Capítulo 1: Introducción Introducción Computadoras: Redes...

Redes de Com

putadoras:IntroducciónMaterial traducido

por:Dr. Víctor

J. S

osa vjsosa@

ieee.orgtom

adodel capítulo

1 del libro:

3e

r Ed

ició

n

4ta

Ed

ició

n

Introducción1-1

tomado

del capítulo1 del libro:

Computer N

etworking: A Top D

own Approach

Featuring the Internet, 3

rdedition.

Jim

Kurose, Keith RossAddison-W

esley, July 2004.

4ta edición: Abril/2007

co

pyrig

ht 1

99

6-2

005

J.F

Ku

rose

an

d K

.W. R

oss, A

ll Rig

hts

Re

se

rved

4ta

Ed

ició

n

Capítulo 1: IntroducciónObjetivo:

�Fam

iliarizarse con la term

inología�

Se verán los detalles

con más profundidad

durante el curso

Visión general:�

¿qué es la Internet?�

¿qué es un protocolo?�

Contorno de la red�

Núcleo de la red

Redes de acceso, medio físico

Introducción1-2

durante el curso�

Estrategia:�

utilizar Internet com

o ejemplo

Núcleo de la red

�Redes de acceso, m

edio físico�

Estructura de Internet/ISPs

�eficiencia: pérdida, retardo

�Protocolos en Capas, m

odelos de servicio

�Modelado de la red

Capítulo 1: temas

1.1 ¿qué es la internet?1.2

Contorno de la red1.3

Núcleo de la red

1.4 redes de acceso y medio físico

Introducción1-3


1.5estructura de Internet e IS

Ps1.6

retrasos y pérdidas en redes de paquetes conm

utados1.7

niveles de protocolos, modelos de

servicios1.8

Historia

¿Qué es la Internet?

backboneIS

Ps

regionalIS

Ps

•Red de redes:jerarquía ligeram

ente acoplada

•Enlaces de com

unicación: fibra, cobre, radio, satelite

Introducción1-4

local ISPs

•enterprise•cam

pus, ...

end systems

•hosts, servers•pdas, m

obiles

•routers:retransm

isión de paquetes

•Sistem

as finales corren aplicaciones en redes

•protocolos:TCP, IP,

HTTP, FT

P, PPP, ...

qué es la Internet: una visión general�

Millones de dispositivos

conectados: hosts=

sistemas finales

�corriendo aplicaciones de red

�Enlaces de com

unicación

local ISP

routerworkstation

servidorEstación m

óvil

Introducción1-5

�Enlaces de com

unicación�

fibra, cobre, radio, satelite�

Tasa de transferencia =

ancho de b

anda

�routers:retransm

isión de paquetes (trozos de datos)

regional ISP

Red de la com

pañía

Artículos para Internet

interesantes

Cu

ad

ro p

ara

foto

co

n IP

http

://ww

w.c

eiv

a.c

om

/

Tosta

dor h

abilita

do p

ara

la W

eb +

Pro

nóstic

o d

el tie

mpo

Introducción1-6

Se

rvid

or W

eb

má

s p

eq

ue

ño

de

l mu

nd

oh

ttp://w

ww

-ccs.c

s.u

ma

ss.e

du

/~sh

ri/iPic

.htm

lTe

léfo

no

s IP

�protocolos

control de envío y recepción de m

ensajes�

e.g., TCP, IP, H

TTP, FT

P, PPP

�Internet: “red de redes”�

Vagamente jerarquizada

Internet pública versus

local ISP

routerworkstation

servermobile

qué es la Internet: una visión general

Introducción1-7

�Internet pública versus intranet privada

�Estándares de Internet�

RFC: Request for comments

�IET

F: Internet Engineering Task Force

�www.ietf.org

company

network

regional ISP

¿Qué es Internet? una visión de servicio

�Infraestructura de com

unicaciones que hace posible aplicaciones distribuidas:�

Web, em

ail, juegos, e-com

merce, com

partir archivos�

Servicios de com

unicación proporcionados a las

Introducción1-8

proporcionados a las aplicaciones:�

Orientada a no conexión (no

fiable) �

Orientada a conexión (fiable)

¿qué es un protocolo?Protocolos hum

anos:�

“¿qué hora es?”�

“hacer una pregunta”�

presentarse

… envío específico de

Protocolos de red:�

Máquinas en lugar de

humanos

�Toda la actividad de

comunicación en

Internet es gobernada

Introducción1-9

… envío específico de mensajes

… acciones específicas tom

adas a partir de recibir un m

ensaje u otro evento

Internet es gobernada por los protocolos

Los protocolos definen el formato,

orden de mensajes recibidos y

enviados entre entidades en la red, y las acciones tom

adas al recibir y transm

itir mensajes

¿qué es un protocolo?Un protocolo hum

ano y un protocolo de redes de computadoras:

Hola

Hola

TCP connectionrequest

TCP connection

Introducción1-10

P:¿algunos otros protocolos hum

anos?

Hola

¿Qué

hora es?2:00

TCP connection

responseGet http://w

ww.aw

l.com/kurose-ross

<file>tiem

po

Una m

irada más de cerca a la

estructura de la red:�

Contorno de red:aplicaciones y hosts

�Nucleo de la red:

�routers

Introducción1-11

�routers

�Red de redes

�Redes de acceso, medio físico:

enlaces de com

unicación

El contorno de red:�

Sistem

as finales (hosts):�

Corren programas de

aplicación�

e.g. Web, em

ail

�Modelo cliente/servidor

�Los clientes solicitan

Introducción1-12

�Los clientes solicitan servicios y son atendidos por servidores que siem

pre perm

anecen activos�

e.g. Web brow

ser/server; em

ail client/server

�Modelo de igual a igual:

�mínim

o (o nulo) uso de servidores dedicados

�e.g. G

nutella, KaZaA

, Skype

Contorno de red: servicios orientados a conexión

Objetivo:transferencia de datos entre sistem

as finales�

handshaking:iniciar (preparar para)

Servicio T

CP[RFC 793]�

fiable, flujo ordenado de datos�

Manejo de pérdida:

confirmación y

retransmisión

Introducción1-13

(preparar para) transferencia de datos�

Hola, contestar hola en

el protocolo humano

�iniciar “estado”

en dos host com

unicandose

�TCP -

Transm

ission Control Protocol �

Servicio orientado a

conexión de Internet

retransmisión

�Control de flujo:�

El emisor no satura

receptor�

Control de congestión:�

Los emisores “dism

inuyen la tasa de envío” cuando la red está congestionada.

