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V20Capa de enlace 5-1
Capiacutetulo 5Capa de enlace y LANs
A note on the use of these ppt slidesWersquore making these slides freely available to all (faculty students readers) Theyrsquore in PowerPoint form so you can add modify and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs They obviously represent a lot of work on our part In return for use we only ask the following
If you use these slides (eg in a class) in substantially unaltered form thatyou mention their source (after all wersquod like people to use our book)
If you post any slides in substantially unaltered form on a www site thatyou note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides andnote our copyright of this material
Thanks and enjoy JFKKWR
All material copyright 1996-2010JF Kurose and KW Ross All Rights Reserved
Redes de computadoras Un enfoque descendente 5a edicioacuten Jim Kurose Keith RossPearson Educacioacuten 2010
Redes de computadoresBloque 2
V20Capa de enlace 5-2
Capiacutetulo 5 La capa de enlaceObjetivos
Comprender los principios que existen bajo los servicios de la capa de enlace
Correccioacuten y deteccioacuten de erroresCompartir un canal de multidifusioacuten acceso muacuteltipleDireccionamiento de la capa de enlaceTransferencias de datos fiables control de flujo
Instanciacioacuten e implementacioacuten de varias tecnologiacuteas de la capa de enlace
V20Capa de enlace 5-3
Iacutendice
51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-4
Capa de enlace IntroduccioacutenTerminologiacutea
hosts y routers son nodosLos canales de comunicacioacuten que conectan nodos adyacentes a traveacutes de la ruta de comunicaciones son enlaces
Enlaces cableadosEnlaces inalaacutembricosLANs
Un paquete del nivel 2 es una trama encapsula datagramas
La capa de enlace tiene laresponsabilidad de transferir datagramas de un nodo al nodo
fiacutesicamente adyacente a traveacutes de un enlace
V20Capa de enlace 5-5
La capa de enlace contextoLos datagramas son transferidos por diferentes protocolos de enlace sobre distintos enlaces
Ethernet como primer enlace frame relay como enlace intermedio y 80211 como uacuteltimo enlace
Cada protocolo de enlace proporciona diferentes servicios
Puede o no proporcionar retransmisioacuten sobre el enlace
Analogiacutea con los transportesViaje de Princeton a Lausana
Coche Princeton a JFKAvioacuten JFK a GinebraTren Ginebra a Lausana
turista = datagramaSegmento de transporte = enlace de comunicacioacutenModo de transporte = protocolo de la capa de enlaceAgencia de viajes = algoritmo de enrutado
V20Capa de enlace 5-6
Servicios de la capa de enlace (I)Entramado acceso al enlace
encapsula datagramas en una trama antildeade cabecera y colaAccede al canal si el medio es compartidoDirecciones ldquoMACrdquo se emplean en la cabecera de las tramas para identificar origen y destino
bull iexclDiferentes de las direcciones IPEntrega fiable entre nodos adyacentes
Rara vez se usan en canales con pocos errores (fibra oacuteptica coaxial par trenzado)Enlaces inalaacutembricos alta tasa de error
V20Capa de enlace 5-7
Servicios de la capa de enlace (II)Control de flujo
Adecuar la velocidad entre los nodos adyacentes origen y destino
Deteccioacuten de erroresErrores causados por la atenuacioacuten de la sentildeal ruido El receptor detecta la presencia de errores avisa al emisor para que retransmita o descarte la trama
Correccioacuten de erroresEl receptor identifica y corrige error(es) de bit sin necesidad de retransmisioacuten
Half-duplex y full-duplexCon half duplex ambos nodos de los extremos del enlace pueden transmitir pero no a la vez
V20Capa de enlace 5-8
iquestDoacutende se implementa la capa de enlace
En todos los HOSTsLa capa de enlace se implementa en el ldquoadaptadorrdquo (network interface card NIC)
Tarjetas Ethernet PCMCI 80211Implementa los enlaces de la capa fiacutesica
Conectado a los buses del hostsCombina hardware software firmware
controlador
fiacutesicotransmisioacuten
cpu memoria
host bus (ej PCI)
Tarjeta adaptadorade red
Esquema de host
aplicacioacutentransporte
Redenlace
Enlacefiacutesico
V20Capa de enlace 5-9
Comunicacioacuten entre adaptadores
EmisorEncapsula el datagrama en una tramaAntildeade bits para el control de errores control de flujo etc
ReceptorBusca errores control de flujo etcExtrae el datagrama y lo pasa a niveles superiores
controlador controlador
Host emisor Host receptor
datagrama datagrama
datagrama
trama
V20Capa de enlace 5-10
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-11
Deteccioacuten de erroresEDC= Bits de deteccioacuten y correccioacuten de errores (redundancia)D = Los datos protegidos mediante correccioacuten de errores pueden contener campos adicionales
bull iexclLa deteccioacuten de errores no es 100 fiablebull el protocolo puede perder algunos errores aunque rara vezbullEDC mayores mejoran la deteccioacuten y la correccioacuten
otherwise
V20Capa de enlace 5-12
Comprobacioacuten de la paridadParidad simpleDetecta errores de bit simples
Bits de paridad bidimensionalesDetectan y corrigen errores de bit simples
0 0
V20Capa de enlace 5-13
Suma de comprobacioacuten de Internet
