PDF de programación - Capítulo 4 - La capa de red

Capítulo 4
La capa de red

Redes de computadores

Bloque 1

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

Redes de
computadoras: Un
enfoque descendente,
5a edición.
Jim Kurose, Keith Ross
Pearson Educación,
2010.

Capítulo 4: la capa de red

Objetivos del capítulo:
(cid:153) Comprender los principios subyacentes a los

servicios de la capa de red:
(cid:131) modelos de servicio en la capa de red
(cid:131) reenvío <-> enrutamiento
(cid:131) cómo funciona un router
(cid:131) enrutamiento (= selección de camino)
(cid:131) difusión, multidifusión

(cid:153) instanciación, implementación en Internet

Capa de red

4-2

Capítulo 4: la capa de red

4. 1 Introducción
4.2 Redes de circuitos

virtuales y de
datagramas

4.3 Las tripas de un

router

4.4 IP: Internet Protocol
(cid:131) Formato de datagramas
(cid:131) Direccionamiento IPv4
(cid:131) ICMP
(cid:131) IPv6

4.5 Algoritmos de

enrutamiento
(cid:131) Estado de enlaces
(cid:131) Vector de distancias
(cid:131) Enrutamiento jerárquico

4.6 Enrutamiento en

Internet
(cid:131) RIP
(cid:131) OSPF
(cid:131) BGP

4.7 Enrutamiento por di-
fusión y multidifusión

Capa de red

4-3

Capa de red
(cid:153) en el lado emisor,

encapsula segmentosen
datagramas

(cid:153) transporta los

datagramasdel host
emisor al receptor

(cid:153) en el receptor,

desencapsula los
datagramas

(cid:153) entrega segmentosa la

capa de transporte

(cid:153) los protocolos de la capa

de red están en cada
host y en cadarouter

aplicación
transporte

red
enlace
física

red
enlace
física

red
enlace
física

red
enlace
física

red
enlace
física

red
enlace
física

red
enlace
física

red
enlace
física

red
enlace
física

red
enlace
física

red
enlace
física

aplicación
transporte

red
enlace
física

red
enlace
física

Capa de red

4-4

Dos funciones clave en la capa de red
(cid:153) enrutamiento:

analogía:
(cid:153) enrutamiento: planear
un viaje desde Madrid
a Valencia

(cid:153) reenvío: proceso de

elegir cada cruce y/o
salida de la autopista

Capa de red

4-5

determinar la ruta a
tomar por los
paquetes desde el
origen al destino
(cid:131) algoritmos de enru-

tamiento

(cid:153) reenvío:mover
paquetes de la
entrada del router a
la salida apropiada

Relación enrutamiento <-> reenvío

algoritmo de
enrutamiento

tabla local de reenvío
cabecera
0100
0101
0111
1001

enlace de salida
3
2
2
1

valor en la cabecera
del paquete

0111

1
23

Capa de red

4-6

Configuración de conexión

(cid:153) 3a importante función en algunasarquitecturas de

red:
(cid:131) ATM, frame relay, X.25

(cid:153) antes de que comience el flujo de datagramas, los dos

hosts terminales más todos los routers intermedios
establecen una conexión virtual
(cid:131) ¡todos los routers intermedios están involucrados!
(cid:153) serv. de conexión en capa de transp. <-> capa de red:
(cid:131) red: entre dos hosts (puede involucrar routers en

el caso de circuitos virtuales)

(cid:131) transporte: entre dos procesos

Capa de red

4-7

Modelo de servicio de red
P: ¿Qué modelo de serviciopara el «canal» que
transporta los datagramas del origen al destino?

posibles servicios para

datagramas
individuales:

(cid:153) entrega garantizada
(cid:153) entrega garantizada
con retardo acotado
(p. ej. < 40 ms)

posibles servicios para un

flujo de datagramas:

(cid:153) entrega de datagramas

en orden

(cid:153) ancho de banda mínimo

garantizado

(cid:153) restricciones en la
fluctuación entre
paquetes

Capa de red

4-8

Modelos de servicio de la capa de red:

Arquitectura
de red

Modelo de
servicio

Internet

ATM

“como
puedas”
CBR

Ancho de
banda
ninguna
velocidad
constante

ATM

VBR

ATM

ABR

ATM

UBR

velocidad
garantizada
mínimo
garantizado
ninguna

¿Garantías?
O

P

no

sí

sí

no

no

no

sí

sí

sí

sí

T

no

sí

sí

no

no

¿Informa sobre
congestión?

no (inferido
por pérdidas)
no hay
congestión
no hay
congestión
sí

no

P = pérdidas, O = orden, T = temporización entre datagramas

Capa de red

4-9

Capítulo 4: la capa de red

4. 1 Introducción
4.2 Redes de circuitos

virtuales y de
datagramas

4.3 Las tripas de un

router

4.4 IP: Internet Protocol
(cid:131) Formato de datagramas
(cid:131) Direccionamiento IPv4
(cid:131) ICMP
(cid:131) IPv6

4.5 Algoritmos de

enrutamiento
(cid:131) Estado de enlaces
(cid:131) Vector de distancias
(cid:131) Enrutamiento jerárquico

