Post on 28-Jan-2021
REDES DE
COMPUTADORAS 1 Clase 2
Introducción
• ¿Qué es Internet?
• La frontera de la red
• El núcleo de la red (core)
• Red de acceso
• Medios físicos
• Estructura de Internet e ISPs
• Retardos & pérdidas en redes de conmutación de paquetes
• Capas de protocolos, Modelo de servicio
• Historia
Medios Físicos
Medios Físicos
Enlace físico: lo que
existe entre transmisor
y receptor
Medio guiado:
• La señal se propaga en
un medio sólido: cobre,
fibra, coaxial.
Medio no guiados:
• La señal se propaga
libremente, e.g., radio,
infra-rojo
Par trenzado (Twisted Pair,
TP)
Dos cables de cobre
aislados
• Categoría 3: cables tradicionales de teléfonos,
10 Mbps Ethernet
• Categoría 5:
100Mbps Ethernet
• Categoría. 6:
1Gbps Ethernet
• Lo más relevante es el
número de trenzas por cm.
• Conector común se llama 8P8C
Medios físicos: coaxial y fibra
Cable Coaxial: Dos conductores concéntricos
de cobre con aislante entre ellos
bidireccional
Banda base: • Un único canal en el cable
• Ethernet original
Banda amplia: • múltiples canales en el
cable
• HFC (Hybrid Fiber Coax) Internet+TV+Teléfono por cable
Cable de fibra óptica:
Fibra de vidrio transportando
pulsos de luz, cada pulso un
bit
Operación a alta velocidad:
• Transmisión punto-a-punto (e.g., 5 Gbps)
Baja tasa de errores:
repetidores espaciados a
distancia; inmune a ruido
electromagnético, ataques.
Medios físicos: radio
Señal transportada en
espectro electromagnético
no “cable” físico
bidireccional
Efectos del ambiente de
propagación: • reflexiones
• obstrucción por objetos
• interferencia
Tipos de radio enlaces:
Microondas terrestres
• e.g. canales de hasta 45 Mbps
LAN (e.g., Wifi)
• 2Mbps, 11Mbps, 54Mbps
Área amplia (e.g., celular)
• e.g. 3G: cientos de kbps
Satélite
• Canales de hasta 50Mbps (o
varios canales más pequeños)
• 270 mseg retardo extremo a
extremo
• Geo-estacionarios versus baja
altitud (poca versus alta
latencia)
Estructura de Internet: Red de Redes
Básicamente jerárquica
Al centro: “nivel-1” ISPs (ej., Global Crossing), cobertura
nacional/internacional
• Se tratan entre si como iguales
Nivel 1 ISP
Nivel 1 ISP
Nivel 1 ISP
Proveedores
Nivel-1 se
interconectan
privadamente
Proveedores nivel-
1 se conectan a
través de Puntos
de intercambios en
Internet (Internet
Exchange point)
Nivel-1 ISP: ej. Sprint
Sprint US backbone network
Estructura de Internet: Red de Redes
“Nivel-2” ISPs: ISPs más pequeños (a menudo
regionales)
• Se conectan a 1 ó más Nivel-1 ISPs, y posiblemente a otros
ISPs de nivel-2
Nivel 1 ISP
Nivel 1 ISP
Nivel 1 ISP
nivel-2 ISP nivel-2 ISP
nivel-2 ISP nivel-2 ISP
nivel-2 ISP
ISP de Nivel-2 ISP
paga a nivel-1 ISP
por su conectividad
al resto de Internet
nivel-2 ISPs
también se
conectan
privadamente
Estructura de Internet: Red de Redes
“Nivel-3” ISPs e ISPs locales
• Último salto (“acceso”) de la red (más cercano a los sistemas
terminales)
Nivel 1 ISP
Nivel 1 ISP
Nivel 1 ISP
nivel-2 ISP nivel-2 ISP
nivel-2 ISP nivel-2 ISP
nivel-2 ISP
local
ISP local
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP nivel 3
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
Local e ISPs
nivel- 3 son
clientes de
ISPs de mayor
nivel
Que los
conectan al
resto de
Internet
Estructura de Internet: Red de Redes
un paquete pasa por muchas redes de diferentes ISPs!
