PDF de programación - Temas 24 y 25 Protocolos de capas superiores: TCP/IP y ATM

Temas 24 y 25


Protocolos de capas superiores:


TCP/IP y ATM


Eytan Modiano


Instituto Tecnológico de Massachusetts

Laboratorio de sistemas de decisión e información (LIDS)

Eytan Modiano
Diapositiva 1

Esquema

• Interconexión de redes y la capa de red
• El protocolo TCP/IP
• ATM
• MPLS

Eytan Modiano
Diapositiva 2

Capas superiores

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Servicio de red virtual

Sesión virtual

Aplicación

Presentación

Sesión

Enlace virtual para mensajes extremo a extremo

Enlace virtual para paquetes extremo a extremo

Transporte

TCP, UDP


IP, ATM

Red

Red

Red

Red

Enlace virtual para
paquetes viables

Control de

enlace de datos

Tubería de bits virtual

DLC

DLC

DLC

DLC

Control de

enlace de datos

Interfaz
física

int. física int. física int. física

int. física

Enlace físico

Sitio
externo



nodo de
subred

nodo de
subred

Interfaz
física

Sitio
externo

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Diapositiva 3

Conmutación de paquetes

• Conmutación de paquetes por datagramas:

– La ruta se elige según el método paquete por paquete
– Los distintos paquetes pueden seguir rutas diferentes
– Los paquetes pueden no llegar en orden a su destino
– Ej.: IP (protocolo de Internet)

• Conmutación de paquetes con establecimiento de circuito virtual (VC):

– Todos los paquetes asociados a una sesión siguen el mismo camino
– La ruta se elige al inicio de la sesión
– Los paquetes contienen un identidicador de VC que indica la ruta
– El identificador de VC debe ser único para un enlace dado, pero

puede variar de un enlace a otro:

Supongamos que tenemos que establecer conexiones entre 1000 nodos de una red
El que los identificadores sean únicos supone que 1 millón de números VC han
de ser representados y almacenados en cada nodo

– Ej.: ATM (Asynchronous transfer mode o modo de transferencia

asíncrona)

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Diapositiva 4

Conmutación de paquetes con establecimiento de VC

• En los datagramas, la información de destino debe distinguir de forma

inequívoca cada sesión y nodo de la red:

– Son necesarias unas direcciones de origen y de destino únicas

• En los circuitos virtuales, sólo es necesario distinguir por medio de la dirección

entre los circuitos virtuales de un enlace:

– Es necesaria una dirección global para establecer un circuito virtual
– Una vez establecido, se pueden utilizar los números VC locales para representar

los circuitos virtuales de un enlace dado: el identificador de VC varía de
un enlace a otro

• Méritos de los circuitos virtuales:

– Ahorro en el cálculo de la ruta:
Sólo es necesario calcularla una
vez, al inicio de la sesión

3

VC7

VC13

VC3

6

5

VC4

VC3

VC7

8

9

2

– Ahorro en el tamaño de la cabecera
– Más complejo
– Menos flexible

Tabla del nodo 5
(3,5) VC13 -> (5,8) VC3
(3,5) VC7 -> (5,8) VC4
(6,5) VC3 -> (5,8) VC7

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Diapositiva 5

El protocolo TCP/IP

• Protocolo de control de transmisión / Protocolo de Internet
• Desarrollado por DARPA con el fin de conectar entre sí las

universidades y los laboratorios de investigación:

Modelo de cuatro capas

Aplicación
Transporte

Red
Enlace

Telnet, FTP, correo, etc.

TCP, UDP

IP, ICMP, IGMP

Drivers, tarjetas de interfaz

TCP - Protocolo de control de transmisión
UDP - Protocolo de datagramas de usuario
IP - Protocolo de Internet

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Diapositiva 6

Interconexión de redes con TCP/IP


cliente
FTP

TCP


IP

Protocolo IP

Protocolo FTP

Protocolo TCP

ROUTER

IP

servidor
FTP

TCP

Protocolo IP

IP

driver de
Ethernet

Protocolo
Ethernet

driver de
Ethernet

driver de
token ring

Protocolo
Token ring

driver de
Token ring

Ethernet

Token ring

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Diapositiva 7

Encapsulación

Datos del
usuario

Cabecera de
la aplicación

Datos del
usuario

Cabecera
del TCP datos de la aplicación

segmento TCP

Cabecera Cabecera del
del IP

TCP
datagrama IP

datos de la aplicación

Cabecera de
Ethernet
14

Cabecera del

IP
20

Cabecera del

TCP
20

datos de la aplicación

Cola de
Ethernet

4

Trama de Ethernet
46 a 1500 bytes

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Diapositiva 8

Aplicación

TCP

IP

driver de
Ethernet

Ethernet

Puentes, routers y pasarelas

• Un puente (bridge) se utiliza para conectar múltiples segmentos de redes LAN:

– Enrutamiento de la capa 2 (Ethernet)
– No conoce la dirección IP
– Distintos niveles de sofisticación:



Los puentes sencillos simplemente reenvían los paquetes
Los puentes inteligentes empiezan a parecerse a los routers

• Un router se utiliza para establecer la conexión entre diferentes redes

mediante la dirección de la capa de red:

– Dentro de sistemas autónomos o entre ellos
– Con el mismo protocolo (ej.: IP o ATM)

