PDF de programación - Tema 4: Nivel de Red - Redes de computadores

REDES DE COMPUTADORES
Tema 4: Nivel de Red
4. 1 Introducción
4.2 Redes de Circuito Virtual y Datagrama
4.3 Router en redes de datagrama
4.4 IP: Protocolo de Internet
§ Formato del datagrama IPv4
§ Direccionamiento IPv4
§ Introducción a ICMP
§ Funcionamiento

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J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

Departamento de
Tecnología Electrónica

Nivel de Red

4-1

Tema 4: Nivel de Red

Objetivos:
v Entender los principios que hay detrás de los

servicios del Nivel de Red:
§ Modelos de servicio del Nivel de Red
§ Reenvío versus enrutamiento
§ El interior de un router

v Ejemplo: implementación en Internet

Nivel de Red

4-2

Tema 4: Nivel de Red

4. 1 Introducción
4.2 Redes de Circuito Virtual y Datagrama
4.3 Router en redes de datagrama
4.4 IP: Protocolo de Internet
§ Formato del datagrama IPv4
§ Direccionamiento IPv4
§ Introducción a ICMP
§ Funcionamiento

Nivel de Red

4-3

Nivel de Red
v Envía segmentos (T_PDUs)

desde un sistema final origen
a uno destino

v En el emisor encapsula cada

T_PDU en un datagrama
(R_PDU)

v En el receptor, entrega las

T_PDU al nivel de transporte.
v El nivel de Red está presente
tanto en los sistemas finales
como en los routers

v Los routers examinan la

cabecera (R_PCI) de todas las
R_PDUs que pasan por ellos.

aplicación
transporte

red
enlace
físico

red
enlace
físico

red
enlace
físico

red
enlace
físico

red
enlace
físico

red
enlace
físico

red
enlace
físico

red
enlace
físico

red
enlace
físico

red
enlace
físico

red
enlace
físico

red
enlace
físico

aplicación
transporte

red
enlace
físico

Nivel de Red

4-4

Nivel de Red

Recuerda

Interfaz de red, tarjeta de red o
NIC (Network Interface Card).

v Cada interfaz de red implementa un determinado protocolo

de nivel de enlace y físico, conocido como tecnología de
enlace, tecnología de red o simplemente tecnología.

v Cada interfaz de red tiene asociada una dirección de nivel
de enlace, conocida como dirección física o dirección MAC
de 48 bits que lo identifica.
§ Por ejemplo, 00:BF:3C:23:45:30

Más sobre direcciones físicas en el nivel de enlace…

Nivel de Red

4-5

Nivel de Red
v En general, en los sistemas finales se usa sólo una

interfaz de red, aunque puede haber varias (por
ejemplo, ethernet y Wi-Fi).

v En los routers hay varias interfaces de red.

§ Cada una de estas interfaces le llevará hacia otros

routers o hacia sistemas finales.

red
enlace
físico

enlace
físico

enlace
físico

aplicación
transporte

red
enlace
físico

Nivel de Red

4-6

Nivel de Red
v El nivel de enlace, a través de la interfaz de red, le

ofrece al Nivel de Red un servicio no fiable de entrega de
R_PDUs entre routers o sistemas finales que estén
conectados mediante medios físicos y dispositivos que
implementan como mucho hasta el nivel de enlace.

v Los routers y sistemas finales conectados de esta forma

se dice que están en el mismo dominio de broadcast.

enlace
físico

enlace
físico

enlace
físico

red
enlace
físico

enlace
físico

enlace
físico

aplicación
transporte

red
enlace
físico

aplicación
transporte

red
enlace
físico

Nivel de Red

4-7

Direccionamiento
v Esta función del nivel de red permite definir un mecanismo
para identificar de forma única a los dispositivos que están
conectados una red.

v Conocida como dirección de nivel 3 o dirección IP para la

arquitectura TCP/IP.

v Todo dispositivo que tenga nivel de red (p.e. sistemas
finales, routers,…) tienen una dirección de nivel de red.

v Se utilizan esquemas de direccionamiento jerárquico

(Red.Host)
v Una parte de la R_PCI para direccionamiento identifica a la

red (subred). (Red)
v Común a todos los dispositivos que estén en la misma red.

v Otra parte identifica al dispositivo con nivel 3 dentro de la

red (subred). (Host)
v Se le suele llamar host.

Nivel de Red

4-8

Dos funciones claves del Nivel de Red
v Reenvío (forwarding):
mueve R_PDUs de una
interfaz de entrada
hacia la interfaz de
salida apropiada.

analogía:
v enrutamiento:

v Enrutamiento (routing):

Determina la ruta que
han de tomar las
R_PDUs desde un
origen a un destino.
§ Algoritmos de
enrutamiento

proceso de planificar
un viaje desde un
lugar origen a un
destino.

v reenvío: proceso de

atravesar una
intersección.

Nivel de Red

4-9

Interacción entre enrutamiento y reenvío

Algoritmo de enrutamiento

Tabla enrutamiento
R_PCI
Interfaz
3
2
2
1

0100
0101
0111
1001

En breve más sobre tabla de
enrutamiento......

Valor en la R_PCI
de la R_PDU

0111

1
23

P. ¿Por qué interfaz se reenviará?

Nivel de Red 4-10

Establecimiento de la conexión

v Tercera función más importante en algunas arquitecturas de

red:
§ ATM, frame relay, X.25

v Antes de que sea posible el intercambio de T_PDUs , las

entidades de transporte entre dos sistemas finales es
necesario establecer una conexión virtual, conocido como
circuitos virtuales (CV).
§ Los routers están involucrados en el establecimiento de la conexión.

