Redes de computadoras Capa de enlace:...

Redes de computadoras

Traducción y adaptación Alejandra Stolk 2018 Kurose and Ross, Computer Networking: A Top Down Approach, 6th edition, Addison-Wesley, 2012

Capa de enlace: ruta

5.1 introducción, servicios5.2 detección de errores, corrección 5.3 protocolos de acceso múltiple5.4 LANs

direccionamiento, ARP ethernet switches VLANS

5.5 enlace de virtualización: MPLS5.6 redes de centros de datos5.7 un día en la vida de ena solicitud web



EthernetTecnología “dominante” para redes LAN cableadas: Barata, se calcula alrededor de $20 por NIC (network internet

controller) Fue la primera tecnología LAN ampliamente utilizada Más simple y barata que Token y ATM Se ha mantenido en la carrera por la velocidad: 10 Mbps – 10 Gbps

Metcalfe’s Ethernet sketch



Ethernet: topología física bus: popular durante la década de los 90

Todos los nodos conectados al mismo dominio de colisiones (puede colisionar unos con otros)

estrella: es la topología que aún se utiliza hoy en día hay switch activo en el centro Cada “discurso” se ejecuta en un protocolo Ethernet separado

(los nodos no colisionan entre si)

switch

bus: cable coaxialestrella



Estructura de la trama Ethernet

El adaptador que envía encapsula el datagrama IP (o cualquier otro paquete de la capa de red) en una trama Ethernet

preamble (preambulo): 7 bytes con el siguiente patrón 10101010 seguidos

1 byte con el siguiente patrón 10101011 usados para sincronizar las tasas de los relojes del

receptor y el emisor

dest.address

sourceaddress

data (payload) CRCpreamble

tipo



Estructura de la trama Ethernet (más) dirección: 6 bytes de la fuente, dirección MAC destino

si el adaptador recibe la trama con la dirección de destino correspondiente, o con la transmisión de la dirección de broadcast (por ejemplo, paquete ARP), pasa los datos en la trama al protocolo de capa de red

de lo contrario, el adaptador descarta la trama tipo: indica el protocolo de nivel superior (más que nada IP

pero puede haber otras opciones, e.g., Novell IPX, AppleTalk)

CRC: chequeo de redundancia cíclica en el receptor error detectado: se descarta la trama

dest.address

sourceaddress

data (payload) CRCpreamble

type



Ethernet: poco confiable, sin conexión

sin conexión: no hay apretón de manos (handshaking) entre los NIC receptores y emisores

poco confiable: el NIC receptor no envía acks o nacks al NIC emisor los datos descatados en las tramas sólo puede ser

recuperados sólo si la capa más alta utiliza mecanismos de recuperación de datos cómo rdt (e.g., TCP), de los contrario los datos descartados se pierden

El protocolo Ethernet’s MAC: CSMA/CD sin ranura con retroceso binario



802.3 estándar de Ethernet: capa física y de enlace

existen muchos estándares diferentes para Ethernet un formato común para la trama y el protocol MAC } diferentes velocidades: 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps,

1Gbps, 10G bps diferentes medios físicos: fibra, cable, entre otros.

aplicacióntransporte

redenlacefísico

protocolo MAC y formato de la trama

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

fibra capa física

cobre (par trenzado)capa física









Conmutador (switch) ethernet Dispositivo de capa de enlace: tiene rol activo

guarda, reenvía, las tramas Ethernet examina las direcciones MAC de las tramas entrantes,

reenvía selectivamente las tramas a uno o más enlaces de salidas cuando la trama va a ser reenviada en el segmento, usa CSMA/CD para acceder al segmento

transparente Los equipos no están conscientes de la presencia de

conmutadores plug-and-play, auto-aprendizaje

Los conmutadores no necesitan ser configurados (pero es mejor si los configuramos ;) ya lo vamos a ver en gestión de redes)



