Redes de DatosRedes de Datos-- Interconexión Interconexión Redes de DatosRedes de Datos-- Interconexión Interconexión de redesde redesEspecialización en TelecomunicacionesUPB BucaramangaUPB Bucaramanga

Interconexión de redesInterconexión de redesInterconexión de redesInterconexión de redes

WAN LAN 2WAN2

WANLAN1

LAN 2 WAN1

WAN3WAN3

LAN3

Conceptos básicosConceptos básicosConceptos básicosConceptos básicosInternetworkingInternetworking◦ Modo de operación en que estaciones se conectan a

un conjunto de redes interconectadas entre síun conjunto de redes interconectadas entre sí.

InternetC j d d d dif i (LAN MAN ◦ Conjunto de redes de diferentes tipos (LAN, MAN, WAN) interconectadas entre sí.

S b dSubred◦ Cada una de las redes que componen una internet

Conceptos básicosConceptos básicosConceptos básicosConceptos básicosIS: Intermediate SystemIS: Intermediate System◦ Dispositivo que interconecta dos subredes◦ Otros nombres: IWU (Internetworking Unit) Router Otros nombres: IWU (Internetworking Unit), Router

(enrutador), Gateway (Pasarela)Convertidor de protocolosp◦ Dispositivo que comunica dos redes con

arquitecturas de protocolos diferentesDatagrama◦ Modo de funcionamiento◦ Paquete

Enrutador vs. ConvertidorEnrutador vs. ConvertidorEnrutador vs. ConvertidorEnrutador vs. ConvertidorPresent.Aplicac.

Present.Aplicac.

EnlaceRed

Transp.sesion

Enlace’Red’

Transp.sesion

Present.

EnlaceRed

Enlace’Red’

Enrutador

Fisica Fisica’Enlace

Fisica Fisica’

Red 1 Red 2

Aplicac. Aplicac’Aplicac. Aplicac’.

RedTransp.sesion

Present.Aplicac.

Transp’.Sesion’

Present’.Aplicac’.

Red Red’Transp.sesion

Present.Aplicac.

Transp’.Sesion’

Present’.Aplicac.

ConvertidorDe Protocolos

FisicaEnlaceRed

Fisica’Enlace’Red’

FisicaEnlaceRed

Fisica’Enlace’Red De Protocolos

Red 1 Red 2

El protocolo IPEl protocolo IPpp

Interconexión de redes con IPInterconexión de redes con IPInterconexión de redes con IPInterconexión de redes con IPIP: Internet ProtocolIP: Internet ProtocolProporciona un servicio sin conexión (modo d ) i fi ldatagrama) entre sistemas finalesVentajas de esta característica:◦ Es flexible: Gran variedad de redes. Usa poca

información de las redes que atraviesa.◦ Es robusto: Ante problemas en segmentos de ruta, los

paquetes se encaminan por una ruta alterna.

Protocolo IP: Formato de la tramaProtocolo IP: Formato de la tramaProtocolo IP: Formato de la tramaProtocolo IP: Formato de la trama

Operación Operación d IPd IPde IPde IP

Características de la interconexión Características de la interconexión de redes con IPde redes con IP

Internet como una red de conmutación de Internet como una red de conmutación de paquetes:◦ Nodos EnrutadoresNodos Enrutadores◦ Enlaces SubredesCaracterísticas:Características:◦ Encaminamiento◦ Tiempo de vida de los datagramasp g◦ Segmentación y re-ensamblado◦ Control de errores◦ Control de flujo

EncaminamientoEncaminamientoEncaminamientoEncaminamientoUsa tablas de encaminamiento en los Routers y Usa tablas de encaminamiento en los Routers y sistemas finales: siguiente router según el destino (dirección IP destino) del Datagrama.( ) gCampo Cabecera IP: Dirección IP DestinoTipos: Estático, DinámicoCuando un dispositivo de encaminamiento se Cuando un dispositivo de encaminamiento se desconecta, todos sus vecinos emiten un informe de estado.Esto permite que otros Routers y estaciones actualicen sus tablas de encaminamiento.

