de aprender.

4. Enviar este paquete a todos los demas encaminadores.

5. Calcular la ruta más corta para cada encaminador.

Aprendizaje entre vecinos

(a) Encaminador en una LAN. (b) Un grafo modelo de a (a).

Encaminamiento jerárquico

Encaminamiento jerárquico.

Encaminamiento por difusión

Reenvío de ruta reversa. (a) Una subred. (b) Un árbol de profundidad. (c) El árbol construido por el reenvió de ruta reversa.

Multicast Routing

(a) Una subred. (b) Un árbol de expansión para el encaminador más a la izquierda. (c) Un árbol de multidifusión para el grupo 1. (d) Un árbol de multidifusión para el grupo 2.

Encaminamiento para nodos móviles

Una WAN compuesta por LANs, MANs, y células inalámbricas.

Encaminamiento para redes móviles (2)

Enrutamiento de paquetes para usuarios móviles.

Encaminamiento en redes Ad hoc

Posibilidades cuando los nodos son móviles:

1. Vehículos militares en batalla.– No infraestructura.

2. Una flota de barcos en el mar.– Todos los movimientos todo el tiempo

3. Trabajos de emergencia en terremotos.– La infraestructura destrozada.

4. Un conjunto de personas con notebooks.– En una área en la que se cuenta con 802.11.

Descubrimiento de rutas

(a) Rango de difusión de A.

(b) Después de que B y D han recibido la difusión de A.

(c) Después de que C, F, y G han recibido la difusión de A.

(d) Después de que E, H, e I haan recibido la difusión de A.

Las flechas muestran las posibles rutas reversas.

Descubrimiento de rutas (2)

Formato de un paquete ROUTE REQUEST.

Descubrimiento de rutas (3)

Formato de un paquete ROUTE REPLY.

Mantenimiento de rutas

(a) Tabla de encaminamiento de D antes de que G se caiga.(b) El grafo después de que G se ha caído.

Algoritmos de control de congestión

• Principios generales de control de congestión

• Políticas de prevención de congestión

• Control de congestión en subredes de circuitos virtuales

• Control de congestión en subredes de datagramas

Congestión

Cuando se presenta mucho tráfico, el rendimiento recae rápidamente.

Principios generales de control de congestion

1. Monitorear el sistema.

– detecte cuando y donde ocurren las congestiones.

2. Pase información hacia donde las acciones pueden ser llevadas acabo.

3. Ajuste la operación del sistema para corregir el problema.

Políticas de prevención de congestión

Políticas que afectan la congestión.

5-26

Control de congestión en subredes de circuito virtual

(a) Una subred congestionada. (b) Una subred redibujada, eliminando la congestión y el circuito virtual de A a B.

Calidad de servicio (QoS)

• Requierimientos• Tecnicas para lograr buena calidad de servicio• Servicios integrados• Servicios diferenciados• Conmutación de etiquetas y MPLS

Requerimientos

Requerimientos que restringen la calidad de servicio.

5-30

Buffering

Eliminando irregularidades en el flujo de salida por medio de paquetes de buffers.

El algoritmo de la cubeta goteante

(a) Una cubeta con agua y un orificio. (b) Una cubeta de paquetes con un orificio.

Las gotas del algoritmo de la cubeta

(a) Antes. (b) Después.

5-34

Control de admisión

Un ejemplo de un flujo especificado.

5-34

Calendarización de paquetes

(a) Unencaminador con 5 paquetes encolados para la línea O.(b) Tiempos finales para los 5 paquetes.

RSVP-ReSerVation Protocol

(a) Una subred (b) El árbol de expansión multidifusión para el nodo 1. (c) El árbol de expansión multidifusión para el nodo 2.

RSVP-ReSerVation Protocol (2)

(a) Nodo 3 pidiendo un canal al nodo 1. (b) Nodo 3 que pide un segundo canal al nodo 2. (c) Nodo 5 que pide un canal al nodo 1.

Reenvió expedito

Experiencia de paquetes expeditos en una red libre de tráfico.

Reenvio asegurado

Una posible implementación de un flujo de datos para asegurar el envio.

Conmutación de etiquetas y MPLS

Transmición de un segmento TCP usando IP, MPLS, y PPP.

Interconexión de redes

• Como difieren las redes

• Cómo las redes pueden ser conectadas

• Concatenación de circuitos virtuales

• Interconexión no orientada a la conexión

• Tuneleo

• Encaminamiento entre redes.

• Fragmentación

Conección de redes

Una colección de redes interconectadas.

Como difieren las redes

Algunas de las principales diferencias que pueden tener las redes.

5-43

Como las redes pueden ser conectadas

(a) Dos redes Ethernet conectadas por un conmutador. (b) Dos redes Ethernet conectadas por encaminadores.

Concatenación de circuitos virtuales

Interconexión de redes usando circuitos virtuales concatenados.

Encaminamiento entre redes

(a) Una interred. (b) Un grafo de una interred.

Fragmentación

(a) Fragmentación transparente. (b) Fragmentation no transparente.

La capa de red en Internet

• El protocolo IP

• Direcciones IP

• Protocolos de control de Internet

• OSPF – El Protocol de encaminamiento de puerta de enlace interior

• BGP – El protocolo de encaminamiento de puerta de enlace exterior

• Multidifusión en Internet

• IP móvil

• IPv6

Principios de diseño para Internet1. Asegurarse de que trabaja.

2. Mantenerlo simple.

3. Hacer elecciones claras.

4. Explotar la modularidad.

5. Esperar heterogeneidad.

6. Evitar opciones y paramétros estáticos.

7. Buscar un buen diseño; no es necesario que sea perfecto.

8. Ser estricto cuando se envían datos y tolerante cuando se reciben.

9. Pensar acerca de la escalabilidad.

10. Considerar rendimiento y costo.

Colección de subredes

Internet es una colección de muchas redes interconectadas.

El protocolo IP

Cabecera de IPv4 (Internet Protocol).

El protocolo IP (2)

Algunas de las opciones de IP.

5-54

Direcciones IP

Formatos de direcciones IP.

Direcciones IP (2)

Direcciones IP especiales.

Subredes

Una red campus compuesta de varias LANs departamentales.

Subredes (2)

A class B network subnetted into 64 subnets.

CDR – Classless InterDomain Routing

A set of IP address assignments.

5-59

NAT – Network Address Translation

Ubicación y operación de una caja NAT.

Internet Control Message Protocol

Los principales tipos de mensajes en ICMP

5-61

ARP– The Address Resolution Protocol

Tres interconexiones de redes /24: dos Ethernet y un anillo FDDI.

Dynamic Host Configuration Protocol

Operación de DHCP.

OSPF

(a) Un sistema autónomo. (b) Grafo que representa (a).

OSPF (2)

Los cinco tipos de mensajes de OSPF.

5-66

BGP

(a) Un conjunto de encaminadores BGP. (b) Información enviada a F.

La cabecera principal de IPv6

La cabecera de IPv6 mejorada (requerida).

Cabeceras de extensión

Cabeceras de extensión de IPv6.

5-69