Conmutación: múltiple transmisiones simultaneas

los equipos tiene una conexión dedicada al conmutador

los conmutados pueden almacenar (buffer) paquetes

el protocolo Ethernet es usado en cada enlace entrante, pero sin colisiones; full duplex cada enlace tiene su propio

dominio de colisión conmutación: A-a-A’ y B-a-B’

pueden transmitir de forma simultanea sin colisiones

conmutador con 6 interfaces(1,2,3,4,5,6)

A

A’

B

B’ C

C’

1 2

345

6



La tabla de conmutación

P: ¿cómo sabe un conmutador que A que es accesible por la interfaz 4, que B es accesible por la interfaz 5?

switch with six interfaces(1,2,3,4,5,6)

A

A’

B

B’ C

C’

1 2

345

6 R: cada conmutador tiene una tabla de conmutación, cada entrada tiene: dirección MAC del equipo, interfaz

por la cual se accede un sello de tiempo

muy parecida a una tabla de enrutamiento



A

A’

B

B’ C

C’

1 2

345

6

Conmutador: auto-aprendizaje un conmutador aprende

cuales equipos pueden accderse desde cual interfaz: cuando recibe una

trama, el conmutador “aprende” la localización del emisor: el segmento de entrada LAN

registra la localización del emisor en su tabla de conmutación

A A’

fuente: A destino: A’

Dir. MAC interfaz TTL

Tabla de conmutación(vacía inicialmente)

A 1 60



Conmutación: filtrado/reenvío de tramas

Cuando se recibe una trama en un conmutador:

1. se registra el enlace de entrada, dirección MAC del equipo que emisor

2. se organiza en la tabla de conmutación usando la dirección MAC3. if entrada en encontrada para un destino

then { if destino del segmento desde el cual llegó la trama

then descarta la trama else reenvía la trama a la interfaz indicada por la entrada } else inunda /* reevían a todas las interfaces excepto la interfaz

de entrada */



A

A’

B

B’ C

C’

1 2

345

6

auto-aprendizaje, reenvío: ejemploA A’

fuente: A destino: A’

MAC addr interface TTL

switch table (initially empty)

A 1 60

A A’A A’A A’A A’A A’

trama destino, A’, localización desconocida: inunda

A’ A

trama destino A localización conocida:

A’ 4 60

envía selectivamente

sólo a un enlace



Interconexión de conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse unos a otros

P: enviado trama desde A a G – cómo sabe S1 a dónde reenviar la trama destinada a G a través del S4 y luego S3?R: auto aprendizaje! (funciona exactamente igual que con un sólo conmutador!)

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

H

I

G



Ejemplo de auto-aprendizaje con múltiples conmutadores

Supongamos que C envía una trama a I, I responde a C

P: construye la tabla para renvío de paquetes en S1, S2, S3, S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

H

I

G



Red institucional

Hacia redes externas

enrutadores

subredes

Servidor de correo

Servidor web



conmutadores vs. enrutadores

ambos guardan y reenvían: enrutadores: disposito de capa de red (examina las cabeceras a nivel de capa de red)conmutadores: dispositivo de capa de enlace (examina las cabecera a nivel de capa de enlace)

ambos tiene tablas de reenvío:enrutadores: computan las tablas utilizando algoritmos de enrutamiento, direcciones IPconmutadores: laprenden la tabla de reenvío, usando inundación, aprendiendo interfaces, direcciones MAC


redenlacefísica

redenlacefísica

enlacefísica

switch

datagrama


redenlacefísica

trama

trama

trama

datagrama









VLANs: motivaciónconsideremos: IS se mudan de oficinas a IE, y se

van a conectar al mismo conmutador de IE?