Ojetivo:transferir datos entre sistem

as finales�

Igual que el anterior!�

UDP-User D

atagram

Protocol [RFC 768]: Sin conexión

Algunas aplicaciones que usan T

CP:�

HTTP (W

eb), FTP (file

transfer), Telnet

(remote login), S

MTP

(email)

Contorno de red: servicios sin conexión

Introducción1-14

Protocol [RFC 768]: �

Sin conexión

�Transferencia de

datos no fiable�

Sin control de flujo

�Sin control de

congestión

(remote login), S

MTP

(email)

Algunas aplicaciones que usan U

DP:

�stream

ing media,

teleconferencias, DNS,

Telefonía Internet .

Capítulo 1: temas

1.1¿qué es la internet?

1.2Contorno de la red

1.3Núcleo de la red


Introducción1-15



Ps1.6


utados1.7


servicios1.8

Historia

El núcleo de la red

�Malla de routers

interconectados�

La pregunta básica:¿cóm

o se transferirán los datos en la red?

Circuitos conmutados:

Introducción1-16

�Circuitos conm

utados:circuito dedicado por llam

ada: red telefónica�

Conmutación de

paquetes:los datos son envíados por la red en “bloques” discretos.

Núcleo de la red: Circuitos

conmutados

Recursos reservados de extrem

o a extremo

para la “llamada”

�Ancho de banda del enlace,

capacidad del conmutador

Introducción1-17

�Recursos dedicados: no com

partidos�

Eficiencia del tipo circuito virtual (eficiencia garantizada)

�Iniciación de llam

ada requerida

Núcleo de la red: circuitos

conmutados

Recursos de red (e.g., ancho de banda) dividido (repartido) en “partes”

�partes que se asignan a

�La división del ancho de banda en partes puede ser:�

División por

frecuencia (FDM)

Introducción1-18

�partes que se asignan a cada llam

ada�

La parte de recurso perm

anece inactiva si no es utilizada por el propietario de la llam

ada (no com

parte)

frecuencia (FDM)

�División por tiem

po (T

DM)

*TDM: T

ime d

ivisio

n multip

lexer

FDM: F

requency divisio

n multip

lexer

Conmutación de circuitos: FD

M y T

DM

FD

M

frequencia

tiem

po

TD

M

4 u

suario

s

Eje

mplo

:

Todoslosesp

acio

sde

colores

iguales

son

dedica

dosaunpar

enlace

Introducción1-19

TD

M

frecuencia

tiem

po

ConFDM,cadacircu

itocontin

uamenteobtien

eunafra

ccióndelanchodebanda.

Con

TDM,el

circu

itoobtien

etodo

elancho

debanda

perió

dica

mente

en

interv

alosdetiempobrev

es(esto

sinterv

alosseconocen

comoslo

ts)

dedica

dosaunpar

emiso

r-receptor

específico

(circuito)

frame

slot

Ejemplo num

érico

�Cuánto tom

a enviar un archivo de 640 Kbits del host A

al host B sobre una red de circuitos conm

utados si:�

Suponem

os que todos los enlaces en la red usan TDM con

marcos de 24 slots.

�El enlace tiene una tasa de transm

isión de 1.536 Mbps

Introducción1-20

�El enlace tiene una tasa de transm

isión de 1.536 Mbps

�Se lleva 500 m

seg para establecer el circuito de extremo

a extremo

•R= Cada circuito tiene una tasa de transm

isión de 1.536Mbps/24 =

64Kbs.•

Así que tom

a 640Kb/64Kbps = 10 segs•

Agregam

os el tiempo de establecer el circuito =10s +0.5s= 10.5s

–Nótese q

ue el tiem

po de tran

smisió

n es in

dependien

te del n

úmero

de en

laces. El

tiempo de tran

smisió

n sería 1

0seg

si el circuito

de ex

tremo a ex

tremo pasa a trav

és de u

n en

lace o cien

enlaces.

Otro ejem

plo numérico

�Cuánto tom

a enviar un archivo de 640Kbits del host A

al host B sobre una red de circuitos conm

utados si:�

El enlace tiene una tasa de transmisión de 1.536

Mbps.

Introducción1-21

Mbps.

�Cada enlace usa FD

M con 24

canales/frecuencias�

Se lleva 500 m

seg para establecer el circuito de extrem

o a extremo

Núcleo de la red: Conm

utación de paquetesCada flujo de datos entre

extremos es dividido en

paquetes�

Los paquetes de los usuarios A,

B comparten los recursos de la

red�

Cada paquete utiliza el total del ancho de banda del enlace.

Disputa de recursos:

�La dem

anda de recursos puede exceder el m

onto disponible

�congestión: cola de paquetes, esperan por usar el enlace

Introducción1-22

�Cada paquete utiliza el total del ancho de banda del enlace.

�Los recursos son utilizados conform

e se van necesitando

paquetes, esperan por usar el enlace

�Alm

acenaje y retransmisión:

los paquetes viajan un salto a la vez�

El nodo recibe un paquete com

pleto antes de retransm

itirlo

Dividir el ancho de banda en

“partes”Asignación dedicada

Reservación de recursos

Conmutación de paquetes: M

ultiplexado estadístico

A

B

C10 M

b/sEthernet

1.5 Mb/s

Multiplex

ado estad

ístico

Cola de paquetes esperando por el

45 Mb/s

Introducción1-23

La secuencia de paquetes de A y B no siguen un orden periódico, el orden es aleatorio o

estadístico, es compartido en dem

anda �multiplexado estadístico.

