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

Rango Ancho de banda (Mbps)Latencia (ms)

LAN 1-2 km 10-1.000 1-10WAN mundial 0,010-600 100-500MAN 2-50 km 1-150 10LAN inalámbrica 0,15-1,5 km 2-11 5-20WAN inalámbrica mundial 0,010-2 100-500Internet mundial 0,010-2 100-500

Protocolos

Capas conceptuales de un protocolo software

Capa n

Capa 2

Capa 1

Mensaje enviado Mensaje recibido

Medio de comunicaciónEmisor Receptor

Protocolos

Capas de protocolos en el modelo de protocolos OSI

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace de datos

Física

Mensaje enviado Mensaje recibido

Emisor Receptor

Capas

Medio de comunicación

Protocolos

El encapsulamiento según se aplica en los protocolos multicapas

Cabecera de presentación

Mensaje de la capa de aplicación

Cabecera de sesión

Cabecera de transporte

Cabecera de red

Resumen del protocolo OSI

Capa Descripción Ejemplos

Aplicación Protocolos diseñados para responder a los requisitos de comunicación deaplicaciones específicas, a menudo definiendo la interfaz a un servicio.

HTTP, FTP, SMTPCORBA 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, Representaciónde datos COBRA

Sesión En este nivel se implementa la fiabilidad y la adaptación, tales como ladetección 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 WANo 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 virtualesATM

Enlace de datos

Es responsable de la transmisión de paquetes entre nodos que están conectadosdirectamente 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 celdasATM, PPP

Física Los circuitos y el hardware que dirigen la red. Transmite secuencias de datos binariosmediante señales binarias, utilizando modulación en amplitud o en frecuencia de las señales eléctricas (en los circuitos de cables), señales ópticas (en los circuitos de fibraóptica) u otras señales electromagnéticas (en los circuitos de radio o microondas).

Señalización de banda-base Ethernet, ISDN

Dispositivos interredes y modelo OSI

Dispositivo Capa OSI

Repeater/Hub Física

Switch Enlace de datos

Router Red

Gateway Las siete capas

Dispositivos para interconectar redes

Repeaters

Bridges/LAN switches

Routers

Gateways

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

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)

AAL PDU

ATM cell

User data

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

Red subyacente

Aplicación

Interfaz de red

Transporte

Interred

Paquetes interredes

Paquetes específicos de la red

MensajeCapas

Protocolosinterredes

Protocolos dela redsubyacente

Protocolos Internet

Capas TCP/IP

Mensajes (UDP) o Streams (TCP)

Aplicación

Transporte

Interred

Paquetes UDP o TCP

Datagramas IP

Marcos específicos de red

MensajeCapas

Red subyacente

Interfaz de red

Protocolos Internet

Capas TCP/IP

Protocolos Internet

Encapsulamiento de un mensaje cuando se transmite vía TCP sobre Ethernet

Mensaje de aplicación

Cabecera TCP

Cabecera IP

Cabecera Ethernet

Marco Ethernet

Puerto

TCP

IP

Protocolos Internet

Visión conceptual del programador de una interredTCP/IP

IP

Aplicación Aplicación

TCP UDP

Protocolos Internet

TCP Header

Protocolos Internet

UDP Header

Protocolos Internet

Estructura de las direcciones Internet

7 24

Clase A: 0 ID red ID Host

14 16

Clase B: 1 0 ID red ID host

21 8

Clase C: 1 1 0 ID red ID host

28

Clase D (multicast): 1 1 1 0 Dirección multicast

27

Clase E (reservada): 1 1 1 1 Sin usar0

Protocolos Internet

Representación decimal de las direcciones Internet

Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3

Clase A: 1 a 127

0 a 255 0 a 255 1 a 254

Clase B: 128 a 191

Clase C: 192 a 223

224 a 239 Clase D (multicast):

ID red

ID red

ID red

ID host

ID Host

ID host

Direcciones multicast

0 a 255 0 a 255 1 a 254

0 a 255 0 a 255 0 a 255

0 a 255 0 a 255 0 a 255

0 a 255 0 a 255 1 a 254240 a 255 Clase E (reservada):

1.0.0.0 a 127.255.255.255

128.0.0.0 a 191.255.255.255

192.0.0.0 a 223.255.255.255

224.0.0.0 a 239.255.255.255

240.0.0.0 a 255.255.255.255

Rango de direcciones

Protocolos Internet

IP Header

Protocolos Internet

Plantilla de un paquete IP

DatosDirección IP destinoDirección IP origen

Cabecera

Hasta 64 kbytes

Routing

Routing

B 2 1C local 0E 5 1default 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

IPv6

Mayor espacio de direcciones:Cambia la longitud de la dirección:

128 bits -> 3 x 1038 direcciones(casi un cuatrillón de direcciones por metro cuadrado de la Tierra)Formato: x:x:x:x:x:x:x:xx es de 16 bits, normalmente expresado en hexadecimal. Ej.:2001:3324:22f4:fcab:1cde:3403:1221:ac01

IPv6

Notacion reducida:1080:0:0:0:8:800:200C:417A     unicast address FF01:0:0:0:0:0:0:101                multicast addr. 0:0:0:0:0:0:0:1                         loopback addr. 0:0:0:0:0:0:0:0                         unspecified ad.

se pueden escribir como:1080::8:800:200C:417A             unicast address FF01::101                                multicast addr. ::1                                           loopback addr. ::                                             unspecified ad.

IPv6

Header mas chico: mayor eficiencia en el ruteoPaquetes mas flexibles: disminuye la fragmentaciónMejora la compatibilidad con QoS y CoSSoporte a la seguridad: incluyendo IPsecMejoras en multicast y anycastMejoras en autoconfiguración

IPv6

Header

IPv6

• Versión (4 bits).• Clase de tráfico (8 bits). También llamado prioridad o

clase.• Etiqueta del flujo (20 bits). Mejora el

encaminamiento y el soporte a transmisiones en tiempo real

• Longitud del paquete (16 bits). • Siguiente cabecera (8 bits). tipo de cabecera que

sigue a la cabecera de IPv6 (TCP/UDP/ ICMPv6 u otra IPv6 opcional).

• Límite de saltos (8 bits). • Dirección origen (128 bits). • Dirección destino (128 bits).

Transición a IPv6

Mecanismos

• Dual Stack:  provee soporte completo para IPv4 e IPv6 en host y  routers.

• Tunneling: encapsula paquetes IPv6 en paquetes IPv4 y permite utilizar la infraestrutura IPv4

• Traducción: para nodos IPv4 que comunican con nodos IPv6