• Una pasarela es una conexión entre redes que utilizan distintos protocolos:

– Realiza la conversión de protocolos
– Resuelve la dirección

• Estas definiciones a menudo son mixtas y parecen evolucionar

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Diapositiva 9

Puentes, routers y pasarelas

Pequeña empresa

Ethernet A

Ethernet B

Puente

Router

IP

Estructura Frame
Relay de otro
proveedor

Pasarela

Pasarela

Estructura
ATM del
proveedor
de servicio

switches ATM

(routers)

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Diapositiva 10

Direcciones IP

• Las direcciones de 32 bits se escriben con cuatro números decimales

– Uno por cada byte de la dirección (ej.: 155.34.60.112)

• Estructura de la dirección jerárquica:

ID de red / ID del servidor (host) / ID del puerto

–
– La dirección completa se denomina zócalo (socket)
– El ID de red y el del servidor van incorporados en la cabecera IP
– El ID del puerto (proceso de envío) va incorporado en la cabecera TCP

• Clases de direcciones IP:

8
ID de red

0

ID del servidor
16

32

32

Redes de Clase A

10

ID de red

ID del servidor

Redes de Clase B

110

ID de red

32
24
ID del servidor

Redes de Clase C

La clase D es para el tráfico multidifusión (multicast)

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Diapositiva 11

Nombres de servidores

• Cada máquina tiene también un nombre único

• Sistema de los nombres de dominio: base de datos distribuida
que proporciona un servicio de mapeo entre las direcciones IP y
los nombres de los servidores

• Ej.: 155.34.50.112 => plymouth.ll.mit.edu

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Diapositiva 12

Estándares de Internet

• La IETF (Internet Engineering Task Force):

– Desarrolla los estándares de Internet a corto plazo
– Es un grupo abierto
– Se reúne 3 veces al año

• Los RFC (Request for Comments):

– Estándares oficiales de Internet
– Disponibles en la página web de la IETF: http://www.ietf.org

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Diapositiva 13

El protocolo de Internet (IP)


• Enrutamiento de paquetes a través de la red
• Servicio poco fiable:

– Entrega "Best effort"
– Los paquetes perdidos se deben recuperar en las capas superiores

• Sin conexión:

– Los paquetes se distribuyen (enrutan) de forma independiente
– Se pueden entregar desordenados
– La secuencia se reestablece en las capas superiores

• La versión actual es la V4

• Futura versión V6:

– Añade más direcciones (¡cabecera de 40 bytes!)
– Capacidad para ofrecer QoS

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Diapositiva 14

Campos de la cabecera IP


1

4

Versión

IHL

8
Tipo de servicio

16



Longitud total (bytes)

32


Identificación (16 bits) Flags



Desplazamiento (13 bits)

TTL



Protocolo



Suma de comprobación de la cabecera (Checksum)

Dirección IP de origen (SA)

Dirección IP de destino (DA)

Opciones (si las hay)

Datos

Obsérvese que el tamaño mínimo de la cabecera es de 20 bytes;
el de la cabecera del TCP es también de 20 bytes

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Diapositiva 15


CAMPOS DE LA CABECERA IP

Número de la versión IP (la versión actual es la 4)

Longitud del datagrama IP

ID de datagrama único

Longitud de la cabecera en palabras de 32 bits

• Versión:
• IHL:
• Tipo de servicio: Ignorado en la mayoría de los casos
• Longitud total
• ID
• Banderas (Flags): No fragmentar, Más fragmentos
• Desplazamiento:
• TTL:
• Protocolo:
• Checksum: Comprobación de la suma de los complementos a
• SA y DA:
• Opciones:

Offset del fragmento en unidades de 8 octetos
Tiempo de vida en "segundos” o saltos (hops)
Nº ID del protocolo de capa superior

1 de 16 bits (sólo en la cabecera)

Direcciones de red

Record Route, Source Route y TimeStamp

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Diapositiva 16

FRAGMENTACIÓN

ethernet
mtu=1500

G

X.25

MTU = 512

G

ethernet
mtu=1500

• Una pasarela fragmenta un datagrama si la longitud del mismo es

demasiada para la siguiente red (la fragmentación es necesaria
debido a las rutas desconocidas)

• Cada fragmento necesita un identificador único del datagrama

más un identificador que indique su posición dentro de él.

• En IP, el ID del datagrama es un campo de 16 bits que contabiliza

el datagrama desde el servidor dado

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Diapositiva 17

POSICIÓN DEL FRAGMENTO


• El campo desplazamiento indica la posición de inicio del fragmento
dentro del datagrama en incrementos de 8 bytes (campo de 13 bits)

• El campo longitud de la cabecera indica la longitud total en bytes

(campo de 16 bits)
– El tamaño máximo del paquete IP es de 64 Kb

• Un bit marcador (flag) señala el último fragmento del datagrama
•
IP reorganiza los fragmentos una vez que llegan a su destino y los
elimina si uno o más de ellos llega demasiado tarde

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Diapositiva 18

Enrutamiento IP

• La tabla de enrutamiento de cada nodo contiene para cada destino

el siguiente router al que se debe enviar el paquete:

– No todas las direcciones de destino están en la tabla de enrutamiento:
Busca el ID de red para la coincidencia del prefijo de destino