El multiplexado estadístico contrasta con el T

DM. Ya que en este últim

o cada host obtiene el m

ismo espacio de tiem

po(slot) en un frame giratorio.

DE

esperando por elenlace para salir

�L = longitud en bits

�Q = núm

ero de enlaces�

R = capacidad de transmisión del enlace (bps)

�Si asum

imos que el tiem

po en la cola y el tiempo de

propagación no es considerable, entonces enviar un

Introducción1-24

propagación no es considerable, entonces enviar un paquete de un host A

a un host B tomará en ser

transmitido en el prim

er enlace L/R seg, más el

tiempo en ser transm

itido en los Q-1 enlaces

restantes. Esto significa añadir Q-1 veces el

tiempo de store and forw

ard. Así el total del

retraso sería: QL/R

Conmutación de paquetes vs conm

utación de circuitos

�Con enlace de 1 M

b/s�

Cada usuario: �

Emite 100 Kb/s cuando

esta “activo”�

activo 10% del tiem

po

La conmutación de paquetes perm

ite que más usuarios utilicen

la red!

Introducción1-25

�Conm

utación de circuitos: �

Máxim

o 10 usuarios�

Conmutación de paquetes:

�Si hay 35 usuarios, la

probabilidad de que haya 10 activos sim

ultáneamente es m

enor que .0017* con lo cual se puede llegar atender a m

ás de 10 usuarios.

N usuarios

Enlace de 1 Mbps

35

10

0.110* 0.9

25

n! 3

5!

------------------------

* 0

.110* 0.9

25 = 0.00134

(n-m

)!m! 2

5! *

10!

*

Packet switching versus circuit sw

itching

�Es bueno para datos en rafagas�

Compartir recursos

�Más sim

ple, no hace inicialización de llamada

�Congestión excesiva:retraso y pérdida de paquetes

¿Es la conmutación de paquetes el ganador garantizado?Introducción

1-26

Congestión excesiva:retraso y pérdida de paquetes�

Se necesitan protocolos para una transferencia fiable de

datos, control de congestion�

P: ¿Como proveer de un com

portamiento sim

ilar al de circuitos?�

Garantías de ancho de banda necesarias para aplicaciones de

audio/video�

Todavía es un problem

a en investigación

P: Alguna analogía que se pudiera hacer con los hum

anos en lo que refiere a recursos reservados (conm

utación de circuitos) versus asignación por demanda (conm

utación de paquetes)? Restaurantes

Conmutación de paquetes: store-and-

forward

�Tom

a L/R segundos transm

itir (sacar) paquetes de L bits en enlaces de R bps

ejemplo:

�L = 7.5 M

bits�

R = 1.5 Mbps

RR

RL

Introducción1-27

bps�

El paquete en su totalidad debe llegar al router antes de que pueda ser transm

itido al próximo

enlace: store and forward�

retardo = 3L/R (asumiendo

un retardo de propagación igual a cero)

�R = 1.5 M

bps�

retardo = 15 seg

Se verá m

ás sobre el retardo después …

Redes de conmutación de paquetes:

retransmisión

�Objetivo:m

over paquetes a través de ruteadores desde una fuente a un destino.�

Se presentan varios algoritm

os para seleccionar caminos.

�Redes de datagram

as:�

La dirección destinoen el paquete determ

ina el siguiente salto

Introducción1-28

salto�

Las rutas pueden cambiar durante la sesión

�analogía: al conducir, cuando pedim

os orientación

�Redes de circuitos virtuales:�

Cada paquete lleva una etiqueta (ID del circuito virtual), la

etiqueta determina el siguiente salto

�Cam

ino predeterminado al m

omento de la inicialización,

permanece fijo durante la llam

ada�

Los routers mantienen el estado por llam

ada

Conmutación de paquetes y

mensajes

�¿Em

isión de paquetes o mensajes?

�Considerar m

ensaje de 7.5Mb de longitud

�Entre la fuente y el destino hay dos sw

itches y 3 enlaces. Cada enlace transmite a

1.5Mbps.

�Se asum

e que no hay congestión en la red.�

Cuanto tiempo se requiere para m

over el mensaje de la fuente al destino, utilizando

conmutación de m

ensajes y conmutación de paquetes?

�Se tom

a 5seg en mover el m

ensaje de la fuente al primer sw

itch, debido a que se usa el store and forw

ard no puede empezar a trasnm

itir el mensaje hasta que no haya llegado

Introducción1-29

store and forward no puede em

pezar a trasnmitir el m

ensaje hasta que no haya llegado todo. U

na vez que el primer sw

itch ya recibió el primer m

ensaje completo, tom

a 5segs mover el m

ensaje del primer sw

itch al segundo switch. S

iguiendo esta lógica toma 15

segundos mover el m

ensaje de la fuente al destino.�

Ahora haciendo lo m

ismo con paquetes: podem

os dividir el mensaje en 5,000 paquetes,

donde cada paquete mide 1.5Kbits. S

e asume que no hay congestión en la red.

�Tom

a 1mseg (1.5Kbits/1500Kbps= .001seg) m

over el primer paquete de la fuente al

primer sw

itch. Tom

a 1mseg m

overlo del primer sw

itch al segundo. De esta m

anera, el segundo paquete llega al prim

er switch en 2m

seg. Siguiendo esta lógica, el últim

o paquete es com

pletamente recibido en el prim

er switch en 5,000m

seg = 5seg. Ya que el últim

o paquete aún necesita ser transmitido en dos enlaces m

ás, éste será recibido en un total de 5.002seg en el destino final.

�Obtenem

os una reducción en tiempo de 3 veces!!

