PDF de programación - Hacia una Teoría de Internet

HaciaHacia unauna Teoría
HaciaHacia unauna Teoría
Internet
Internet

Teoría dede
Teoría de de

Marco Aurelio Alzate Monroy
Marco Aurelio Alzate Monroy
Universidad Distrital F.J.C.

El El papel
papel de de laslas redes
telecomunicaciones
telecomunicaciones
telecomunicaciones
telecomunicaciones

redes de de

Corporaciones

Hospitales

Entidades del
gobierno

bi

Universidades

Bancos

Información
multimedios
distribuida
distribuida

E
Empresas

...

Hogares

Las redes de comunicaciones proporcionan la

infraestructura que transporta los flujos de información

entre puntos remotos

Funciones de la red de
Funciones
de la red de
comunicaciones
comunicaciones
comunicaciones
comunicaciones

Tecnologías de Servicios

d I f
ió
de Información

Aplicaciones Basadas en Información

M lti
di Di t ib id
Multimedios Distribuida

Interfaces de usuario, transductores,
servidores, navegadores, generación

y reproducción de señales

multimedios, almacenamiento, ...

L t
L t
Las tecnologías de redes
Las tecnologías de redes

d
d

d
d

proporcionan mecanismos para
proporcionan mecanismos para
compartir los recursos entre las
compartir los recursos entre las
compartir los recursos entre las
compartir los recursos entre las

l
l

í
í

distintas aplicaciones
distintas aplicaciones

t

C
ió
- Conmutación
- Señalización
- Multiplexación
Multiplexación
- Enrutamiento

Recursos de Transmisión de Bits

Tecnologías de Transmisión

WDM SDH xDSL Cable Satélite
WDM, SDH, xDSL, Cable, Satélite,
medios inalámbricos fijos o móviles,

...

redes de de

Tecnologías
Tecnologías de de laslas redes
comunicaciones
comunicaciones
comunicaciones
comunicaciones
A lo largo de la historia, las cuatro funciones básicas han encontrado
solución de acuerdo con “la última tecnología” de cada época:
solución de acuerdo con la última tecnología de cada época:

1837: El telégrafo

Si se pueden transmitir pulsos, ¿porqué no otras señales?

1876: El teléfono

Pero aún no hay redes…

Proporcionar conectividad
Proporcionar
conectividad

pp

Número de puntos, n

Número de enlaces,

(
)
1−nn

2

5
10
10
100
1000
1000
10000

10
45
45
4.950
499.500
499.500
49’995.000

Primera
Primera función

función : : Conmutación
Conmutación

Conmutación
Conmutación

+ Segunda Función: Señalización…
+ Segunda Función: Señalización…

Tercera
Tercera función

función : : Multiplexación
Multiplexación

pp

1

2

3

4

5

f

Cuarta
Cuarta función

función : : Enrutamiento
Enrutamiento

XX

Conmutación automática
Conmutación
automática

De 1905 a 1980
De 1905 a 1980

- Conmutación electromecánica
- Circuitos Físicos
Señalización E&M con el usuario
- Señalización E&M con el usuario

y entre centrales

- Enrutamiento jerárquico

- Conmutación digital (Control por
Programa Almacenado (SPC))
Canales TDM (codificación PCM)
- Canales TDM (codificación PCM)
- Señalización DTMF con el usuario

y CAS entre centrales

- Enrutamiento alterno
Enrutamiento alterno

…Esencialmente la misma funcionalidad!
…Esencialmente la misma funcionalidad!

Transmisión de de datos
Transmisión
datos

(UNIVAC)
(UNIVAC)

I

m D0 – D7
m
D0 D7
p
r
e
s
o
r
r
a

strobe

ack

busy

C
o
o
m
p
u
t
a
a
d
o
r

D0 – D7

strobe

ack
ack
busy

Datos válidos

TxD

RxD

C
o
m
m
p

.