Nivel 1 ISP
Nivel 1 ISP
Nivel 1 ISP
nivel-2 ISP nivel-2 ISP
nivel-2 ISP nivel-2 ISP
nivel-2 ISP
local
ISP local
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP nivel 3
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
¿Cómo ocurren las pérdidas y retardos?
Los paquetes son encolados en la memoria de cada router Tasa de arribo de paquetes puede exceder la capacidad
de salida del enlace
Los paquetes son encolados, y esperan por su turno
A
B
Paquete siendo transmitido (retardo
de transmisión)
Paquetes encolados (retardo en cola)
Memoria libre (disponible): arribo de paquetes
descartes (pérdidas) si no hay espacio
Cuatro fuentes de retardo de paquetes
1. Retardo de
procesamiento en el nodo:
• Chequeo de bits de error
• Determinar el enlace de
salida
2. Retardo de cola
• Tiempo esperado en la
cola para que los paquetes
anteriores sean
transmitidos
• Depende del nivel de
congestión del router
A
B
propagación
transmisión
Procesamiento
en nodo encolamiento
Cuatro fuentes de retardo de paquetes (2)
3. Retardo de transmisión:
• R=tasa de bits del enlace
(bps)
• L=largo del paquete (bits)
• Tiempo de envío = L/R
4. Retardo de propagación:
• d = largo del enlace físico
• s = rapidez de propagación en
medio (~2x108 m/seg)
• Retardo de propagación = d/s
A
B
propagación
transmisión
Procesamiento
en nodo encolamiento
Caravana como analogía
Autos se “propagan” a 100 km/hr
Peaje demora 12 s para atender un auto (tiempo de transmisión)
Auto~bit; caravana~ paquete
¿En cuánto tiempo la caravana llega al 2do peaje?
Tiempo para pasar la caravana por el 1er peaje = 12*10 = 120 s
Tiempo de propagación del último auto hasta 2do peaje: 100km/(100km/h)= 1 h
62 minutos
peaje peaje Caravana
de 10 autos
100 km 100 km
Caravana como analogía
Ahora los autos se “propagan” a 1000 km/h
Peaje se demora 1 min en atender un auto.
¿Llegarán autos al 2do peaje antes que todos paguen?
Sí! Después de 7 min, el 1ero llega al 2do peaje y 3 autos aún están en 1er peaje.
1er bit de un paquete puede llegar al 2do router antes que el paquete es completamente transmitido en 1er router!
• Esta situación es el caso común en Ethernet.
peaje peaje Caravana
de 10 autos
100 km 100 km
Retardo nodal
proptranscolaprocsentre_nodo d+d+d+d=d
dproc
= retardo de procesamiento
• Típicamente unos pocos microsegundos o menos
dcola
= retardo de espera en cola(s)
• Depende de la congestión (tráfico en nodo)
dtrans
= retardo de transmisión
• = L/R, significativo en enlaces de baja tasa (“bajo ancho de banda” o “baja velocidad”) en bps
dprop
= retardo de propagación
• De pocos microsegundos a cientos de milisegundos
Retardo de cola
R=bandwidth del enlace de
salida [bit/s]
L=largo del paquete [bit],
asumiremos cte.
a=tasa promedio de arribo
de paquetes [paquetes/s]
L*a=n° bits/s de entrada
Intensidad de tráfico=tasa llegada/tasa salida = L*a/R
¿Qué pasa con diferentes valores de L*a/R?
L*a/R ~ 0: => pequeño retardo de encolamiento
L*a/R tiende a 1: retardo se hace grande
L*a/R > 1: llega más “trabajo” que el posible de servir,
retardo promedio tiende a infinito!
Retardo “Real” en Internet y rutas
¿Cuáles son los retardos reales en Internet y las rutas de los paquetes?