Tendrán un mismo donimio de difusión: Todos los paquetes de capa 2,

el tráfico de difusión (ARP, DHCP, localización de de todas los destino de direcciones MAC desconocidos) deberán cruza toda la red LAN

seguridad/privacidad, eficiencia

Ingeniería de sistemas Ingeniería

eléctrica

Ingenieríageológica



VLANs VLAM basadas en puerto: los puertos de un conmutador pueden agruparse (a través de software) de forma que parezca 2 conmutadores ……

Los conmutadores con capacidad para la configuración de VLAN, pueden definir múltiples LANS virtuales sobre una misma infraestructura LAN física

Redes locales virtuales 1

8

9

16102

7

…

Ingeniería eléctrica(VLAN puertos 1-8)

Ingeniería de sistemas(VLAN puertos 9-15)

15

…


…

1

82

7 9

1610

15

…


opera cómo multiple conmutadores virtuales



VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

…



15

…

Aislamiento de tráfico: las tramas desde/hacia puerto 1-8 sólo pueden acceder los puertos También puede definirse VLAN

basadas en direcciones MAC, en lugar de puertos del conmutador

Membresía dinámica: los puertos pueden asignarse dinámicamente a las VLANs

enrutador

Reenvío entre VLANS: hecho a través de enrutamiento (así cómo a través de conmutadores distintos) En la practica los vendedores combinan

conmutadores y enrutadores



VLANS que abarcan múltiples conmutadores

puerto trunk: transporta tramas entre VLANs definidas a través de múltiples conmutadores físicos las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no

pueden ser tramas vainilla 802.1 (deben llevar información de identificación de VLAN)

el protocolo 802.1q agrega/elimina campos adicionales de las cabeceras de las tramas reenviadas entre puertos trunk

1

8

9

102

7

…



15

…

2

73

puertos 2,3,5 pertenecen a la VLAN de IEpuertos 4,6,7,8 pertenecen a la VLAN de IS

5

4 6 816

1



type

2-byte Tag Protocol Identifier (value: 81-00)

Tag Control Information (12 bit VLAN ID field,

3 bit priority field like IP TOS)

Recomputed CRC

Formato de trama VLAN 802.1Q

trama 802.1

trama 802.1Q

dest.address

sourceaddress data (payload) CRCpreamble

data (payload) CRC

type









Conmutación de etiquetas multiprotocolo (MPLS)

objetivo inicial: Reenvío IP de alta velocidad con etiqueta de longitud fija (en lugar de dirección IP) Búsqueda rápida utilizando un identificador de longitud

fija (en lugar de la coincidencia de prefijo más corto) toma en préstamo ideas del enfoque del Circuito

Virtual (Virtual Circuit, VC) ¡pero el datagrama IP aún conserva la dirección IP!



Enrutadores con capacidad MPLS

a.k.a. enrutador con etiquetado de conmutador reenvía paquetes a la interfaz saliente basados sólo en

el valor de la etiqueta (no inspecciona la dirección IP) El reenvío MPLS es distinto que el renvío de tablas IP

flexibility: Las decisiones de reenvío de MPLS pueden diferir de las de IP usa las direcciones de origen y destino para enrutar los

flujos al mismo destino de forma diferente (ingeniería de tráfico)

redirecciona los flujos rápidamente si falla el enlace: rutas de respaldo precalculadas (útiles para VoIP)



R2

D

R3R5

A

R6

MPLS versus rutas IP

enrutador IP enrutamiento IP: la ruta al destino se

determina únicamente por la dirección destino

R4



R2

D

R3R4R5

A

R6

MPLS versus rutas IP

enrutadorsólo-IP

enrutamiento IP: la ruta al destino es determinada únicamente por la dirección destino

enrutadorMPLS y IP

enrutamiento MPLS: la ruta al destino es determinada por la dirección fuente y la destino Reenrutamiento rápido: restauración rápida de

las rutas de reenvío para casos de falla

La tabla de enrutamiento (R4) puede usar rutas diferentes de MPLS a A, basada en otros parámetros e.g., la dirección fuente



Señales MPLS modifica los protocolos de inundación de estado de enlace OSPF, IS-IS

para transportar la información utilizada por el enrutamiento MPLS, ej., ancho de banda de enlace, cantidad de ancho de banda de enlace

"reservado"

DR4

R5

A

R6

las entradas en enrutador MPLS utilizan el protocolo de señalización RSVP-TE para configurar el reenvío MPLS en los enrutadores descendentes

