PDF de programación - Capa de red nivel 3

Capa de red
Nivel 3
(capítulo 4 del libro)

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All material copyright 1996-2010
J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

Computer Networking:
A Top Down Approach
5th edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, April
2009.


Capa de red

4-1

Capítulo 4: Capa de red

Objetivos:
 Entender los servicios que da la capa de red:

 Modelos (CV y datagramas)
 Reenvío o conmutación (forwarding) frente a

enrutado (routing)

 Como funciona un router

 Algoritmos de enrutado
 Broadcast, multicast

 Protocolo de Internet (IP)

Capa de red

4-2

Capítulo 4: Capa de red
4. 1 Introducción
4.2 Circuitos virtuales y

4.5 Algoritmos de

datagramas

4.3 Que hay dentro de un

router

4.4 IP: Protocolo de

Internet
 Formato
 Direccionamiento IPv4
 DHCP y NAT

• Accesibilidad tras NAT

 ICMP
 IPv6

enrutamiento
 Estado de enlaces
 Vector distancia
 Enrutamiento jerárquico

4.6 Enrutamiento en

Internet
 RIP
 OSPF
 BGP
 Tipo de relaciones

4.7 Enrutamiento

Broadcast y multicast


Capa de red

4-3

Capa de red

 Hacer llegar segmentos

entre equipos no adyacentes

 El lado emisor añade

información (cabeceras)
 En recepción, se pasa la
información a la capa de
transporte

 Cada equipo final implementa
la capa de red y superiores,
los routers solo hasta la capa
de red

 Los routers analizan las

cabeceras para determinar el
siguiente salto

 Rec: PDU (protocol data unit)



application
transport
network
data link
physical



network
data link
physical



network
data link
physical

network
data link
physical

network
data link
physical



network
data link
physical



network
data link
physical



network
data link
physical



network
data link
physical



network
data link
physical



network
data link
physical



network
data link
physical

application
transport
network
data link
physical

Capa de red

4-4

La funcionalidad clave de la capa de
red
 Mover datagramas* entre

equipos no adyacentes:
 Reenvío mover paquetes
desde las interfaces de
entrada a las apropiadas de
salida del router
• Diseño del hardware

Analogía:
 Reenvío (o conmutación): :

proceso de realizar un
cambio de carretera en
un nudo

 Enrutamiento (routing):
proceso de planificar un
viaje



 Enrutamiento determinar

que interfaz de salida debe
ser elegida dado el destino
del paquete
• Algoritmos de enrutado
• Direccionamiento
• Protocolos de administración

(ICMP)



Capa de red

4-5

Interacción entre reenvío y enrutado

Algorit. de enrutado

Enlace salida

Tabla de reenvíos
Cabecera
0100
0101
0111
1001

3
2
2
1

Valor de la cabera del
paquete que llega

0111

1
2

3

Capa de red

4-6

Establecimiento de la conexión

 3º importante (sub)función en algunas arquitecturas

de redes:
 Antes del flujo de datagramas, los dos máquinas

finales y los routers implicados en la ruta
establecen una conexión

 Se requiere colaboración por tanto de los routers
 ATM, frame relay, X.25



Capa de red

4-7

Modelos de servicios en redes
Q: ¿Que servicios se pueden ofrecer al transportar
datagramas desde el emisor al receptor?



[compromisos a la hora de hacer llegar bytes
que es el servicio fundamental]

Ejemplos de servicios

para datagramas
individualmente:

 Garantía de entrega
 Garantía de entrega
con un retardo menos
de 40 ms

 […]

Ejemplos de servicios para

flujos de datagramas:

 Entrega en orden de los

datagramas

 Ancho de banda mínimo
garantizado para el flujo

 Restricciones en los

tiempos entre paquetes
(jitter)


Capa de red

4-8

Modelos de servicios en redes:

Arquitecura
Red

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelos
Servicio

best effort

CBR

VBR

ABR

UBR

Garantias ?
Perd.
Bandwidth
Orden



no
none
no



yes
constant
yes

rate

yes
guaranteed
yes

rate

no
guaranteed
yes

minimum

no
none
yes

Tiempo

no

yes

yes

no

no

Información
Congestión

no (inferida
perdidas*)
congestion
no
congestion
yes

no

Capa de red

4-9

Capítulo 4: Capa de red
4. 1 Introducción
4.2 Circuitos virtuales y

4.5 Algoritmos de

datagramas

4.3 Que hay dentro de un

router

4.4 IP: Protocolo de

Internet
 Formato
 Direccionamiento IPv4
 DHCP y NAT

• Accesibilidad tras NAT

 ICMP
 IPv6

enrutamiento
 Estado de enlaces
 Vector distancia
 Enrutamiento jerárquico

4.6 Enrutamiento en

Internet
 RIP
 OSPF
 BGP
 Tipo de relaciones

4.7 Enrutamiento

Broadcast y multicast


Capa de red 4-10

Redes de circuitos virtuales y de
datagramas
 Manera de enfocar la implementación de un

