PDF de programación - Tema 3: Fundamentos de conmutación y encaminamiento

Redes de Comunicaciones - GIB



Tema 3: Fundamentos

de conmutación y
encaminamiento

Stallings:11.1 a 11.5, 13.1 a 13.3
Tanenbaum 5ª ed.: 1.3, 4.3.2, 5.1.1 a 5.1.5, 4.8.1 a
4.8.5, 5.6.1, 5.6.2, 5.2.1 a 5.2.3, 5.2.5.

©DIT-UPM, 2015. Algunos derechos reservados.
Este material se distribuye bajo licencia Creative Commons disponible en:
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.es

Índice

•  Redes

–  Topologías de red
–  Clasificación de redes
–  Direccionamiento de red
•  Protocolos y Servicios en redes de comunicación
–  Protocolos vs Servicios. SAP, IDU, SDU y PDU
–  Jerarquías de protocolos. Encapsulado y segmentación
–  Servicios orientados y no orientados a conexión
–  Primitivas de servicio
•  Conmutación en redes de comunicación
–  Conmutación de circuitos y de paquetes
–  Redes de datagramas
–  Circuitos virtuales
–  Conmutación en Ethernet. Tramas y direcciones MAC
–  Arquitectura de puentes y conmutadores.
–  Conmutación en Internet. Paquetes IP. Arquitectura de routers.
–  Grafo de una red. Encaminamiento óptimo
–  Algoritmo del camino más corto
–  Encaminamiento por estado de los enlaces

•  Encaminamiento

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Redes y su Topología

Es necesario utilizar diferentes medios físicos
y equipos para interconectar los usuarios
conectados ! Red

Topología = Elementos físicos (equipos + medios) y su interconexión

Internet introduce la red de redes
La topología se representa en diferentes
niveles de abstracción:

Equipos + Medios + Redes

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Topología de la red

Las topologías se identifican con
figuras regulares =



Estrella, anillo, bus, árbol,
Interconexión total



O vienen determinadas por aspectos
geográficos y/o de tráfico y son,
por tanto, irregulares.

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Clasificación de las redes

Por el tamaño:
• 
• 
• 

Redes Locales (LAN)
Redes Metropolitanas (MAN)
Redes de Área Extensa (WAN)

Por la tecnología:
• 
• 
• 
• 

Redes Inalámbricas:
Enlace radio compartido. Ej. WiFi, 3G.
Redes Cable.
....



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Direccionamiento de red

Unicast = Un único destino.

Broadcast = Todos son destino.

Multicast = Múltiples destinos.

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7

Índice

•  Redes

•  Encaminamiento

•  Protocolos y Servicios en redes de comunicación

–  Topologías de red
–  Clasificación de redes
–  Direccionamiento de red
–  Protocolos vs Servicios. SAP, IDU, SDU y PDU
–  Jerarquías de protocolos. Encapsulado y segmentación
–  Servicios orientados y no orientados a conexión
–  Primitivas de servicio
•  Conmutación en redes de comunicación
–  Conmutación de circuitos y de paquetes
–  Redes de datagramas
–  Circuitos virtuales
–  Conmutación en Ethernet. Tramas y direcciones MAC
–  Arquitectura de puentes y conmutadores.
–  Conmutación en Internet. Paquetes IP. Arquitectura de routers.
–  Grafo de una red. Encaminamiento óptimo
–  Algoritmo del camino más corto
–  Encaminamiento por estado de los enlaces

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Protocolos vs Servicios. SAP, IDU, SDU y PDU

SAP = Service Access Point

PDU

SDU

SDU

SDU = Service Data Unit
PDU = Protocol Data Unit


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Jerarquías de protocolos. Encapsulado y segmentación

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Primitivas de servicio

Servicio NOC (CL):

–  Transporte (Send y Receive)

Servicio OC (CO):

–  Establecimiento/Liberación (Connect + Accept + Disconnect)
–  Transporte (Send y Receive)

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Ejemplo Cliente-Servidor: Primitivas de servicio y PDUs

CLIENT

Software en Cliente

RED

PDUs cruzando la RED

SERVER

Software en Servidor

Listen

Connect

Hn

Connect Request

Send

Receive

Hn
Data

Hn

Accept Response

Hn

Data

Accept
Receive

Send
Receive

Disconnect

Hn

Disconnect

Hn

Disconnect

Disconnect
Listen

Espera
(Primitiva Bloqueante)

Transmisión de PDU

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Primitiva

12

Índice

•  Redes

•  Protocolos y Servicios en redes de comunicación

–  Topologías de red
–  Clasificación de redes
–  Direccionamiento de red
–  Protocolos vs Servicios. SAP, IDU, SDU y PDU
–  Jerarquías de protocolos. Encapsulado y segmentación
–  Servicios orientados y no orientados a conexión
–  Primitivas de servicio
•  Conmutación en redes de comunicación
–  Conmutación de circuitos y de paquetes
–  Redes de datagramas
–  Circuitos virtuales
–  Conmutación en Ethernet. Tramas y direcciones MAC
–  Arquitectura de puentes y conmutadores.
–  Conmutación en Internet. Paquetes IP. Arquitectura de routers.
–  Grafo de una red. Encaminamiento óptimo
–  Algoritmo del camino más corto
–  Encaminamiento por estado de los enlaces