Taxonom

ía de redesRedes de

Telecom

unicaciones

Redes de circuitos conm

utadosRedes de

conmutación de paquetes

Introducción1-30

FDM

TDM

redesde Cir. Vir.

Redes de datagram

as

•Las

redesde

datagramas

noprestan

elservicio

combinado

tantoorientado

ala

conexióncom

ono

orientadasala

conexión•Internet

proveeam

bosservicios

alas

aplicaciones,orientado

ala

conexión(T

CP)y

No

orientadoa

laconexión

(UDP)

Capítulo 1: temas





Introducción1-31



Ps1.6


utados1.7


servicios1.8

Historia

Redes de acceso y medio físico

P: ¿Como conectar

sistemas finales al

router? �

Redes de acceso residencial�

Redes de acceso institucional (escuela, com

pañía)

Introducción1-32

(escuela, compañía)

�Redes de acceso inalám

brico

Considerar: �

El ancho de banda de la red de acceso (bits por segundo)

�¿com

partido o dedicado?

Acceso residencial: acceso punto a punto

�Vía m

odem (D

ialup) �

Acceso directo al router en 56Kbps

(a menudo m

enos) �

No podem

os navegar y hablar al mism

o tiempo: no podem

os estar siem

pre en línea

Introducción1-33

siempre en línea

�ADSL:asym

metric digital subscriber line

�Hasta 1 M

bps de flujo de subida �

Hasta 8 M

bps de flujo de bajada �

FDM: 50 kH

z -1 M

Hz para flujo de bajada

4 kHz -

50 kHz para flujo de subida

0 kHz -

4 kHz para teléfono ordinario

Acceso residencial: cable m

odems

�HFC: hybrid fiber coax

�asim

étrico: flujo de bajada de hasta 30M

bps, y de subida de 2 Mbps

�Una red

de cable y fibra enlaza las casas con el router del proveedor de servicio (IS

P)

Introducción1-34

router del proveedor de servicio (ISP)

�despliegue: disponible vía com

pañías de TV por

cable

Acceso residencial: cable m

odems

Introducción1-35

Dia

gra

m: h

ttp://w

ww

.ca

ble

da

taco

mn

ew

s.c

om

/cm

ic/d

iagra

m.h

tml

Arquitectura de red por cable: visión general

Típicam

ente de 500 a 5,000 casas

Introducción1-36

ca

sa

Co

mp

añ

ía d

e c

ab

le

Re

d d

e d

istrib

ució

np

or c

ab

le (s

imp

lifica

da

)


Introducción1-37

ca

sa

Co

mp

añ

ía d

e c

ab

le

Re

d d

e d

istrib

ució

np

or c

ab

le (s

imp

lifica

da

)


se

rvido

r(es)

Introducción1-38

ca

sa

Co

mp

añ

ía d

e c

ab

le

Re

d d

e d

istrib

ució

np

or c

ab

le (s

imp

lifica

da

)


Ca

na

les

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

DATA

DATA

CONTROL

12

34

56

78

9

FDM:

Introducción1-39

Ca

na

les

ca

sa

Co

mp

añ

ía d

e c

ab

le

Re

d d

e d

istrib

ució

np

or c

ab

le (s

imp

lifica

da

)

Acceso institucional: red de área local

�Una red de área local(LA

N)

de compañías/universidades

conectan a los sistemas

finales con el router�

Ethernet:Un enlace com

partido o

Introducción1-40

�Un enlace com

partido o dedicado conecta al sistem

a final con el router�

10 Mbs, 100M

bps, Gigabit

Ethernet�

LANs: verem

os detalles más

adelante

Redes de acceso inalámbrico

�Una red de acceso inalám

brico com

partida conecta un sistema

final con el router.�

Conectados vía una estación base (conocidos com

o“access point”) �

wireless LA

Ns:

802.11b (WiFi): 11 M

bps

Estaciónbase

router

Introducción1-41

�802.11b (W

iFi): 11 Mbps

�Acceso inalám

brico en redes de m

ayor alcance�

Son proporcionadas por

operadores de telecom

unicaciones�

3G ~ 384 kbps

�W

AP/G

PRS en Europa

base

Hosts

móviles

Redes caseras

Los componentes típicos de una red casera:

�ADSL o cable m

odem�

router/firewall/N

AT

�Ethernet

�Punto de acceso inalám

brico

Introducción1-42

Punto de acceso inalámbrico

Punto deacceso

Laptopssin cables

router/firew

allcablemodem

a/desdecom

pañía decable

Ethernet

Medio físico

�El Bit: es propagado entre un par em

isor/receptor�

Enlace físico:lo que hay entre transm

isor y receptorMedio guiado:

Par trensado (TP)

�Consta de dos cables de cobre aislados�

Categoría 3: cable telefónico tradicional, Ethernet a 10 M

bps�

Categoría 5:

Introducción1-43

�Medio guiado:

�Cuando las señales se propagan en m

edios sólidos: cobre, fibra, coaxial

�Medio no guiado:

�Cuando las señales se propagan librem

ente, e.g., radio

�Categoría 5: Ethernet a 100M

bps

Medio físico: coaxial, fibra

Cable coaxial :�

Dos conductores de

cobre concentricos�

bidireccional�

Banda base:Un sólo canal en el cable

Fibra óptica:�

Fibra de vidrio llevando pulsos lum

inosos. Cada pulso un bit.�

Operación de alta velocidad:�

Transm

isiones punto a punto en alta velocidad (e.g., 10’s-100’s G

ps)

Introducción1-44

�Un sólo canal en el cable

�Heredado de Ethernet

�Banda ancha:�

Múltiples canales en el

cable�

HFC (H

ybrid Fiber Coaxial -

Cisco)

100’s Gps)

�Tasa de error baja: los

repetidores están suficientemente

separados; inmune a ruido

electromagnético.