EncaminamientoEncaminamientoEncaminamientoEncaminamientoDebe asegurar que los datos de cierto nivel de Debe asegurar que los datos de cierto nivel de seguridad no se les permita pasar a través de redes no acreditadas para gestionarlosredes no acreditadas para gestionarlos.Encaminamiento por la fuente: usado si se

i d id dquiere dar seguridad.Registro de ruta: cada router anexa su dirección internet a una lista que lleva el datagrama (comprobación de rutas)

Tiempo de vida de los datagramasTiempo de vida de los datagramasTiempo de vida de los datagramasTiempo de vida de los datagramas

E i l ibilid d d d i j Existe la posibilidad de que un datagrama viaje indefinidamente a través del conjunto de redes:◦ Consume recursos◦ Consume recursos◦ Podría funcionar mal el protocolo de la capa de transporte

Una vez transcurrido el tiempo de vida, el datagrama Una vez transcurrido el tiempo de vida, el datagrama se descartaImplementación: Contador de saltos (se decrementap (con cada router), también se podría trabajar con tiempo pero se requiere sincronización de la red. Campo cabecera IP: TTL (Time To Live)

Segmentación y reensambladoSegmentación y reensambladoSegmentación y reensambladoSegmentación y reensambladoLas subredes podrían especificar tamaños Las subredes podrían especificar tamaños máximos de paquetes diferentes.Podría requerirse que los routers segmenten Podría requerirse que los routers segmenten los paquetes de entrada en unidades más pequeñas llamadas fragmentos para p q g ptransmitirlos a la siguiente red.¿Dónde reensamblarlos?¿◦ Destino◦ Routers intermedios

Segmentación y reensambladoSegmentación y reensambladoSegmentación y reensambladoSegmentación y reensambladoReensamblado en el Destino:Reensamblado en el Destino:◦ Los paquetes pueden volverse demasiado pequeños,

lo que afecta la eficiencia de las redes.q◦ SimpleRe-ensamblado en Routers intermedios:◦ Grandes memorias temporales para almacenar

datagramas parciales◦ Todos los segmentos de un datagrama deberían pasar

por el mismo router de salida (no permite enrutamiento dinámico)enrutamiento dinámico)

Segmentación y reensambladoSegmentación y reensambladoSegmentación y reensambladoSegmentación y reensamblado

IP reensambla los fragmentos de un IP reensambla los fragmentos de un datagrama en el sistema final destino.Campos de la cabecera IP:◦ ID: Identificador de la unidad de datosID: Identificador de la unidad de datos◦ Longitud de datos

D l i t◦ Desplazamiento◦ Indicador de más datos

Segmentación y Segmentación y reensambladoreensamblado: : Campos Cabecera IPCampos Cabecera IP

ID identifica de forma única un datagrama ID identifica de forma única un datagrama originado por un sistema final.ID= Dir IP Origen + Dir IP Destino + ID Dir. IP Origen + Dir. IP Destino + Protocolo (capa superior) + número de secuenciaTotal Length: (Longitud de datos) longitud de datos de usuario en octetosFragment Offset: (Desplazamiento) Posición de un fragmento de los datos de usuario en el gcampo de datos en el datagrama original (múltiplos de 64 bits).

Ejemplo de FragmentaciónEjemplo de FragmentaciónEjemplo de FragmentaciónEjemplo de Fragmentación

ReRe ensambladoensambladoReRe--ensambladoensambladoLos datos de fragmentos con el mismo ID se Los datos de fragmentos con el mismo ID se almacenan en una memoria temporal en la posición correcta de acuerdo al desplazamiento posición correcta de acuerdo al desplazamiento indicado.E t it h t l d Este proceso se repite hasta que el campo de datos está completo (inicia con un d l i t 0 t i i di d desplazamiento=0 y termina con un indicador de más datos puesto a falso.Se requiere una buena cantidad de memoria

ReensambladoReensambladoReensambladoReensambladoQué pasa si se pierden segmentos?Qué pasa si se pierden segmentos?◦ IP no garantiza la entrega

Alt ti◦ Alternativas:Asignar un tiempo de vida al reensamblaje del primer segmento que llega: Temporizador que al expirar desecha g q g p q ptodos los segmentos que intentaron reensamblarse.Uso del campo de tiempo de vida de los datagramas IP. Al llegar al destino se decrementa este campo periódicamente llegar al destino, se decrementa este campo periódicamente hasta llegar a cero (se descartan los fragmentos).

Control de erroresControl de erroresControl de erroresControl de erroresCuando un router descarta un datagrama debe Cuando un router descarta un datagrama, debe intentar devolver alguna información al origen (si es posible).( p )El protocolo IP del origen avisa a las capas superiores.pRazones para descartar un datagrama:◦ Expiración tiempo de vidap p◦ Congestión◦ Error en la suma de comprobación de la cabecerap

Control de flujoControl de flujoControl de flujoControl de flujoPermite a los routers o a las estaciones Permite a los routers o a las estaciones receptoras limitar la velocidad de entrega de paquetes del origenpaquetes del origen.En internet los mecanismos son limitados ya

l i i i ióque el servicio es sin conexión.Se usa el mensaje SOURCE QUENCH del protocolo ICMP para avisarle al origen que disminuya la tasa de envío de paquetes.

