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Capítulo 10: Tecnologías WAN y Enrutamiento

ICD-327 Redes de Computadores

Agustín J. González

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Introducción• En esta sección veremos los componentes usados para

construir sistemas de conmutación de paquetes que pueden abarcar áreas extensas.

• También veremos conceptos de enrutamiento de paquetes en redes.

• Tecnologías de redes:

– Redes de área local (Local Area Network): pueden abarcar un edificio o campus.

– Redes de área metropolitana (Metrpolitan Area Network): pueden abarcar una ciudad.

– Redes de área extensa (Wide Area Network): pueden abarcar varias ciudades, países, o continentes.

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Introducción (cont..)• LAN: Ya las hemos estudiado en clases previas. Éstas no se pueden

usar en WAN porque sus tecnologías impiden la conexión de un número arbitrario de computadores en varios sitios.

• MAN: No hay muchas tecnologías que operan en esta categoría. Normalmente usan tecnologías similares a LAN. La principal razón para considerarlas como una categoría es la creación de un estándar para estas redes. Distributed Queue Dual Bus (DQDB) o IEEE 802.6. Tasa de transmisión: 44 Mbps y largo 160 km.

(Tanenbaum)

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Introducción (cont..)

• WAN: Una red WAN se caracteriza por su capacidad para crecer en tamaño y número de estaciones conectadas. Adicionalmente, ésta provee suficiente capacidad para la comunicación simultánea entre computadores.

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Conmutación de Paquetes

• WANs se construyen con muchos conmutadores (switches) para poder servir a muchos computadores.

• Conmutadore de paquetes (Packet switch) es el dispositivo básico usado en WANs.

• Conceptualmente, éstos son pequeños computadores con procesador, memoria e I/O usados para enviar y recibir paquetes.

• Los switches se inter-conectan usando enlaces punto a punto. Entre ellos: líneas seriales arrendadas, fibra óptica, microondas, canales satelitales.

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Formación de una WAN

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Almacenamiento y Reenvío (Store and Forward)

• Los switches de la WAN almacenan los datos en la medida que son recibidos, luego los examinan para determinar e iniciar la interfaz de hardware para su reenvío.

• Si una salida determinada está ocupada, el switch conserva el paquete hasta que la salida esté libre.

• Los switches pueden manejar cortas ráfagas de paquetes que llegan simultáneamente.

• Si la capacidad de almacenamiento del switch es excedida, éste descarta paquetes.

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Direccionamiento Físico en WANs

• Normalmente se emplea un esquema jerárquico de direcciones. Por ejemplo: una parte identifica al switch y la otra a la máquina dentro del switch. Esto es típico otro ejemplo agv@elo.utfsm.cl

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Reenvío por el siguiente “hop” (salto)• El switch debe escoger el camino de salida para cada paquete. Para

ello, el switch usa la dirección destino del paquete y una tabla mantenida internamente.

• El switch sólo debe determinar el siguiente tramo a cubrir (no requiere definir la trayectoria completa la el paquete de fuente a destino).

• Concepto de independencia de fuente: el tramo siguiente no depende del origen o fuente de un paquete.

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Tablas de “Enrutamiento”

• Tabla de enrutamiento: tabla que contiene información sobre el siguiente tramo (hop) a seguir para cada paquete.

• “Enrutamiento” es el proceso de elección del siguiente tramo para un paquete.

• El uso de direccionamiento jerárquico permite:– reducir el tiempo para determinar la ruta de salida.

– Reducir la tabla de rutamiento.

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Enrutamiento en WANs

• Enrutamiento en WAN se puede estudiar imaginando grafos.

• Si un switch contiene computadores conectados, se habla de un switch exterior. De otra manera se trata de un switch interior.

• La tabla de enrutamiento debe asegurar:

– Enrutamiento universal: cada destino debe estar definido

– Rutas óptimas: el siguiente tramo debe apuntar a la ruta más corta al destino.

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Grafo y Tablas de Enrutamiento

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Grafo y Tablas de Enrutamiento

Uso de rutas por defecto reduce tamaño aún más

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Cálculo de la Tabla de Enrutamiento• Dos métodos:

– Enrutamiento estático: la tabla se determina al momento de “booteo”. Las rutas no cambian. Es simple y no involucra overhead.

– Enrutamiento dinámico: Se determina una tabla inicial y se mantiene según cambian las condiciones de la red. Se adapta automáticamente a fallas de la red.

• El cálculo de la tabla de enrutamiento usa el algoritmo de Dijkstra.

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Algoritmo de Dijkstra• Este algoritmo determina el camino más corto para llegar a

cualquier nodo a partir de un nodo fuente.

Nodo fuente

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Versión del Algoritmo de Dijkstra• Estructuras de datos:

– D arreglo para distancia mínima a cada nodo.

– R arreglo para próximo tramo a seguir en la ruta

• Entrada: Grafo con arcos con peso reflejando distancia entre nodos. Nodo fuente.

• Salida: D[i] conteniendo distancia más corta hasta i. R[i] siguiente tramo para llegar a nodo i.