Programa traceroute: entrega medidas del retardo de ida y vuelta desde el terminal de origen hacia cada router en la ruta al destino en Internet. (en windows tracert como en trace route)
Para cada router i: • manda tres paquetes que van a llegar al router i en la ruta
hacia el destino
• router i le devuelve paquetes de información al terminal origen
• terminal de origen mide el intervalo entre transmisión y respuesta.
3 pruebas
3 pruebas
3 pruebas terminal
origen
terminal
destino
Retardo “Real” en Internet y rutas
Probar: traceroute www.eurocom.fr agustin@pcagv:~$ traceroute www.google.cl
traceroute to www.google.cl (64.233.163.104), 30 hops max, 60 byte packets
1 elo-gw.elo.utfsm.cl (200.1.17.1) 0.479 ms 0.938 ms 1.123 ms
2 telmex-gw.usm.cl (200.1.20.131) 2.286 ms 2.355 ms 2.343 ms
3 border-gw.usm.cl (200.1.20.130) 2.302 ms 2.331 ms 2.319 ms
4 ge-1-1-0.452.ar1.SCL1.gblx.net (208.178.62.9) 5.300 ms 5.357 ms 5.476 ms
5 te4-3-10G.ar3.SCL1.gblx.net (67.16.130.78) 5.319 ms 7.266 ms 7.404 ms
6 72.14.216.105 (72.14.216.105) 7.308 ms 5.997 ms 5.942 ms
7 209.85.240.138 (209.85.240.138) 5.989 ms 5.120 ms 6.961 ms
8 72.14.238.48 (72.14.238.48) 53.155 ms 72.14.233.134 (72.14.233.134) 51.959 ms 51.948 ms
9 72.14.233.91 (72.14.233.91) 52.973 ms 72.14.233.95 (72.14.233.95) 51.146 ms 52.047 ms
10 64.233.175.62 (64.233.175.62) 55.207 ms 55.211 ms 56.045 ms
11 bs-in-f104.1e100.net (64.233.163.104) 51.918 ms 51.869 ms 54.939 ms
En windows usar > tracert www.eurocom.fr
Pérdida de paquetes
Buffer de encolamientos en conmutadores tiene
capacidad finita
Cuando un paquete llega a una cola llena, el paquete es
descartado (pérdida)
Paquetes perdidos pueden ser retransmitidos por nodo
previo (caso wifi) o por el computador fuente (caso TCP),
o bien no retransmitidos nunca (caso Ethernet en capa
enlace y también UDP capa transporte).
Throughput (“rendimiento”)
throughput: tasa (bits/unidad de tiempo) al cual bits son
transferidos entre transmisor y receptor
instantáneo: tasa en un punto dado del tiempo
promedio: tasa sobre largos periodos
Cuello de botella: enlace que limita el throughput extremo
a extremo
server, with file of F bits
to send to client
link capacity Rs bits/sec
link capacity Rc bits/sec
Tx envía bits
por el enlace
Enlace que puede llevar bits a
tasa Rs bits/seg)
Enlace que puede llevar bits a tasa
Rc bits/seg)
“Capas” de Protocolos
Las redes son complejas!
Muchos “componentes”:
• hosts
• routers
• enlaces de varios medios
• aplicaciones
• protocolos
• hardware, software
Pregunta:
Hay alguna esperanza de organizar la estructura de
la red?
O al menos nuestra discusión de la red?
Ejemplo sistema complejo: Líneas aéreas
Una serie de pasos
Ojo si usted debe hacer trasbordo, no retira sus maletas y se vuelve a embarcar.
pasaje (compra)
maletas (chequeo)
puertas (subida)
pista despegue
navegación del avión
pasaje (recuperar gasto)
maletas (retiro)
puerta (bajada)
pista de aterrizaje
navegación del avión
Navegación del avión
¿Por qué usar capas?