Protocolo ICMPProtocolo ICMPProtocolo ICMPProtocolo ICMPICMP: Internet Control Messages ProtocolICMP: Internet Control Messages ProtocolProporciona información de realimentación

b bl d l d i iósobre problemas del entorno de comunicación.En general, un mensaje ICMP se envía en respuesta a un datagrama, ya sea por un router o por un sistema final destino.ICMP es un usuario de IP: Los mensajes ICMP se envían como datagramas (no es seguro que lleguen)

Mensajes ICMPMensajes ICMPMensajes ICMPMensajes ICMP

Mensaje SignificadoDestino inalcanzable Un router no sabe llegar al destDestino inalcanzable Un router no sabe llegar al dest.

Tiempo excedido Ha expirado t. Vida datagrama

Ralentización del origen Disminuir tasa envío datosg

Redirección Se indica una mejor ruta

Eco Obliga al dest. A contestar

Respuesta a Eco Resp. A solic. Eco

Marca de tiempo Origen envía info. De tiempo

Respuesta a marca de tiempo Destino envía info. De tiempo

Petición de máscara de dirección Solicitud del origen al destino

á d d á d lRespuesta a máscara de direcc. Máscara enviada al origen

Protocolo ICMP: Formato de los Protocolo ICMP: Formato de los mensajesmensajes

Servicios IPServicios IPServicios IPServicios IPSon la interfaz con la capa superior (TCP)Son la interfaz con la capa superior (TCP)Se expresan mediante primitivas (f i ) á t (d t )(funciones) y parámetros (datos a pasar).IP especifica dos primitivas:◦ Send (envío de una unidad de datos)◦ Deliver (entrega de unidad de datos)( g )

Servicios IPServicios IPServicios IPServicios IPSend{ Deliver{Send{

Dirección origenDirección destino

Deliver{Dirección origenDirección destino

ProtocoloIndicadores tipo servicioId f d

ProtocoloIndicadores tipo servicio

IdentificadorIndicador de no

fragmentaciónTiempo de vidaLongitud de los datosD t d ió

Longitud de los datosDatos de opciónDatos}

Datos de opciónDatos}} }

Parámetros de los servicios IPParámetros de los servicios IPParámetros de los servicios IPParámetros de los servicios IPTipo de servicio:Tipo de servicio:◦ Usado para solicitar una calidad de servicio

particularparticular◦ Parámetros:

Precedencia (similar a ri ridades 8 ni eles)Precedencia (similar a prioridades, 8 niveles)Seguridad (alta, normal: intentar no perderlo)Retardo (normal bajo: minimizar retardo)Retardo (normal, bajo: minimizar retardo)Rendimiento (normal, alto: maximizar velocidad)

Parámetros de los servicios IPParámetros de los servicios IPParámetros de los servicios IPParámetros de los servicios IPOpciones (Datos de opción):Opciones (Datos de opción):◦ Se incluyen parámetros que normalmente no se

invocan◦ Opciones:

Seguridad (etiqueta adicional)Encaminamiento por la fuente (lista de routers a seguir)Registro de la ruta (lista de routers visitados por el datagrama)g )Identificación de secuencia: identifica recursos reservados para servicios con secuencia (ej. voz)Marcas de tiempo (entidad IP origen o routers colocan una Marcas de tiempo (entidad IP origen o routers colocan una marca temporal (precisión mseg) a los datagramas)

Direcciones IPDirecciones IPDirecciones IPDirecciones IPEl origen y destino tienen una dirección de 32 El origen y destino tienen una dirección de 32 bitsDirección = ID Red + ID ComputadorDirección ID. Red + ID. ComputadorClases de redes◦ Clase A: 0 + Red(7bits) + Computador (24bits)◦ Clase A: 0 + Red(7bits) + Computador (24bits)◦ Clase B: 10+Red (14bits) + Computador (16 bits)◦ Clase C: 110+Red(21bits)+Computador(8bits)Clase C: 110+Red(21bits)+Computador(8bits)Notación punto decimal:◦ 11000000 11100100 000010001 0011100111000000 11100100 000010001 00111001◦ 192 . 228 . 17 . 57

Direcciones IP máscara de subredDirecciones IP máscara de subredDirecciones IP máscara de subredDirecciones IP máscara de subred

Representación binaria Punto decimal

óDirección IP 11000000.11100100.00010001.00111001 192.228.17.57

Máscara de 11111111.11111111.11111111.11100000 255.255.255.224Máscara de subred

11111111.11111111.11111111.11100000 255.255.255.224

Resultado And bit a bit

11000000.11100100.00010001.00100000 192.228.17.32And bit a bit

Número de subred

11000000.11100100.00010001.001 1

Número de computador

00000000.00000000.00000000.00011001 25

Enrutamiento usando subredesEnrutamiento usando subredesEnrutamiento usando subredesEnrutamiento usando subredes

