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!