TxD

RxD

T
e
r
m
m
.GND

i

e
r
b

i
l

i

o 0

i

c
n

i

1

2

3

4

5

d
a
d
i
r
a
p

a
d
a
r
a
p

e
r
b

i
l

Procesadores de de comunicaciones
Procesadores
comunicaciones

C
i
Concentradores de Terminales
Multiplexores Estadísticos

d T

d

l

La La inteligencia

inteligencia a la
a la periferia
periferia
pp

gg

OtraOtra vezvez, , cuatro

cuatro funciones
funciones

Conmutador de paquetes
Con tres líneas de entrada/salida

Encabezado de Control

Mensaje de Usuario

OtraOtra vezvez, , cuatro

cuatro funciones
funciones

Flujo 1

Flujo 2

Flujo 3

Flujo 4

Flujo 5

Flujo 6

Flujo 7

Flujo 8

- Datagramas
atag a as
- Circuitos virtuales

1001011
1001011

Grandes
Grandes redes

redes conmutadas
conmutadas

ARPA – Advanced Research Project Agency
ARPA – Advanced Research Project Agency

Department of Defense

Arpanet
Arpanet

pp

• Objetivo fundamental : Desarrollar una técnica efectiva

para la utilización de las redes existentes interconectadas
para la utilización de las redes existentes interconectadas
• Siete objetivos secundarios (J. McQuillan and D. Walden,
"The ARPA Network Design Decisions", Comp Nets ,Vol
The ARPA Network Design Decisions , Comp. Nets., Vol.
1, No. 5, August 1977, pp. 243-289.), por orden de
importancia:
– Los servicios de comunicación no deben suspenderse aún ante

fallas en nodos o subredes aisladas
– Debe soportar múltiples clases de servicios de comunicación
Debe soportar múltiples clases de servicios de comunicación
– Debe permitir la inclusión de una gran variedad de redes
– Debe permitir la administración distribuida de los recursos
– Debe ser eficiente
– Debe permitir la interconexión fácil de nuevos computadores
– Debe permitir la contabilidad de la utilización de los recursos
Debe permitir la contabilidad de la utilización de los recursos

IPIP

Redes
Redes Públicas

Públicas de de TxTx de de DatosDatos

Simplemente, una permutación de prioridades:
• Debe permitir la administración distribuida de los recursos
Debe permitir la administración distribuida de los recursos
• Debe permitir la contabilidad de la utilización de los

recursos

• Debe permitir la inclusión de una gran variedad de redes
• Debe permitir la administración distribuida de los recursos
• Debe ser eficiente
• Debe soportar múltiples clases de servicios de

D b

fi

i

comunicación
comunicación

• Debe permitir la interconexión fácil de nuevos

computadores

• Los servicios de comunicación no deben suspenderse aún

ante fallas en nodos o subredes aisladas

X.25X.25

Diferenciación de de funciones
Diferenciación
funciones

Los usuarios se
deben
deben
preocupar
porque los
datos sean
datos sean
reconocibles
tanto para el
Tx como el Rx
Tx como el Rx

La red se debe
preocupar
porque los datos
lleguen a su
destino en forma
correcta y
oportuna

Arquitecturas de de redes
Arquitecturas
redes

protocolos
Jerarquía
Jerarquía de de protocolos
J
J
pp

q
q

Comunicación
real

Servicios ofrecidos a la capa N+1

Interfaz/Punto de acceso
al servicio

Capa N

i

l

ió

C
tid d
Comunicación con la entidad
homóloga mediante el
protocolo de la capa N

Servicios utilizados de la capa N-1

Comunicación virtual
Comunicación virtual

TCP/IP
TCP/IP
TCP/IP
TCP/IP

S b d
Subred

Ejemplo
Ejemplo
j
j

p
p

Capa

7

Aplicación

4 Transporte

3 Red

2 Enlace
2 Enlace

Física
1 Física
1

Cliente

HTTP
HTTP

TCP

IP

PPP

V.35

Aplicación

Transporte

Red

E l
Enlace

Física
Física

IP

IEEE
802.5

IEEE
802.5

Red

Enlace
Enlace

Física
Física

IP

IEEE
802.3

IEEE
802.3

Red

E l
Enlace

Física
Física

LAN
LAN
Ethernet

WAN

LAN
Token Ring

Servidor

Arquitecturas de red
Arquitecturas
de red

qq

Robustez
Robustez de IP

de IP →→Internet
Internet

X.25

IP

Volumen
de
tráfico

Conmutación de Circuitos

ATM

Web FTP Correo Noticias Voz Video Audio

tiempo

IP

Ethernet
Ethernet

802.11

Líneas de Alta
Líneas de Alta

ATM

FrameRelay
FrameRelay

Bluetooth
Bluetooth

Satélite

Teoría de Internet”
““Teoría
Teoría
Teoría de Internet
de Internet”
de Internet
 Carpenter Architectural principles of the
 Carpenter. Architectural principles of the