Protocolos de EnrutamientoProtocolos de Enrutamiento

IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducciónEn topologías complejas se requiere En topologías complejas se requiere cooperación dinámica entre los routers para:◦ Evitar porciones de red con fallosEvitar porciones de red con fallos◦ Evitar porciones de red con congestiónSe requiere que los routers intercambien Se requiere que los routers intercambien información sobre:◦ Qué redes son accesibles?Q◦ A través de qué Routers se puede acceder?◦ Características de retardo de las rutas?Solución: Protocolos de encaminamiento

Protocolos de encaminamientoProtocolos de encaminamientoProtocolos de encaminamientoProtocolos de encaminamiento

Información necesariaInformación necesaria◦ Entre ES y IS: Destino en la misma red o en

otra?◦ Entre IS’s: Información global de la red

Sistema autónomo:◦ Conjunto de redes interconectado por IS’s ◦ Conjunto de redes interconectado por IS s

pertenecientes a un mismo dominio administrativoadministrativo

Sistema AutónomoSistema AutónomoSistema AutónomoSistema AutónomoUn AS está contiene un grupo de Un AS está contiene un grupo de encaminadores intercambiando información a través de un protocolo de información a través de un protocolo de encaminamiento comúnUn AS es un conjunto de redes y dispositivos de encaminamiento pgestionados por una única organizaciónEn todo momento (excepto cuando hay En todo momento (excepto cuando hay fallos), existe conexión entre los d f ddiferentes nodos

Tipos de Protocolos de Tipos de Protocolos de EncaminamientoEncaminamiento

Interiores a un Sistema Autónomo:Interiores a un Sistema Autónomo:◦ IRP: Interior Router Protocol (También conocido como IGP-

Interior Gateway Protocol)

◦ Funciones de encaminamiento dentro del sistema Autónomo

◦ Pueden cambiar de un SA a otro

◦ Ejemplos de IRP: RIP (Routing Information Protocol), Algoritmo OSPF (Open Shortest Path First)

Exterior a un sistema Autónomo:Exterior a un sistema Autónomo:◦ ERP: Exterior Router Protocol (También conocido como EGP-

Exterior Gateway Protocol)

◦ Intercambia información de encaminamiento con otros Sistemas Autónomos (A quiénes se puede alcanzar por un SA específico)

Ej l BGP (B d G t P t l)◦ Ejemplo: BGP (Border Gateway Protocol)

Aplicación de IRP y ERPAplicación de IRP y ERPAplicación de IRP y ERPAplicación de IRP y ERP

Internet: BGP, Border Gateway Protocol (ERP)OSPF, Open Shortest Path First (IRP)

OSPFOSPFOSPFOSPFOSPF: Open Shortest Path First (RFC 2328)OSPF: Open Shortest Path First (RFC 2328)Cada Encaminador mantiene la información del estado de sus enlaces localesde sus enlaces localesEl Encaminador transmite la información de estado de los enlaces periódicamente a los Encaminadores que p qconoceCada Encaminador que recibe un paquete de actualización, debe enviar una confirmación al emisor.Cada Encaminador mantiene una base de datos que refleja la topología conocida del sistema Autónomo del que forma parte.

BGPBGPBGP: Border Gateway Protocol (RFC 1771)Permite cooperación en el intercambio de Permite cooperación en el intercambio de información de encaminamiento entre Encaminadores (Gateways ó Pasarelas) de Encaminadores (Gateways ó Pasarelas) de sistemas Autónomos diferentes.Posee tres procedimientos:◦ Adquisición de vecinosAdquisición de vecinos◦ Detección de vecinos alcanzables

D t ió d d l bl◦ Detección de redes alcanzables

BGP: Adquisición de VecinosBGP: Adquisición de VecinosBGP: Adquisición de VecinosBGP: Adquisición de Vecinos

E di i t Es un procedimiento para que dos Encaminadores vecinos Router A Router B Encaminadores vecinos se pongan de acuerdo en que intercambiarán

open

información de Encaminamiento.keepaliveAlguno podría no querer hacerlo por tener demasiada congestióndemasiada congestión.

BGP: Detección de vecino BGP: Detección de vecino alcanzablealcanzable

C d R Cada Router necesita estar seguro d i Router A Router B de que su par existe y está comprometido

l l ió d keepalive

con la relación de vecinokeepalive

keepaliveT refresco

BGP: Detección de Red AlcanzableBGP: Detección de Red AlcanzableBGP: Detección de Red AlcanzableBGP: Detección de Red Alcanzable

C d E i d Cada Encaminador mantiene una base de datos con las redes que

Router A Router B Router Cdatos con las redes que puede alcanzar y la ruta preferida para alcanzar

Update Update

esa red.Cada vez que hay un cambio, este se informa a los demás vecinos (mensaje Update)(mensaje Update)