(Reservar recursos)

v Servicio de establecimiento de la conexión del nivel de red

versus nivel de transporte :
§ red: es entre dos entidades de nivel de transporte y están implicados

el nivel de red de los sistemas finales y el de los routers en el
camino.

§ transporte: es entre dos procesos de aplicación.

Nivel de Red 4-11

Modelo de servicio del Nivel de Red

P: ¿Cuál es el modelo de serviciopara el “canal” que
transporta las T_PDU desde Tx a Rx?

Ejemplo: servicio para
T_PDUs individuales:
v entrega garantizada
v entrega garantizada

con retardo inferior a
40 ms

Ejemplo: servicio para un

flujo de T_PDUs:

v entrega en orden de

T_PDUs

v ancho de banda mínimo
garantizado para el flujo
v restricciones sobre los
cambios en el espaciado
entre T_PDUs

Nivel de Red 4-12

Modelo de servicio del Nivel de Red

Arquitectura
de la Red

Modelo

de servicio

Internet

Mejor
Esfuerzo

ATM

ATM

CBR

ABR

¿Garantías ?

Pérdidas

Temporización

Orden

no

sí

no

no

sí

no

no

sí

sí

Ancho de

banda

Ninguno

tasa

constante

Mínimo

garantizado

CBR: Constant bit rate (tasa de bits constante)
ABR: Available bit rate (tasa de bits disponible)

Realimentación
de Congestión

no (inferida
vía pérdidas)

sin

Congestión

sí

Nivel de Red 4-13

Tema 4: Nivel de Red

4. 1 Introducción
4.2 Redes de Circuito Virtual y Datagrama
4.3 Router en redes de datagrama
4.4 IP: Protocolo de Internet
§ Formato del datagrama IPv4
§ Direccionamiento IPv4
§ Introducción a ICMP
§ Funcionamiento

Nivel de Red 4-14

Servicio de Nivel de Red orientado y no
orientado a la conexión
v Las redes en modo datagrama (conmutación de

paquetes) ofrecen al nivel de transporte un servicio de
red no orientado a la conexión.

v Las redes en modo VC (conmutación de circuito)

ofrecen un servicio de red orientado a la conexión al
nivel de transporte

v Análogo al servicio del nivel de transporte pero:

§ servicio: sistema final-a-sistema final (host a host)
§ No hay opción: El nivel de red ofrece sólo un tipo de

servicio.

§ implementación: en el núcleo de la red

Nivel de Red 4-15

Circuitos Virtuales

“Camino de fuente a destino se comporta como un circuito telefónico”

v Hay tres fases identificables:
§ Establecimiento de la conexión.
§ Intercambio de R_PDUs
§ Cierre de la conexión.

v Cada R_PDU lleva un identificador del VC en la R_PCI

(no la dirección de nivel de red del sistema final destino).
v Cada router en el camino de fuente a destino mantiene el

“estado” de cada conexión que pasa por él

v Enlace y recursos del router (ancho de banda, buffers)

pueden ser asignados al VC (recursos dedicados =
servicio predecible)

Nivel de Red 4-16

Implementación del VC
v Un VC consta de:

v Camino desde fuente a destino
v Número de VC, un número por cada enlace a lo largo del

camino

v Entradas en tablas de enrutamiento en los routers a lo largo
del camino que indiquen el camino y número de VC a usar en
cada caso.

v Las R_PDUs que pertenecen a un VC llevan el número

de VC correspondiente.

v El número de VC debe ser cambiado en cada enlace.

número de VC

22

32

12
1

3

2

número de
interfaz

Nivel de Red 4-17

Circuitos Virtuales: Protocolos de señalización

v Utilizados para establecer, mantener y

finalizar el VC

v Utilizados en ATM, frame-relay, X.25
v Poco frecuentes actualmente

aplicación
transporte

red
enlace
físico

5. Comienza intercambio R_PDUs
4. Llamada establecida
1. Iniciar llamada

6. Recibir datos

3. Aceptar llamada
2. Llamada entrante

aplicación
transporte

red
enlace
físico

Nivel de Red 4-18

Redes de Datagrama
v Ningún establecimiento de llamada a Nivel de Red
v Routers: Ningún estado sobre la conexión extremo a

extremo
§ No existe el concepto de “conexión” a Nivel de Red

v Las R_PDUs se reenvían usando la dirección de nivel

de red del sistema final destino.
§ Las R_PDUs de un mismo par fuente-destino pueden tomar

caminos diferentes.

aplicación
transporte

red
enlace
físico

1. Enviar R_PDU

2. Recibir R_PDU

aplicación
transporte

red
enlace
físico

Nivel de Red 4-19

Red de Datagrama o VC: ¿Por qué?

Internet (datagrama)
v datos intercambiados entre

computadores
§ Servicio “elástico”, sin

requerimientos de tiempo
estricto.

v sistemas terminales

“inteligentes”
(computadores)
§ Se pueden adaptar, hacer

control, recuperación de errores

§ Red interna simple, la

complejidad en “periferia”
v muchos tipos de enlaces

§ Características diferentes:
satélite, radio, fibra, cable

§ Es difícil uniformar servicios:
tasas, pérdidas, ancho de banda

ATM (VC)
v Evoluciona desde telefonía
v Conversación humana:

§ Tiempos estrictos,
requerimientos de
confiabilidad

§ Necesidad de servicios

garantizados

v Sistemas terminales

“torpes”
§
§ Complejidad dentro de la red

teléfonos

Nivel de Red 4-20

Tema 4: Nivel de Red

4. 1 Introducción
4.2 Redes de Circuito Virtual y Datagrama
4.3 Router en redes de datagrama
4.4 IP: Protocolo de Internet
§ Formato del d