•  Encaminamiento

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Conmutación de circuitos vs de paquetes

(a) Conmutación de circuitos.(b) Conmutación de paquetes

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Conmutación de circuitos y multiplexación

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Conmutación de paquetes y colas

salida

entrada

conmutación

e
n
t
r
a
d
a
s


Enlace
(FDX)

s
a

l
i

d
a
s


“forwarding”

Enlace (FDX)

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16

Conmutación de circuitos vs de paquetes

Cronogramas

(a) Conmutación de circuitos.(b) Conmutación de paquetes

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Servicios No Orientados a Conexión.
Conmutación de datagramas. Tablas de encaminamiento


Destino Puerto
--------------------------------

A
B
C
D
E
F
G
H



3
0
3
3
2
1
0
0

Tabla de “forwarding”

en el Switch 2

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Destino Puerto
--------------------------------



?

Tabla de “forwarding”

en el Switch 1

Servicios Orientados a Conexión.
Conmutación de Circuitos Virtuales (CV)
1.  Se deben establecer conexiones (usando un protocolo) entre los Host (Ej. Host A con Host B)
2.  Se rellenan las Tablas de circuitos virtuales para cada conexión:

Por el mejor camino (usando las tablas de “forwarding”),
Asignando números que identifique la conexión (Nº de CV)

• 
• 
Los paquetes solo llevan en la cabecera el Nº de CV.
Los paquetes se reenvían consultando su Nº de CV y las tablas de CV.

3. 
4. 

Ej.: Establecimiento de un CV entre los Host A y B

Incoming
Interface

2

Incoming

VC
5

Outgoing
Interface

1

Outgoing

VC
11

Incoming
Interface

3

Incoming

VC
11

Outgoing
Interface

2

Outgoing

VC
7

Incoming
Interface

0

Incoming

VC
7

Outgoing
Interface

1

Outgoing

VC
4

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Tabla de “forwarding” S2
Destino Puerto
--------------------------------

3

A
2
B

3
C
3
D
2

E
1
F

0
G
H
0
Solo para el
establecimiento

del CV

19

Redes con circuitos virtuales. Reenvío de paquetes

Incoming
Interface

Incoming

VC

Outgoing
Interface

Outgoing

VC

2

5

1

11

Incoming
Interface

Incoming

VC

Outgoing
Interface

Outgoing

VC

3

11

2

7

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?

Ejercicio de circuitos virtuales entre Hosts

H1

1 0

??

14

1

2

3

4
5

6

7

05

4

5

??

1
2

3

IN
2
1
3
2
1
1
…

CV
08
05
12
10
07
10
…

OUT

4
4
6
5
6
5
…

CV
01
12
10
22
02
14
…

IN
-
-
2
-
2
-
…

CV
-
-
22
-
14
-
…

OUT

-
-
5
-
??
-
…

CV
-
-
05
-
??
-
…

4

??

6

IN
-
-
4
-
-
-
…

CV
-
-
05
-
-
-
…

OUT

-
-
06
-
-
-
…

CV
-
-
04
-
-
-
…

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Conmutación en LAN Ethernet. Formato de trama

•  Preámbulo
•  Direcciones globales MAC (MAC Address).

El espacio de direcciones universal

Transmisión “unicast” y “multicast/broadcast”
•  “Type” = Longitud/tipo
•  “Body” = Carga útil ( mínimo 46 bytes)
Longitud máxima de la trama 1.500 B
•  “CRC” = Código Redundancia Cíclica, detección de errores


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Conmutación en LAN Ethernet. Puentes y conmutadores
(Bridges, Switches) (L2 - Switching)

Host
Port
--------------------

A
B
C
X
Y
Z

1
1
1
2
2
2

Puente (Bridge) que
conecta dos LANs
difusivas


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Arquitectura de Puentes transparentes.
L2-switching: Protocol Stack.

Arquitectura de protocolos en una red “legacy” Ethernet conmutada



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L2-switching: Puentes Transparentes en LANs
Aprendizaje, Olvido e Inundación

•  En cada Puente se mantiene una tabla de “forwarding”
• 
•  Cada paquete recibido:

–  Mac Address Destino ----- Puerto local
Inicialmente vacía

–  Si Mac Address Destino está en la tabla se envía al puerto indicado
–  En caso contrario se envía a todos los puertos (inundación)
“Backward learning”: la tabla de “forwarding” se rellena con la Mac Address
Origen de las tramas (Ethernet Packet)

• 
•  Las entradas en la tabla se vacían por falta de uso

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Conmutación en Internet. Formato de PDU protocolo IP

Ident: info para fragmentación

•  Versión: 4 (IPv4)
•  Hlen: Número de palabras de 32-bit en la
•  TOS: Tipo de servicios (QoS)
•  Length: Nº. d