Medio físico: radio

�Señal transportada en

el espectro electrom

agnético�

No hay cable físico

�bidireccional

Tipos de enlace de radio:

�Micro ondas terrestre

�e.g. canales de hasta 45 M

bps

�LA

N(e.g., W

ifi) �

2Mbps, 11M

bps, 54 Mbps

Área am

plia(e.g., celular)

Introducción1-45

�Efectos am

bientales en la propagación:�

reflexión�

obstrucción por objetos�

interferencias

�Área am

plia(e.g., celular)

�e.g. 3G

: unos cientos de kbps

�satelital�

Canal de Kbps a 45Mbps (o

multiples canales pequeños)

�Retardo de 270 m

seg de punto a punto

�geosincronización vs baja altitud

Capítulo 1: temas





Introducción1-46



Ps1.6


utados1.7


servicios1.8

Historia

Estructura de Internet: red de redes

�Vagam

ente jerarquizada�

En el centro: “nivel-1” ISPs (e.g., Prodigy,M

CI, Sprint,

AT&T

, Cable y Wireless), covertura

nacional/internacional�

Se tratan entre ellas com

o igualesnivel-1 proveedores

Introducción1-47

Se tratan entre ellas com

o iguales

nivel 1 ISP

nivel 1 ISPnivel 1 IS

P

nivel-1 proveedores que se interconectan de m

anera privada

NAP

nivel-1 proveedores que se conectan tam

bién con puntos de acceso de redes públicas (N

APs)

Nivel-1 IS

P: e.g., Sprint

Red del backbone de Sprint

en los estados unidos

Seattle

Tacom

a

DS

3 (45 Mb

ps)

OC

3 (155 Mb

ps)

OC

12 (622 Mb

ps)

OC

48 (2.4 Gb

ps)

Introducción1-48

Atlan

ta

Ch

icago

Ro

achd

ale

Sto

ckton

San

JoseA

nah

eim

Fo

rt Wo

rth

Orlan

do

Kan

sas City

Ch

eyenn

eN

ew Y

ork

Pen

nsau

kenR

elayW

ash. D

C

Tijuana

A SDSC

Cd. Juárez

Reynosa

A HOUSTO1 vB1S

Backbone de la red CU

DI

A UTEP

Introducción1-49

Cancun

México

Guadalajara

Monterrey

La re

d c

uen

ta c

on

8,0

00 k

ilóm

etro

s d

e re

d d

ors

al

155Mbs

Introducción

En

mé

xico

se

pa

ga

po

r me

ga

bit a

pro

xima

da

me

nte

$5

0 d

óla

res m

ien

tras q

ue

en

Ja

pó

n s

e p

aga

27

¢ d

e d

óla

r po

r me

ga

bit


�IS

Ps “nivel-2” : ISPs m

ás pequeños (a menudo regionales)

�Se conectan con uno o m

ás ISPs del nivel 1, posiblem

ente con otros IS

Ps nivel 2

Tier-2 IS

PLos IS

Ps nivel-2

ISPs nivel-2

también puede

Introducción1-51

Tier 1 IS

P Tier 1 IS

PTier 1 IS

P

NAP

Tier-2 IS

PTier-2 IS

P

Tier-2 IS

PTier-2 IS

P

Tier-2 IS

P

Los ISPs nivel-2

pagan a los ISPs

nivel 1 por conectividad al resto de internet�

El ISP nivel-2

es cliente del proveedor IS

P nivel 1

también puede

interactuar privadam

ente con otros interconectandose vía el N

AP


�IS

Ps “nivel-3” e ISPs locales

�Es la red donde se da el últim

o salto (“acceso”), el más cercano a los

sitemas finales

nivel-2 ISP

localIS

PlocalIS

PlocalIS

P

localIS

Pnivel 3IS

PLos IS

Ps nivel

Introducción1-52

nivel 1 ISP

nivel 1 ISPnivel 1 IS

P

NAP

nivel-2 ISP

nivel-2 ISP

nivel-2 ISP

nivel-2 ISP

nivel-2 ISP

ISP

ISP

localIS

PlocalIS

PlocalIS

P

localIS

P

Los ISPs nivel

3 y locales son clientes de los IS

Ps de niveles superiores, los cuales los conectan al resto de Internet

Red del campus de la U

niv. de Massachussetts

Introducción1-53


�Norm

almente un paquete puede viajar a través de

muchas redes.

Tier-2 IS

P

localIS

PlocalIS

PlocalIS

P

localIS

PTier 3IS

P

Introducción1-54

Tier 1 IS

P Tier 1 IS

PTier 1 IS

P

NAP

Tier-2 IS

PTier-2 IS

P

Tier-2 IS

PTier-2 IS

P

Tier-2 IS

P

ISP

ISP

localIS

PlocalIS

PlocalIS

P

localIS

P

Capítulo 1: temas





Introducción1-55



Ps1.6


utados1.7


servicios1.8

Historia

¿Cómo ocurren los retrasos y las

pérdidas en los paquetes?Situaciones que ocurren en los buffers de los routers al m

anejar sus colas de paquetes�

La tasa de llegada de paquetes al enlace excede la capacidad del enlace de salida

�Los paquetes esperan su turno en la cola.

Paquete siendo transmitido (retraso)

Introducción1-56

A

B

Paquete siendo transmitido (retraso)

Paquete encolado(retraso)

Buffer disponible: algunos paquetes que llegan serán desechados (pérdida) si no hay suficient espacio en el bufer

Cuatro fuentes de retrasos

�1. procesam

iento en el nodo:�

Verifica errores en bits�

Determ

ina el enlace de salida

�2. Cola�

Tiem

po esperando por salir en el enlace

�Depende del nivel de

congestión del router

Introducción1-57

A

BProcesam

ientoen el nodo

cola

Retraso en redes conmutadas de

paquetes3. Retraso en transm

isión:�

R= ancho de banda del enlace (bps)

�L=longitud del paquete (bits)

�Tiem

po para enviar bits al enlace = L/R

4. Retraso en propagación:�

d = longitud del enlace físico�

s = velocidad de propagación (~2x10

8m/seg)

�Retraso en propagación = d/s

Introducción1-58

Tiem

po para enviar bits al enlace = L/R

A

B

propagación

transmisión

Procesamiento

en el nodocola

Nota: s y R son cantidades

muy distintas.