Nos enfrentamos a sistemas complejos:
Estructura explícita permite identificación y relación de la
partes complejas del sistema
• modelo de referencia de capas para análisis y discusión
Modularización facilita mantención, actualización del
sistema
• Cambio de la implementación de la capa de servicio es
transparente al resto del sistema
• e.g., cambio en control en puertas (caso avión) no afecta al
resto
Capas en el funcionamiento de una
aerolínea
Capas: cada capa implementa una clase de servicio
• a través de acciones internas a esa capa
• depende de servicios provistos por capas inferiores
Pila de protocolos en Internet (protocol
stack) – modelo TCP/IP aplicación: compuesto por las aplicaciones de red
• SSH, SMTP, HTTP, Messenger, Skype, etc
transporte: transferencia de datos host-host para
una aplicación específica
• TCP, UDP, SCTP (2000), DCCP (2006)
red: ruteo de datagramas desde fuente a destino
• IP, protocolos de ruteo
enlace: transferencia de datos entre elementos
vecinos en la red
• PPP, Ethernet, Wifi
físico: transporte de bits “en el cable”
El modelo OSI (Open System Interconnection)
incluye capas de Presentación y Sesión adicionales
no incluidos en el modelo TCP/IP
Aplicación
Transporte
Red
Enlace
Físico
Comparación: OSI vs. TCP/IP
Comparación: OSI vs. TCP/IP
Similitudes:
• Ambos se dividen en capas.
• Ambos tienen capas de aplicación, aunque incluyen
servicios distintos.
• Ambos tienen capas de transporte similares.
• Ambos tienen capa de red similar pero con distinto
nombre.
• Se supone que la tecnología es de conmutación de
paquetes (no de conmutación de circuitos).
• Es importante conocer ambos modelos.
Comparación: OSI vs. TCP/IP
Diferencias:
• TCP/IP combina las funciones de la capa de presentación
y de sesión en la capa de aplicación.
• TCP/IP combina la capas de enlace de datos y la capa
física del modelo OSI en una sola capa.
• TCP/IP más simple porque tiene menos capas.
• Los protocolos TCP/IP son los estándares en torno a los
cuales se desarrolló Internet, de modo que la credibilidad
del modelo TCP/IP se debe en gran parte a sus
protocolos.
• El modelo OSI es un modelo “más” de referencia, teórico,
aunque hay implementaciones.
Dispositivos y Capas
Encapsulamiento
• Cada capa define su PDU: Protocol Data Unit
Encapsulamiento
message segment
datagram
frame / trama
application transport network
link physical
Ht Hn Hl M
Ht Hn M
Ht M
M
destino
application transport network
link physical
Ht Hn Hl M
Ht Hn M
Ht M
M
network link
physical
link physical
Ht Hn Hl M
Ht Hn M
Ht Hn Hl M
Ht Hn M
Ht Hn Hl M Ht Hn Hl M
router
capa 3
switch
capa 2
Unidades de información: mensajes,
segmentos, datagramas y tramas
Unidades de información intercambiadas por las distintas capas: Mensajes de nivel aplicación, segmentos de la capa transporte, datagramas en capa red y tramas en capa enlace de datos. Cada capa agrega su propio encabezado.
Clasificación de red por cobertura
• LAN: (Local Area Network). Red de cobertura local. Ethernet, Wi-Fi.
• MAN: (Metropolitan Area Network). red de cobertura metropolitana, dentro de una ciudad. MetroEthernet, MPLS, Wi-Max.
• WAN: (Wide Area Network). red de cobertura de área amplia. Geográficamente distribuida. PPP, Frame-Relay, MPLS, HDLC, SONET/SDH.
• SAN: (Storage Area Network). red de almacenamiento. iSCSI, Fibre Channel, ESCON.
• PAN: red de cobertura personal. Red con alcance de escasos metros para conectar dispositivos cercanos a un individuo. Bluetooth, IrDA, USB.