Inundaciónde enlacemodificado

RSVP-TE


Traducción y adaptación Alejandra Stolk 2018 Kurose and Ross, Computer Networking: A Top Down Approach, 6th edition, Addison-Wesley, 2012Link Layer 5-31

R1R2

D

R3R4R5

0

1

00

A

R6

in out outlabel label dest interface 6 - A 0

in out outlabel label dest interface10 6 A 1

12 9 D 0

in out outlabel label dest interface 10 A 0

12 D 0

1

in out outlabel label dest interface 8 6 A 0

0

8 A 1

MPLS forwarding tables






5.5 enlace de virtualización: MPLS5.6 redes de centros de datos5.7 un día en la vida de una solicitud web



Redes de centros de datos 10’s a 100’s de miles de equipos, comunmente

estrechamente acoplados, en proximidad muy cercana: e-negocios (ejemplo: Amazon) Servidores de contenido (ejemplo: YouTube, Akamai, Apple,

Microsoft) Motores de búsqueda, minería de datos (ejemplo: Google)

desafios: múltiples aplicaciones, cada

una sirviendo cantidades masivas de clientes

gestionar / equilibrar la carga, evitar el procesamiento, la creación de redes, los cuellos de botella de datos Dentro de un contenedor de Microsoft de 40 pies,

Centro de datos de Chicago



Racks de servidores

Conmutadores TOR

Conmutadores de capa 1


balanceador de carga

balanceador de carga

B

1 2 3 4 5 6 7 8

A C

Enrutador de borde

enrutador de acceso

Internet

Redes de centros de datos balanceador de carga: enrutamiento de capa de aplicaciónrecibe solicitudes de clientes externosdirige la carga de trabajo dentro del centro de datosdevuelve resultados al cliente externo (ocultando las partes internas del centro de datos del cliente)



1 2 3 4 5 6 7 8

Redes de centros de datos rica interconexión entre conmutadores, racks:

• aumento del rendimiento entre bastidores (es posible que haya múltiples rutas de enrutamiento)• mayor confiabilidad a través de la redundancia

Racks de servidores

Conmutadores TOR








5.5 enlace de virtualización: MPLS5.6 redes de centros de datos5.7 un día en la vida de una solicitud web



Síntesis: un día en la vida de una solicitud web

Ya culminamos el viaje hacia abajo en la pila de protocolos! aplicación, transporte, red, enlace

Vamos ponerlo todo junto: síntesis! objetivo: identificar, revisar, comprender los protocolos

(en todas las capas) involucrados en un escenario aparentemente simple: solicitar una página web

escenario: un alumno conecta su computadora portátil a la red de la universidad, solicita/recibe www.google.com



Escenario: un día en la vida de...

Red de COMCAST68.80.0.0/13

Red de Google64.233.160.0/19 64.233.169.105

Servidor web

Servidor DNS

red universitaria68.80.2.0/24

Página web

navegador



enrutador(con DHCP)

un día en la vida de... conectándome a internet La computadora portátil

conectada necesita obtener su propia dirección IP, un enrutador de primer salto, la dirección del servidor DNS: usa DHCP

DHCPUDP

IPethernet

fisíca

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPethernet

fisíca

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

Solicitud de DHCP encapsulada en UDP, encapsulada en IP, encapsulada en Ethernet 802.3

Difusión de tramas Ethernet (dest: FFFFFFFFFFFF) en la LAN, recibidas en enrutador que ejecuta el servidor DHCP

Ethernet demultiplexada a IP demultiplexada, UDP demultipexada a DHCP



enrutador(con DHCP)

El servidor DHCP formula un DHCP ACK que contiene la dirección IP del cliente, la dirección IP del enrutador de primer salto para el cliente, el nombre y la dirección IP del servidor DNS

DHCPUDP

IPEthernet

física

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthernet

física

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP Encapsulación en el

servidor DHCP, trama reenviada (aprendizaje del conmutador) a través de la LAN, demultiplexación en el cliente