Analogía con una caravana de

coches en una autopista

�Los coches se “propagan” a 100 km

/hr�

Tiem

po en “meter” toda

la caravana a la autopista a través de la caseta =

casetacaseta

Caravanade diez coches

100 km100 km

Introducción1-59

a 100 km/hr

�Las casetas tom

an 12 seg en despachar un coche (tiem

po de transmisión)

�Coche ~ bit; caravana ~ paquete

�P: ¿Cuando se tom

a alinear a la caravana antes de la segunda caseta?

a través de la caseta = 12*10 = 120 seg

�Tiem

po para que el último

coche se propage de la prim

er caseta a la segunda: 100km

/(100km/hr)= 1 hr

�R: 62 m

inutos

Analogía con una caravana de

coches en una autopista (cont..)

�Los coches ahora se “propagan” a

�Si!D

espués de 7 min, el

1er coche estará en la 2da caseta y 3 coches todavía

casetacaseta

100 km100 km

Caravanade diez coches

Introducción1-60

“propagan” a 1000 km

/hr�

La caseta ahora toma 1 m

in en despachar

�P:¿Llegarán coches a la segunda caseta antes de que todos los coches sean despachados en la prim

er caseta?

caseta y 3 coches todavía estarán en la 1er caseta.

�El 1er bit de una paquete puede llegar al 2do router antes de que el paquete sea totalm

ente transm

itido en el 1er router

�Ver w

ebsite d

e AWL: h

ttp://w

ps.aw

.com/aw

_kurose_

netw

ork_3

Retraso en el nodo

�dproc = retraso de procesam

iento�

Norm

almente unos pocos m

icroseg o menos

d= retraso por cola

prop

trans

cola

proc

nodo

dd

dd

d+

++

=

Introducción1-61

�dcola = retraso por cola�

Depende de la congestión

�dtrans = retraso de transm

isión�

= L/R, es significante para enlaces de baja velocidad

�dprop = retraso de propagación�

Unos cuantos m

icrosegs a cientos de msegs

Retraso en cola

�R=ancho de banda de enlace (bps)

�L=longitud de paquete (bits)

�a= tasa prom

edio de llegada de paquetes.

Retraso Retraso Retraso Retraso Prom

edio en colaProm

edio en colaProm

edio en colaProm

edio en cola

Introducción1-62

Intensidad del tráfico = La/R

�La/R ~ 0: pequeño retraso prom

edio en cola.�

La/R -> 1: el retraso tiende a incrementarse

�La/R > 1: m

ayor “trabajo” en llegadas del que puede ser despachado, el prom

edio del retraso tiende a infinito!

Retrasos y rutas “reales” en la Internet

�¿Cóm

o podemos ver pérdidas y retrasos “reales” en

la Internet? �Programa Traceroute:nos proporciona una

forma para ver tiem

pos que toman los paquetes en

viajar a través de los routers. Para toda i:�

Envía tres paquetes que alcanzarán al router ique está en el cam

ino hacia el nodo destino

Introducción1-63

�Envía tres paquetes que alcanzarán al router ique está en el cam

ino hacia el nodo destino�

El router iregresará paqutes al emisor

�Obtiene intervalos de tiem

po entre transmisión

recepeción.