• El peso puede ser el número de switches en el camino, reflejar la capacidad de la conexión, o una política de administración.

• Método ........?

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Versión del Algoritmo de Dijkstra, Método• Inicialice el conjunto S con todos los nodos excepto el fuente;

• Inicialice el arreglo D tal que D[v] es el peso del arco (fuente,v). Si el arco no existe D[v] = infinito.

• Inicialice el arreglo R tal que R[v]=fuente si un arco existe entre fuente y v, cero en otro caso.

• While ( S != Ø) { /* aún queden nodos por alcanzar desde la fuente */Seleccionar un nodo u tal que D[u] sea mínima; /* vecino más cercano */if ( D[u] = infinito) {

error: No existe trayectoria a los nodos de S;}Eliminar u de S; /* uno menos por considerar */for ( cada nodo v tal que (u,v) es un arco ) {

if (v є S) { /* arcos a nodos no considerados */ c = D[u] + peso(u,v);

if (c < D[v]) { /* nodo u da ruta más corta a v */R[v] = R[u];D[v] = c;

}}

}}

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Enrutamiento por estado de enlace

• También conocido como “trayectoria más corta primero” (Shortest Path First, SPF)

• Cada switch envía mensajes con el estado de los enlace con sus switches vecinos.

• Cada switch construye y mantiene el grafo con la información que recibe regularmente.

• Cada switch ejecuta el algoritmo de Dijkstra para determinar la tabla de enrutamiento.

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Cálculo Distribuido de Rutas• Cada switch envía periódicamente su tabla (vector) a los

switches vecinos.

• Luego de un rato cada switch “aprende” cual es la ruta más corta para llegar a cada nodo.

• El resultado final es el mismo al algoritmo de Dijkstra.

• El algoritmo más conocido se llama Algoritmo de vector de distancia. Éste envía un vector con pares (destino, distancia).

• Cuando una tabla llega desde un vecino N, el switch examina cada entrada para determinar si el vecino produce una trayectoria más corta para un determinado destino que aquella en uso hasta ese momento.

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Algoritmo de Vector de Distancia• Condición Inicial: Sólo una entrada con el switch local, con distancia cero y próximo

tramo sin usar (null o algo así).• Entrada: Una tabla de enrutamiento, el peso para cada enlace vecino, un mensaje de

enrutamiento desde un vecino.• Salida: Una tabla de enrutamiento actualizada.• Método:

Repeat para siempre {Espere la llegada de un mensaje de enrutamiento. Sea N el vecino.for (cada entrada en la tabla que llego desde N) {

Sea V el destino de esa entrada y D la distancia;C = D + peso para llegar a vecino N;if ( no existe ruta a V en tabla local ) {

Agregar ruta a V con N como ruta y distancia C;} else if (la ruta existe y próximo tramo es N ) {

Reemplace la distancia para llegar a V con C;} else if ( una ruta existe con mayor distancia que C) {

cambie el próximo tramo a N y haga distancia=C;}

}}

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Ejemplos de Tecnologías WAN

• ARPANET (Advanced Research Project Agency Net)

• X.25 (nombre del estándar de la CCITT, hoy ITU)• ISDN (Integrated Services Digital Network)• Frame Relay (relé de tramas) • SMDS (Switched Multi-megabit Data Service)• ATM (Asynchronous Transfer Mode)

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Tecnologías WAN • ARPANET: > 30 años , precursor de la Internet. Usaba líneas seriales a

56 Kbps.

• X.25:

– Cada red X.25 consiste de swithces X.25 conectados con líneas arrendadas.

– Fue pensada para conectar terminales ASCII a computadores remotos.

– Hoy no es muy usada por razón costo/tasa de transmisión.

• ISDN (Integrated Services Digital Network): – Intenta integrar redes de datos de área extensa con servicio telefónico de

voz.

– El servicio Basic Rate Interface (BRI) provee dos canales de 64 Kbps (canales B) más uno de 16 Kbps (canal D) ó 2B+D.

– El canal D es usado para señalización de discado digital y los otros para datos o voz.

– 64 kbps ha resultado ser poco para los estándares actuales => predicciones de éxito no se han cumplido.

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Tecnologías WAN• Frame Relay

– Fue pensada para transmisión de datos en bloques de 8 K bytes.

– Idea original fue ofrecer conexiones entre 4 a 100 Mbps, pero los subscriptores han usado conexiones de sólo 1.5 Mbps ó 56 Kbps.

– Servicio orientado a la conexión.

• SMDS (Switched Multi-megabit Data Service)– Diseñada para transportar datos.

– Un pequeño encabezado permite transportar paquetes de hasta 9188 bytes => bajo overhead.

– Normalmente operan a mayor velocidad que Frame Relay

– Servicio no orientado a la conexión

• ATM– Idea es ofrecer servicios para transmisión de voz, vídeo, y datos.

– Para alcanzar alta velocidad con poco retardo y bajas variaciones de retardo (bajo jitter), los datos son divididos en pequeñas celdas de tamaño fijo. 53 bytes = 5 Encabezado + 48 Datos