internet (RFC 1958), 1996
C
2775), 2000

t t

 Carpenter. Internet transparency (RFC
(RFC

I t

t

 Clark. The design philosophy of the

DARPA internet protocols, 1988

 Saltzer and Clark. End-to-end arguments

in system design, 1984

g ,

y

 La funcionalidad la deben proporcionar los

extremos, no la red

Métodos de de diseño
Métodos
diseño

100

Probabilidad de bloqueo ErlangB para N=1000 circuitos

B

μ
11

22

33
33

.
.
.

-1N-1

NN

μ

λ
λ/M
λ1 = λ/M
λ2 = λ/M
λ3 = λ/M
λ4 = λ/M
λ5 = λ/M
λ6 = λ/M
6 λ7 = λ/M
λ8 = λ/M
λ9 = λ/M
λ10 = λ/M
λ11 = λ/M

.
.
.

λM = λ/M

λ1 = λ/M
λ2 = λ/M
λ3 = λ/M
λ4 = λ/M
λ5 = λ/M

.
.
.

λM = λ/M

s
s
a
d
a
e
u
q
o
b

l


s
a
d
a
m
a

l
l


e
d



i

n
ó
c
c
c
a
r
F

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

10-6

10-7

10-8

10-9

10
10-10
800

900

1000

1100

1200

1300

Intensidad de tráfico, ro=lambda/mu

1400

1500

1600

102

101

100

0

0.1

0.2

0.3

Retardo normalizado, mu*D

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Intensidad de tráfico, ro = landa / mu

Diferentes QoSQoS parapara distintas
Diferentes
distintas
aplicaciones
aplicaciones
aplicaciones
aplicaciones

Tasa de Pérdidas

10-2

10 4
10-4

10-6
10 6

10-8
10

10-10

V
Voz

Datos
Interactivos

Transferencia
de Archivos

Navegación Web

Video Interactivo

Emulación de
Circuitos

Difusión de Video

Retardo (s)

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

Adaptar la la tasatasa de de TxTx : TCP
Adaptar
: TCP

pp

Tx

cwnd=1

cwnd=2
cwnd=2

cwnd=4

cwnd=8

d
n
w
w
c

Rx



Rx

Tx

cwnd=1

cwnd=2
cwnd=2

cwnd=3

cwnd=4

tiempo

Estabilizar laslas colas
Estabilizar
colas

RED : Detección Temprana Aleatoria
RED : Detección Temprana Aleatoria

pp

maxth

minth

Probabilidad
de descarte

1

p

0

0

minth

maxth

Ocupación
de la cola

Realimentación
Realimentación
rk

Fuente

TCP

pk

RED
qk , qk

pk-1

Retardo = RTT
Retardo RTT

TCP:
TCP:
r
k

1−

=

M
RTT

K
p
k
M: Tamaño del paquete
RTT: Round Trip Time
pk : Probabilidad de pérdida
B: Tamaño del buffer
n : Número de flujos TCP
R0 : Mínimo RTT (propagación y transmisión)
C : Capacidad de los enlaces
K : Constante (1.25)

RED:RED:

q

k

q

k

=

nr

k

M

−=
1(

=

p

k

q
q
k
max









RTT

−

C
M
wq

,0 BR

0,





k

+

−1

qw
)
k
0
min
min
th
−
min
1

−

th

p

max

th

≤

0

min

th

q
≤

max

th

<

k
q
k
≤

min
<

th
max
≤

B

q

k

th

Dinámica
Dinámica no lineal de los
Potencialmente caóticas
Potencialmente
Potencialmente
Potencialmente caóticas
caóticas
caóticas

no lineal de los protocolos

protocolos : :

Duplicación de período

Colisión de borde

Distribución
Distribución de los

de los Archivos
Archivos