3 pruebas

3 pruebas

3 pruebas

Retrasos y rutas “reales” en la Internet

1 c

s-g

w (1

28

.119

.24

0.2

54

) 1 m

s 1

ms 2

ms

2 b

ord

er1

-rt-fa5

-1-0

.gw

.um

ass.e

du

(12

8.11

9.3

.14

5) 1

ms 1

ms 2

ms

3 c

ht-v

bn

s.g

w.u

ma

ss.e

du

(12

8.11

9.3

.13

0) 6

ms 5

ms 5

ms

4 jn

1-a

t1-0

-0-1

9.w

or.v

bn

s.n

et (2

04

.14

7.1

32

.12

9) 1

6 m

s 11

ms 1

3 m

s

5 jn

1-s

o7

-0-0

-0.w

ae

.vb

ns.n

et (2

04

.14

7.1

36

.13

6) 2

1 m

s 1

8 m

s 1

8 m

s

6 a

bile

ne

-vb

ns.a

bile

ne

.uca

id.e

du

(19

8.3

2.11

.9) 2

2 m

s 1

8 m

s 2

2 m

s

traceroute:gaia.cs.umass.edu to w

ww.eurecom

.frTres m

edidas de retrasogaia.cs.um

ass.edu a cs-gw.cs.um

ass.edu

Introducción1-64

6 a

bile

ne

-vb

ns.a

bile

ne

.uca

id.e

du

(19

8.3

2.11

.9) 2

2 m

s 1

8 m

s 2

2 m

s7

nyc

m-w

ash

.ab

ilen

e.u

ca

id.e

du

(19

8.3

2.8

.46

) 22

ms 2

2 m

s 2

2 m

s8

62

.40

.10

3.2

53

(62

.40

.10

3.2

53

) 10

4 m

s 1

09

ms 1

06

ms

9 d

e2

-1.d

e1

.de

.ge

an

t.ne

t (62

.40

.96

.12

9) 1

09

ms 1

02

ms 1

04

ms

10

de

.fr1.fr.g

ea

nt.n

et (6

2.4

0.9

6.5

0) 11

3 m

s 1

21

ms 11

4 m

s11

ren

ate

r-gw

.fr1.fr.g

ea

nt.n

et (6

2.4

0.1

03

.54

) 112

ms 11

4 m

s 11

2 m

s1

2 n

io-n

2.c

ssi.re

na

ter.fr (1

93

.51

.20

6.1

3) 111

ms 11

4 m

s 11

6 m

s1

3 n

ice

.cssi.re

na

ter.fr (1

95

.22

0.9

8.1

02

) 12

3 m

s 1

25

ms 1

24

ms

14

r3t2

-nic

e.c

ssi.re

na

ter.fr (1

95

.22

0.9

8.11

0) 1

26

ms 1

26

ms 1

24

ms

15

eu

reco

m-v

alb

on

ne

.r3t2

.ft.ne

t (19

3.4

8.5

0.5

4) 1

35

ms 1

28

ms 1

33

ms

16

19

4.2

14

.211

.25

(19

4.2

14

.211

.25

) 12

6 m

s 1

28

ms 1

26

ms

17

* * *1

8 * * *

19

fan

tasia

.eu

reco

m.fr (1

93

.55

.113

.14

2) 1

32

ms 1

28

ms 1

36ms

* Significa que no hay respuesta (prueba perdida, el router no responde)

Enlace transoceanico

C:\U

sers

\vic

tor>

tracert w

ww

.up

c.e

s

Tra

za a

la d

irecció

n w

ww

.up

c.e

s [1

47.8

3.1

94.2

1] s

ob

re u

n m

áxim

o d

e 3

0 s

alto

s:

1 1

ms <

1 m

s 1

ms D

D-W

RT

[192.1

68.1

.1]

2 2

ms 1

ms 1

ms n

on

am

e254.ta

mp

s.c

investa

v.m

x [1

48.2

47.1

99.2

54]

3 3

2 m

s 2

8 m

s 2

8 m

s 2

00.3

4.9

2.9

7

4 4

8 m

s 4

8 m

s 4

8 m

s 2

00.3

4.9

2.2

5 5

0 m

s 4

9 m

s 4

9 m

s 2

00.2

3.6

0.2

29

6 6

2 m

s 6

2 m

s 6

1 m

s 2

00.2

3.6

0.2

26

7 9

7 m

s 8

8 m

s 1

04 m

s 2

00.2

3.6

0.2

41

8 9

0 m

s 8

8 m

s 9

5 m

s c

ud

i-mx-tij.c

ore

.red

cla

ra.n

et [2

00.0

.204.1

33]

9 1

53 m

s 1

52 m

s 1

53 m

s tiju

an

a-p

an

am

a.c

ore

.red

cla

ra.n

et [2

00.0

.204.1

4]

10 2

05 m

s 1

98 m

s 1

99 m

s p

an

am

a-m

iam

i.co

re.re

dcla

ra.n

et [2

00.0

.204.4

5]

11 3

36 m

s 3

34 m

s 3

37 m

s 2

00.0

.204.4

1

Introducción1-65

12 5

42 m

s 5

47 m

s 5

40 m

s c

lara

.rt1.m

ad

.es.g

ean

t2.n

et [6

2.4

0.1

24.6

1]

13 5

39 m

s 5

38 m

s 5

45 m

s re

diris

-gw

.rt1.m

ad

.es.g

ean

t2.n

et [6

2.4

0.1

24.5

4]

14 5

42 m

s 5

43 m

s 5

38 m

s X

E0-1

-0.E

B-IR

IS2.re

d.re

diris

.es [1

30.2

06.2

50.1

]

15 5

56 m

s 5

53 m

s 5

55 m

s N

AC

.XE

0-1

-0.E

B-B

arc

elo

na0.re

d.re

diris

.es [1

30.2

06.2

50.2

6]

16 5

54 m

s 5

56 m

s 5

56 m

s c

esca-g

e.re

d.re

diris

.es [1

30.2

06.2

02.2

]

17 5

53 m

s 5

54 m

s 5

56 m

s u

pc-a

nella

.cesca.e

s [8

4.8

8.1

8.1

8]

18 * * * T

iem

po

de e

sp

era

ag

ota

do

para

esta

so

licitu

d.

19 * * * T

iem

po

de e

sp

era

ag

ota

do

para

esta

so

licitu

d.

20 * * * T

iem

po

de e

sp

era

ag

ota

do

para

esta

so

licitu

d.

21 5

53 m

s 5

57 m

s 5

54 m

s c

erb

eru

so

2.u

pc.e

s [1

47.8

3.1

72.1

81]

22 5

60 m

s 5

61 m

s 5

55 m

s u

pc.e

s [1

47.8

3.1

94.2

1]

Tra

za c

om

ple

ta.

C:\U

se

rs\vic

tor>

trace

rt ww

w.c

en

ide

t.ed

u.m

x

Tra

za a

la d

irecció

n w

ww

.ce

nid

et.e

du

.mx [1

48

.20

8.2

09.4

] so

bre

un

má

ximo

de

30

sa

ltos:

1 1

ms <

1 m

s <

1 m

s D

D-W

RT

[19

2.1

68

.1.1

]

2 5

ms 5

ms 6

ms n

on

am

e254

.tam

ps.c

inve

sta

v.mx [1

48

.24

7.1

99.2

54]

3 2

7 m

s 3

3 m

s 2

7 m

s d

ial-2

00

-57-2

15

-229

.zone-3

.dia

l.net.m

x [20

0.5

7.2

15

.229]

4 2

8 m

s 3

6 m

s 2

7 m

s 2

00

.38

.24

5.5

3

5 4

6 m

s 6

0 m

s 4

6 m

s re

g-n

vl-revo

lucio

n-3

1-p

os10-2

.unin

et-id

e.c

om

.mx[1

48.2

23.6

5.2

46]

6 * * * T

iem

po

de

esp

era

ago

tad

o p

ara

esta

so

licitu

d.

7 9

3 m

s 1

01

ms 1

04

ms w

an

-d3

2-0

306-0

010

.unin

et.n

et.m

x [20

0.7

9.1

1.1

05]

8 9

4 m

s 9

8 m

s 9

3 m

s w

ww

.ce

nid

et.e

du

.mx [1

48

.20

8.2

09.4

]

Tra

za c

om

ple

ta.