4.6 Enrutamiento en

Internet
(cid:131) RIP
(cid:131) OSPF
(cid:131) BGP

4.7 Enrutamiento por di-
fusión y multidifusión

Capa de red 4-10

Servicios de la capa de red cony
sinconexión
(cid:153) la red de datagramas proporciona un

servicio de red sinconexión

(cid:153) la red de circuitos virtuales (VC)

proporciona un servicio de red conconexión

(cid:153) analogías con la capa de transporte, pero:

(cid:131) servicio: host-a-host
(cid:131) sin elección: cada red da uno u otro
(cid:131) implementación: en el núcleo de la red

Capa de red 4-11

Redes de circuitos virtuales

“la ruta origen-destino es como un circuito

telefónico”
(cid:131) orientación a rendimiento
(cid:131) acciones de la red a lo largo de la ruta origen-destino

(cid:153) establecimiento de llamada antes del flujo de datos
(cid:153) cada paquete porta un identificador de VC (y no la dirección

del host destino)

(cid:153) cadarouter en la ruta mantiene el “estado” de cada

conexión activa

(cid:153) los recursos de enlaces y routers (ancho de banda, buffers)

pueden reservarsea un VC (recurso dedicado = servicio
predecible)

Capa de red 4-12

Implementación de VC
un VC consiste en:

1. una ruta desde origen a destino
2. números de VC, a razón de un número por cada

enlace a lo largo de la ruta

3. entradas en las tablas de reenvío de los

routers atravesados

(cid:153) un paquete que pertenece a un VC porta el

número de VC (y no la dirección del
destino)

(cid:153) el número de VC puede cambiar en cada

enlace
(cid:131) el nuevo número sale de la tabla de reenvío

Capa de red 4-13

Tabla de reenvío
para un VC

número VC

22

32

12
1

3

2

Tabla de reenvío
del router noroeste:

número de
interfaz

Interfaz entrada Nº VC entrada Interfaz salida Nº VC salida

1 12 3
2 63 1
3 7 2
1 97 3
…

…

…

22
18
17
87
…

¡Los routers mantienen la info de conectividad activa!

Capa de red 4-14

VC: protocolos de señalización
(cid:153) usados para establecer, mantener y

desconectar un VC

(cid:153) usados en ATM, frame-relay, X.25
(cid:153) no usados en Internet a día de hoy

aplicación
transporte

red
enlace
física

5. Comienza flujo de datos
4. Llamada en marcha
1. Establece llamada

6. Recibe datos
3. Acepta llamada
2. Llamada entrante

aplicación
transporte

red
enlace
física

Capa de red 4-15

Redes de datagramas
(cid:153) no hace falta establecimiento de llamada en la capa

de red

(cid:153) routers: no guardan estado de las conexiones entre

terminales
(cid:131) no existe el concepto de “conexión”

(cid:153) los paquetes se reenvían usando la dirección de

host destino
(cid:131) los paquetes entre el mismo par origen-destino pueden

llevar cada uno una ruta distinta

1. Envía datos

2. Recibe datos

aplicación
transporte

red
enlace
física

aplicación
transporte

red
enlace
física

Capa de red 4-16

Tabla de reenvío de datagramas

algoritmo de
enrutamiento

tabla local de reenvío
direcc. dest. enl. salida

rango 1
rango 2
rango 3
rango 4

3
2
2
1

¡4 mil millones de
direcciones IP!
Se guardan rangosde
direcciones y no
direcciones particulares
(agregación de entradas)

dirección IP destino en
cabecera del paquete entrante

1
23

Capa de red 4-17

Tabla de reenvío de datagramas

Rango de direcciones destino
11001000 00010111 00010000 00000000
a
11001000 00010111 00010111 11111111
11001000 00010111 00011000 00000000
a11001000 00010111 00011000 11111111
11001000 00010111 00011001 00000000
a11001000 00010111 00011111 11111111
en otro caso

Link Interface

0

1

2

3

P:¿Qué pasa si los rangos no se pueden separar así de bien?

Capa de red 4-18

Regla del prefijo más largo
Coincidencia del prefijo más largo
al buscar en la tabla de reenvío una dirección de
destino dada, hay que usar el prefijo con la
coincidencia más larga

Rango de direcciones destino
11001000 00010111 00010*** *********
11001000 00010111 00011000 *********
11001000 00010111 00011*** *********
en otro caso

Link interface
0
1
2
3

Ejemplos:

DA: 11001000 00010111 00010110 10100001
DA: 11001000 00010111 00011000 10101010

¿Qué interfaz?
¿Qué interfaz?

Capa de red 4-19

¿Por qué redes VC y de datagramas?

Internet (datagrama)
(cid:153) Intercambio de datos entre

computadores
(cid:131) Servicio “elástico”, no
necesita temporización
estricta

(cid:153) sistemas terminales

“inteligentes” (computadores)
(cid:131) pueden adaptarse, controlar,

recuperarse de errores

(cid:131) el núcleo de la red se

mantiene simple, la
complejidad está en la
“frontera”

(cid:131) diferentes características
(cid:13