Historia de Internet
1961: Leonard Kleinrock – Teoría de colas muestra efectividad de packet-switching
1964: Baran - packet-switching en redes militares
1967: ARPAnet concebida por Advanced Research Projects Agency
1969: primer nodo ARPAnet operacional usando IMP (Internet Message Processor)
1972:
• ARPAnet demostrado públicamente
• NCP (Network Control Protocol) primer protocolo host-host => TCP
• 1° programa e-mail
• ARPAnet tiene 15 nodos
1961-1972: Principios sobre packet-switching
Historia de Internet
1970: ALOHAnet red satelital en Hawaii
1973: Tesis de PhD de Metcalfe propone Ethernet
1974: Cerf and Kahn – Arquitectura para interconectar redes
late70’s: arquitecturas propietarias: DECnet, SNA, XNA
late 70’s: Conmutación de paquetes de largo fijo (ATM precursor)
1979: ARPAnet tiene 200 nodos
Principios de redes de Cerf y Kahn :
• minimalismo, autonomía - no requiere cambios internos para interconectar redes
• Modelo de servicio de mejor esfuerzo (best effort service)
• Routers sin estado
• Control descentralizado
define la arquitectura actual de Internet
1972-1980: Redes de comp., nuevas y propietarias
Historia de Internet
Inicios 1990’s: ARPAnet dejó de operar
1991: NSF levantó restricciones para uso comercial del NSFnet (ésta cesó, 1995)
Inicios 1990s: Web
• hypertext [Bush 1945, Nelson 1960’s]
• HTML, HTTP: Berners-Lee
• 1994: Mosaic, luego Netscape
• Finales de 1990’s: comercialización de la Web
1990, 2000’s: comercialización, la Web, nuevas apps
Finales 1990’s – 2000’s:
Más killer apps: mensajería instantánea, P2P compartición de archivos
Seguridad en redes
50 millones de hosts, 100 millones+ usuarios
Backbone corre a Gbps
Historia de Internet
2010:
~750 millones de hosts
Voz, vídeo sobre IP
Aplicaciones P2P: BitTorrent (compartición de archivos)
Skype (VoIP), PPLive (vídeo)
Más aplicaciones: YouTube, gaming, Twitter, Redes
sociales (linkedin, Facebook)
wireless, movilidad
Organizaciones de Internet
Sistema Descentralizado, pero con Organizaciones, RFC
4677 (The Tao of IETF).
• ISOC (Internet Society): cabeza de la organización.
Participantes de todo el mundo.
• IAB (Internet Architecture Board): grupo consultivo de
aspectos técnicos y colabora con IETF.
• IETF (The Internet Engineering Task Force): se encarga
de los nuevos desarrollos, coordinado por IAB
(desarrollos corto plazo).
• IRTF (The Internet Research Task Force): se encarga de
los nuevos desarrollos a largo plazo.
Organizaciones de Internet
• IESG (Internet Engineering Steering Group) y RFC Editor
(Requests For Comments Editor): estandarización y
publicación de protocolos.
• IANA (Internet Assigned Numbers Authority): se encarga
del control de la asignación de recursos (ej. IP Addresses,
DNS Roots, etc).
RFC (Request for Comments)
• Las RFCs son notas/documentos sobre la Internet y sus protocolos.
• Propuesta para un nuevo protocolo de la red Internet, modificación, mejores prácticas, experiencias, etc.
• Instrucciones: RFC-2223, redactadas en inglés y en formato txt ASCII (7bits).
• Reciben un número único y un título.
• Abiertas: Cualquiera puede enviar una propuesta de RFC a la IETF, luego se evaluará mediante un proceso estricto.
• Proceso: RFC-2026. No todas tienen la categoría de STANDARD.
• Comienza como “Internet-Draft”.
Introducción: Resumen
Vista global de Internet
¿Qué es un protocolo?
Periferia de la red, su núcleo, y redes de acceso
• Conmutación de paquetes versus conmutación de circuitos
Estructura de Internet/ISP
Desempeño: pérdidas, retardo
Modelo de servicio de capas
Historia
Ahora ustedes tienen:
Contexto, visión general de la red
Más detalles en profundidad por venir!