Introducción1-66

Tra

za c

om

ple

ta.

Pérdida de paquetes

�Recordar que las Colas (tam

bién conocida com

o buffer) tienen capacidad finita�

Cuando la llegada de paquetes saturan la cola, el paquete es desechado (perdido)

Introducción1-67

cola, el paquete es desechado (perdido) �

Los paquetes perdidos pueden ser retrasnm

itidos por los nodos previos, por los sistem

as finales emisores o quedarse

sin ser retransmitidos.

Capítulo 1: temas





Introducción1-68



Ps1.6


utados1.7


servicios1.8

Historia

Protocolos en “capas”Las redes son

complejas

�muchas “piezas”:

�hosts

�routers

Introducción1-69

�routers

�Enlaces de varios medios

�applicaciones

�protocolos

�hardw

are, softw

are

¿Porqué poner los protocolos en capas?Para abordar sistem

as complejos:

�Una estructura explicita perm

ite identificación, relacionar diversas partes de sistem

as complejos

�Contar con un m

odelo de referencia por niveles�

La modularización facilita el m

antenimiento y la

Introducción1-70

�La m

odularización facilita el mantenim

iento y la actualización de sistem

as�

Los cambios en im

plementaciones en cada nivel

son transparentes al resto del sistema

�e.g., cam

bios en los procedimientos en las

pasarelas no afectan el resto del sistema

Pila de protocolos de Internet�

applicación:soporta aplicaciones de red�

FTP, S

MTP, H

TTP

�transporte:transferencia de datos host-host

TCP, U

DP

applicación

transporte

red

Introducción1-71

�TCP, U

DP

�red:encam

inamiento de datagram

as desde una fuente a un destino�

IP, protocolos de encaminam

iento

�enlace:transferencia de datos entre elem

entos de red vecinos.�

PPP, Ethernet

�físico:bits “en el cable”

red

enlace

físico

mensaje

segmento

datagrama

frame

fuenteapplicacióntransporte

redenlacefísico

Ht

Hn

Hl

M

Ht

Hn

M

Ht

M M

enlacefísico

Ht

Hn

Hl

MHt

Hn

Hl

M

switch

Encapsulación

Introducción1-72

destino

Ht

Hn

Hl

M

Ht

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M

Ht

M M

redenlacefísico

Ht

Hn

Hl

M

Ht

Hn

M

Ht

Hn

Hl

M

Ht

Hn

Mrouter

applicacióntransporte

redenlacefísico

Capítulo 1: temas





Introducción1-73



Ps1.6


utados1.7


servicios1.8

Historia

Historia de Internet

�1961:Kleinrock –

la teoría de colas m

uestra efectividad en la conm

utación de paquetes�

1964:Baran –conm

utación de paquetes en redes

�1972:�

Dem

ostración pública de ARPA

net �

NCP (N

etwork Control Protocol)

primer protocolo host-host

�Prim

er programa de e-m

ail

1961-1972: principios de conmutación de paquetes

Introducción1-74

1964:Baran –conm

utación de paquetes en redes militares

�1967:A

RPAnet concebida

por la Advanced Research

Projects Agency

�1969:prim

er nodo operacional de la A

RPAnet

�ARPA

net cuenta con 15 nodos


�1970:A

LOHAnet red satelital

en Haw

aii�

1974:Cerf and Kahn –una

arquitectura para interconectar redes

�1976:Ethernet en X

erox PA

RC

principios de interconexión de Cerf y Kahn :�

minim

alismo, autonom

ia –sin requerir cam

bios internos para interconectar redesModelo de servicio del

1972-1980: Internetworking, redes nuevas y propietarias

Introducción1-75

PARC

�finales70’s:arquitecturas propietarias: D

ECnet, SNA,

XNA

�finales 70’s:conm

utación de paquetes de longitud fija (precursor de A

TM)

�1979:A

RPAnet cuenta con

200 nodos

�Modelo de servicio del

mejor esfuerzo

�Routers sin estado

�Control descentralizado

Define la arquitectura de hoy en día de la Internet


�1983:despliegue de T

CP/IP�

1982:queda definido el protocolo para em

ail: smtp

�1983:queda definido el protocolo D

NS para

�Nuevas redes: Csnet,

BITnet, N

SFnet, M

initel�

100,000 hosts conectados a la confederación de redes

1980-1990: nuevos protocolos, proliferación de redes

Introducción1-76

protocolo DNS para

traducción de nombre-a-

direcciones IP�

1985:queda definido el protocolo ftp

�1988:control de congestión en T

CP


�principios 1990’s: A

RPAnet

desmantelado

�1991: N

SF em

ite restricciones sobre uso com

ercial de NSFnet

(desmantelada, 1995)

finales 1990’s –2000’s:

�Más aplicaciones de las

llamadas killer apps:

mensajes instantaneos, P2P

para transferencia de

1990, 2000’s: comercialización, la W

eb y nuevas aplicaciones

Introducción1-77

(desmantelada, 1995)

�principios 1990s:W

eb�

hipertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s]

�HTML, H

TTP: Berners-Lee

�1994: M

osaic, después Netscape

�finales 1990’s: com

ercialización de laW

eb

para transferencia de archivos

�Seguridad en la red a la

vanguardia�

est. 50 milliones de host,

100 milliones users

�Enlaces de backbones corriendo a G

bps

* Esta

dís

tica

s u

so

Inte

rne

t

Introducción1-78

Introducción: sumario

Mencionam

os varios temas

�Visión general de Internet

�¿qué es un protocolo?

�Contorno y núcleo de la red, redes de acceso

Conmutación de paquetes vs

Introducción1-79

�Conm

utación de paquetes vs conm

utación de circuitos�

Estructura Internet/ISP

�Eficiencia: pérdida, retraso

�Capas y m

odelos de servicios�

historia

Capítulo 1: Introducción Introducción Computadoras: Redes...

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