PDF de programación - La Capa de Red

La Capa de Red

Dr. Ivan Olmos

1

La Capa de Red

Orientada a llevar los paquetes desde el

origen hasta el destino

Aquí, se debe conocer perfectamente el

esquema de la subred para escoger la mejor
ruta

Además, se debe considerar el tráfico, para

que en el caso de que sea necesario,
cambiar la ruta de los datagramas

Dr. Ivan Olmos

2

1

La Capa de Red

Esta capa se debe de encargar de manejar las
diferencias que pudieran existir entre la red de
origen y la de destino

La capa de red debe ofrecer una interfaz bien
definida a la capa de transporte, en la cual, los
servicios proporcionados deben ser:
Independientes de la tecnología de la subred
La capa de transporte debe estar aislada de la cantidad,

tipo y topologías de las subredes presentes

Las direcciones de la capa de transporte debe tener un

orden uniforme

Dr. Ivan Olmos

La Capa de Red

La capa de red se puede diseñar:

Orientada a la conexión
Sin conexión

Los partidarios del servicio sin conexión

involucra a la comunidad de Internet

Por otro lado, los partidarios del servicio con

conexión son las compañías telefónicas

Dr. Ivan Olmos

3

4

2

El enfoque sin conexión

Se plantea que la única tarea de la capa de red es

encaminar bits de un DTE a otro DTE

Se toma de antemano que la subred es

inherentemente inestable, sin importar su diseño

Por lo anterior, se enfocan a que los DTE realicen el

control de errores y el control de flujo

Además, cada paquete debe llevar la dirección de

destino completa, con el fin de que estos se pueden
encaminar por vías distintas, si es necesario

Dr. Ivan Olmos

5

El enfoque sin conexión

La propuesta de la comunidad de Internet se
sustenta en el hecho de que los sistemas de
cómputo son más poderosos y económicos,
con lo cual el costo de un diseño de una
subred no sería muy elevado (no se incluyen
las tareas que las computadoras tienen que
realizar)

Dr. Ivan Olmos

6

3

El enfoque con conexión

Por otro lado, las empresas telefónicas

sostienen lo siguiente:
Antes de enviar datos, se debe establecer una

conexión entre el emisor y el receptor

Al establecerse la conexión, se puede determinar

la calidad de la conexión, así como el costo del
servicio

La comunicación es en ambas direcciones y los

paquetes se entregan en secuencia

Se proporciona control de flujo

Dr. Ivan Olmos

Comentarios

La mayor complejidad en el diseño y la

implementación en el esquema orientado a
conexión está en la capa de red (subred)
La mayor complejidad en el diseño y la

implementación en el esquema sin conexión
está en la capa de transporte (en cada
computadora)

Dr. Ivan Olmos

7

8

4

Conexión vs. Sin Conexión

Ambos enfoques actualmente tienen su

representante operativo:
Internet: sin conexión
ATM: con conexión

Internet se ha propagado debido a la gran

flexibilidad que ofrece

ATM actualmente es el esquema de alta

velocidad dominante, aunque de alto costo

Dr. Ivan Olmos

9

Conexión vs. Sin conexión

En el esquema orientado a la conexión, se

establecen circuitos virtuales (los paquetes
siguen la misma ruta marcada por el primero
de ellos)

En el esquema sin conexión, los paquetes

enviados se conocen como datagramas (no
se determinan rutas por adelantado, esto es,
dos datagramas pueden seguir rutas distintas
a su destino)

Dr. Ivan Olmos

10

5

Conexión vs. Sin conexión

Generalmente las subredes de datagramas

son más robustas y se adaptan mejor a fallas
y congestionamiento

Dr. Ivan Olmos

11

Subredes orientadas a Conexión

Aquí, los enrutadores debe mantener una
tabla con todos los circuitos virtuales que
estén manejando (se asocia a cada circuito
un número)

Cada paquete que viaje, tiene que contener
un campo para un número de circuito virtual,
además de los números de secuencia,
sumas de comprobación...

Dr. Ivan Olmos

12

6

Subredes orientadas a Conexión

Cuando un enrutador recibe un paquete,

conoce la línea por la cual llegó así como el
correspondiente número de circuito virtual

Cada computadora, al establecer una

conexión de red, hace uso de una dirección
libre de circuito virtual

Dichos números de dirección son

independientes de un sistema a otro

Dr. Ivan Olmos

13

Subredes orientadas a Conexión

Como cada sistema es capaz de establecer

una conexión, se pueden presentar
inconvenientes cuando se establecen
conexiones al mismo tiempo en los dos
extremos que se desean comunicar

Cada proceso debe indicar cuando ha
terminado de usar un circuito virtual, de
modo que la dirección pueda purgarse de la
tabla de los enrutadores