El cliente ahora tiene una dirección IP, sabe el nombre y la dirección del servidor DNS y la

dirección IP de su enrutador de primer salto

El cliente DHCP recibe la respuesta DHCP ACK

un día en la vida de... conectándome a internet



enrutador(con DHCP)

Un día en la vida de… ARP (antes DNS, antes HTTP) antes de envía la solicitud HTTP, se

necesita la dirección IPde www.google.com: DNS

DNSUDP

IPEthernet

física

DNS

DNS

DNS

se crea una búsqueda de DNS, encapsulada en UDP, encapsulada en IP, encapsulada en Ethernet. Para enviar la trama al enrutador, se necesita la dirección MAC de la interfaz del enrutador: ARP

se hace la difusión de la búsqueda ARP, recibida por el enrutador, el cual responde con una respuesta ARP entregando la dirección MAC de la interfaz del enrutador

el cliente ahora sabe la dirección MAC de su enrutador de primer salto, así que ahora puede enviar una trama con la búsqueda de DNS

Búsqueda ARP

Ethernetfísica

ARP

ARP

Respuesta ARP



enrutador(con DHCP)

DNSUDP

IPEthernet

física

DNS

DNS

DNS

DNS

DNS

un datagrama IP que contiene la búsqueda de DNS es reenviado por el conmutador de la LAN al enrutador de primer salto del cliente

un datagrama IP enviado desde la red del campus a la red de comcast, enrutado (tablas creadas por protocolos de enrutamiento RIP, OSPF, IS-IS y / o BGP) al servidor DNS

demultiplexado en el servidor DNS el servidor DNS responde al cliente

con la dirección IP de www.google.com

Red Comcast68.80.0.0/13

Servidor DNS

DNSUDP

IPEthernet

física

DNS

DNS

DNS

DNS

Un día en la vidad de… usando DNS



router(runs DHCP)

Un día en la vida de… una conexión TCP que lleva la solicitud HTTP

HTTPTCPIP

EthPhy

HTTP

para enviar la solicitud, primero el cliente abre un socket TCP al servidor web

un TCP SYN (paso 1 en el 3-way apretón de manos/handshake) es enrutado a través al servidor web

se establece la conexión TCP! (paso 3 en el 3-way apretón de manos/handshake)

64.233.169.105

web server

SYN

SYN

SYN

SYN

TCPIP

Ethernetfísica

SYN

SYN

SYN

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

SYNACK

el servidor web responde con TCP SYNACK (paso 2 en el 3-way apretón de manos/handshake)



enrutador(con DHCP)

Un día en la vida de…solicitud/respuesta HTTP

HTTPTCPIP

Ethernetfísica

HTTP

la solicitud HTTP es enviada al socket TCP

el datagrama IP que contiene la solicitud HTTP es enrutada a www.google.com

Un datagrama IP que contiene la respuesta HTTP es enrutado de vuelta al cliente

64.233.169.105

Servidor web

HTTPTCPIP

Ethernetfísica

El servidor web responde con un HTTP reply (contiene el contenido de la página)

HTTP

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

HTTP

Finalmente!!! se desplega la página



Capítulo 5: resumen principios detrás de la capa de enlace:

detección y correción de errores compartiendo un canal de multidifusiónl: acceso múltiple direccionamiento de capa de enlace

creación de instancias e implementación de varias tecnologías de capa de enlace Ethernet conmutación LANS, VLANs redes virtualizadas en la capa de enlace: MPLS

síntesis: un día en la vida de una solicitud web



Cápitulo 5: respiremos un momento

terminó el camino por las capas (bueno casi casi sólo falta la capa física)

debemos tener un sólido entendimiento de los principios de redes

….. podríamos parar aquí …. pero aún faltan otros temas muy interesantes! redes inalámbricas multimedia seguridad gestión de redes (monitoreo)

Date post:	13-Jun-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	20 times
Download:	0 times

Redes de computadoras Capa de enlace:...

Documents