nivel 3

 Una red de datagramas proporciona un

servicio sin conexión host a host

 Las redes de VC proporcionan un servicio

orientados a la conexión

 Es análogo a la capa de enlace/transporte pero:
 Servicio: host-to-host (no adyacentes, no procesos)
 No elección: la red proporciona uno u otro
 Implementación: en los routers del núcleo de la red
 Análogo conmutación paquetes /conmutación de circuitos

(sin canal dedicado)

Capa de red 4-11

Circuitos virtuales (CV/VC)

Similar a un circuito telefónico

 Procesos de configuración (setup) por cada conexión antes de que

los datos puedan ser transmitidos

 Cada paquete transporta un identificador de VC (que no es el la

dirección del host destino [que sí es necesario en el setup] )

 Cada router del camino (path) mantiene información del estado de

cada conexión que lo atraviesa

 Recursos de los enlaces y los routers (ancho de banda, buffers)

pueden ser reservados para el VC (recursos dedicados
proporcionan QoS adecuado para servicios predecibles)

Capa de red 4-12

Implementación de VC

Un VC consiste de:

1. Camino (path) desde el origen al destino
2. Número de VC, un número por cada enlace a lo largo del

camino

3. Entradas en la tabla de reenvíos en cada router del

camino

 Los paquetes transportan el número del VC al cual

pertenecen (y no la dirección destino)

 El número de VC típicamente cambia en cada

enlace (no centralizado y tamaño limitado)
El nuevo número de VC tras atravesar un salto es

asignado por la tabla de reenvíos

Capa de red 4-13

VC tabla de
reenvios

Número de VC

22

32

12
1 2

3

Tabla de reenvios
en el router (arriba-izq)

Número de
interfaz

Interface entrada #VC de entrada Interface de salida #VC salida

1 12 3 22
2 63 1 18
3 7 2 17
1 97 3 87
… … … …

Los router mantienen información del estado de la conexión

Capa de red 4-14

Circuitos virtuales: protocolos de
señalización
 Necesarios para inicialización y finalización de un

VC: configuración, transferencia y terminación

 Usado en ATM, frame-relay, X.25
 Nuestro punto de vista genérico
 No usado en IP

aplicación
transporte

red
enlace
físico

5. Comienza flujo
de datos
4. Llamada activa
1. Inicia de
llamada

6. Recive datos
3. Acepta llamada

aplicación
transporte

2. Llamada
entrante

red
enlace
Físico

Capa de red 4-15

Redes de datagramas
 No inicialización de conexión al nivel de la capa de red
 Los routers no saben nada de las conexiones extremo-a-

extremo (end-to-end/host-to-host)
 No existe concepto de conexión (a este nivel)

 Los paquetes se reenvían usando la dirección de la máquina

destino
 Por tanto los paquetes pueden tomar distintos caminos

aplicación
transporte

red
enlace
físico

1. Enviar datos
1. Enviar datos

2. Recibir datos
2. Recibir datos

application
aplicación
transport
transporte
network
red
enlace
data link
physical
físico

Capa de red 4-16

Tabla de reenvio en red de
datagramas

En concreto en IP 4000
millones de direcciones,
de modo que listar cada
una de ellas no es una
opción - Rango de
direcciones

Algoritmo de

enrutado

Tabla de reenvio
Dir. Dest.

Rango-direcciones 1
Rango-direcciones 2
Rango-direcciones 3
Rango-direcciones 4

Link sal.
3
2
2
1

Dirección IP destino in la cabecera del
paquete recien
llegado

150…

1
2

3

Capa de red 4-17

Tabla de reenvio de datagramas

Rango de direcciones

11001000 00010111 00010000 00000000
hasta
11001000 00010111 00010111 11111111

11001000 00010111 00011000 00000000
hasta
11001000 00010111 00011000 11111111

11001000 00010111 00011001 00000000
hasta
11001000 00010111 00011111 11111111

En otro caso

Interface de red


0



1



2


3


Q: ¿Pero que pasa si los rangos no se dividen tan cómodamente?

Capa de red 4-18

Coincidencia del prefijo más largo
Coincidencia del prefijo más la