Dr. Ivan Olmos

14

7

Subredes basadas en Datagramas

En este esquema, los enrutadores tienen una
tabla que indica la línea de salida a usar para
cada enrutador de destino posible

Los datagramas contienen la dirección de

destino completa

En redes grandes, las direcciones pueden

ser de varios bytes

Dr. Ivan Olmos

15

Ventajas y Desventajas

Por una parte, el tamaño de las direcciones
en cada paquete significa una carga extra de
información, que puede llegar a ser muy
significativa (datagramas)

Por otro lado, en los circuitos virtuales se

hace uso de espacios de tabla en los
enrutadores

⇒ Espacio de memoria del enrutador -

desperdicio del ancho de banda

Dr. Ivan Olmos

16

8

Ventajas y Desventajas

Otro balance es el tiempo que se requiere

para establecer un circuito al inicio de la
comunicación; más sin embargo,
posteriormente los paquetes saben
exactamente por donde encaminarse, por lo
que no se pierde tiempo

En la subred de datagramas, se requiere un

proceso más complejo para decidir por
donde se encaminará el paquete

Dr. Ivan Olmos

17

Ventajas y Desventajas

Los circuitos virtuales permiten manejar el problema

del congestionamiento en la subred

En una subred de datagramas, es más complicado

manejar dicho problema

Los circuitos virtuales son vulnerables, ya que si se
cae un enrutador, todos los circuitos virtuales de su
tabla dejaran de funcionar

Por el contrario, si se cae un enrutador de

datagrama, solo se perderán los paquetes que en
ese momento se encontraban en el enrutador

Dr. Ivan Olmos

18

9

Algoritmos de Enrutamiento

Dr. Ivan Olmos

19

Algoritmos de Enrutamiento

Es aquella parte del software (de la capa de red)
que se encarga de decidir la línea de salida por la
que se transmitirá un paquete de entrada

En una subred de datagramas, ésta decisión se
realiza en cada enrutador para cada paquete de
entrada

En una subred de circuitos virtuales, la decisión se

toma al momento de establecer el camino del
circuito (enrutamiento de sesión)

Dr. Ivan Olmos

20

10

Algoritmos de Enrutamiento

Deben ofrecer propiedades como:

Corrección
Sencillez
Robustez
Estabilidad
Equitatividad
Optimalidad

Dr. Ivan Olmos

21

Algoritmos de Enrutamiento

Los algoritmos deben planearse para soportar los
cambios de la topología de la subred así como el
tráfico sin requerir la paralización de actividades

También se busca minimizar el retardo medio de los

paquete así como aumentar al máximo el
rendimiento de la red (normalmente se busca
minimizar el número de escalas, ya que esta
variable influye en un mejor rendimiento y un menor
retardo)

Dr. Ivan Olmos

22

11

Algoritmos de Enrutamiento

Se clasifican en dos grupos:

Algoritmos no adaptables: se calcula las rutas
de flujo desde un principio, las cuales se cargan
en los enrutadores

Algoritmos adaptables: modifican las rutas de

acuerdo a la topología presente en un instante de
tiempo dado, así como consideran el tráfico.
Dichos algoritmos varían de acuerdo a la forma
de obtención de su información así como la
métrica en la cual se basen (distancia, número de
escalas, tiempo de tránsito..)

Dr. Ivan Olmos

23

Algoritmos de Enrutamiento

Para encontrar las rutas más “optimas”, los
algoritmos de enrutamiento hacen uso del
principio de optimación, que dice:
Si un enrutador K se encuentra en la ruta
óptima del enrutador I al enrutador J,

entonces la trayectoria óptima de K a J se

encuentra en la misma ruta

Dr. Ivan Olmos

24

12

Algoritmos de Enrutamiento

A partir del principio de optimación, se puede

deducir que todas las rutas óptimas a un
destino común forman un árbol con raíz en el
destino, conocido como árbol de ascenso

Dichos árboles no necesariamente son

únicos

Los árboles tienen una gran propiedad: no

contienen ciclos

Dr. Ivan Olmos

25

Enrutamiento por Trayectoria Corta

Al manejarse el término “enrutamiento por
trayectoria más corta”, se debe de definir la
métrica bajo la cual se trabaja:
Métrica basada en escalas
Métrica basada en distancia
Métrica basada en el retado de encolamiento
Métrica basada en el tráfico medio
Métrica basada en el ancho de banda
Métrica basada en el costo de comunicación...

Dr. Ivan Olmos

26

13

Algoritmo de Dijkstra

Uno de los algoritmos más populares para
encontrar las trayectorias más cortas (en
base a cierta métrica), es el algoritmo de
Dijkstra

El algoritmo es el siguiente:

Suponga que se desea encontrar la ruta más
corta entre el nodo A y el nodo Z de un grafo

Sea T el conjunto de vértices en el grafo, L[x] la
longitud