EmisorLos bytes de datos se tratan como enteros de 16 bits y se sumanSe calcula el complemento a 1 de esta suma para formar la suma de comprobacioacutenEl emisor coloca este valor en la cabecera del segmento
ReceptorVuelve a realizar la suma de los datosComprueba si el resultado obtenido es el mismo que el recibido
NO - error detectadoSI - no se detecta error
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ej bits cambiados) en los paquetes transmitidos (usado uacutenicamente en el nivel de transporte)
V20Capa de enlace 5-14
Comprobacioacuten de la Redundancia CiacuteclicaVer los bits de datos D como un nuacutemero binarioElegir un patroacuten de bits de r+1 (generador) GObjetivo elegir r bits de CRC R tal que
ltDRgt sea divisible exactamente por G (modulo 2) El receptor conoce G divide ltDRgt por G Si el resto no da cerose detecta el errorPuede detectar raacutefagas de error menores de r+1 bits
Se emplea mucho en la praacutectica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
V20Capa de enlace 5-15
Ejemplo de CRCSe desea
D2r XOR R = nGEs equivalente a
D2r = nG XOR R Equivale a
Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R
R = resto[ ]D2r
G
V20Capa de enlace 5-16
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-17
Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el Host
Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica
Cable compartido (ej Cable Ethernet)
RF compartida(ej 80211 WiFi)
RF compartida(sateacutelite)
Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)
V20Capa de enlace 5-18
Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia
Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple
Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal
No existe un canal separado para coordinacioacuten
V20Capa de enlace 5-19
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a
una velocidad R2 Cuando M nodos quieres transmitir cada uno puede
transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado
No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes
4 Simple
V20Capa de enlace 5-20
Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal
Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo
Acceso AleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesldquoRecuperarserdquo de las colisiones
ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-3
Iacutendice
51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-4
Capa de enlace IntroduccioacutenTerminologiacutea
hosts y routers son nodosLos canales de comunicacioacuten que conectan nodos adyacentes a traveacutes de la ruta de comunicaciones son enlaces
Enlaces cableadosEnlaces inalaacutembricosLANs
Un paquete del nivel 2 es una trama encapsula datagramas
La capa de enlace tiene laresponsabilidad de transferir datagramas de un nodo al nodo
fiacutesicamente adyacente a traveacutes de un enlace
V20Capa de enlace 5-5
La capa de enlace contextoLos datagramas son transferidos por diferentes protocolos de enlace sobre distintos enlaces
Ethernet como primer enlace frame relay como enlace intermedio y 80211 como uacuteltimo enlace
Cada protocolo de enlace proporciona diferentes servicios
Puede o no proporcionar retransmisioacuten sobre el enlace
Analogiacutea con los transportesViaje de Princeton a Lausana
Coche Princeton a JFKAvioacuten JFK a GinebraTren Ginebra a Lausana
turista = datagramaSegmento de transporte = enlace de comunicacioacutenModo de transporte = protocolo de la capa de enlaceAgencia de viajes = algoritmo de enrutado
V20Capa de enlace 5-6
Servicios de la capa de enlace (I)Entramado acceso al enlace
encapsula datagramas en una trama antildeade cabecera y colaAccede al canal si el medio es compartidoDirecciones ldquoMACrdquo se emplean en la cabecera de las tramas para identificar origen y destino
bull iexclDiferentes de las direcciones IPEntrega fiable entre nodos adyacentes
Rara vez se usan en canales con pocos errores (fibra oacuteptica coaxial par trenzado)Enlaces inalaacutembricos alta tasa de error
V20Capa de enlace 5-7
Servicios de la capa de enlace (II)Control de flujo
Adecuar la velocidad entre los nodos adyacentes origen y destino
Deteccioacuten de erroresErrores causados por la atenuacioacuten de la sentildeal ruido El receptor detecta la presencia de errores avisa al emisor para que retransmita o descarte la trama
Correccioacuten de erroresEl receptor identifica y corrige error(es) de bit sin necesidad de retransmisioacuten
Half-duplex y full-duplexCon half duplex ambos nodos de los extremos del enlace pueden transmitir pero no a la vez
V20Capa de enlace 5-8
iquestDoacutende se implementa la capa de enlace
En todos los HOSTsLa capa de enlace se implementa en el ldquoadaptadorrdquo (network interface card NIC)
Tarjetas Ethernet PCMCI 80211Implementa los enlaces de la capa fiacutesica
Conectado a los buses del hostsCombina hardware software firmware
controlador
fiacutesicotransmisioacuten
cpu memoria
host bus (ej PCI)
Tarjeta adaptadorade red
Esquema de host
aplicacioacutentransporte
Redenlace
Enlacefiacutesico
V20Capa de enlace 5-9
Comunicacioacuten entre adaptadores
EmisorEncapsula el datagrama en una tramaAntildeade bits para el control de errores control de flujo etc
ReceptorBusca errores control de flujo etcExtrae el datagrama y lo pasa a niveles superiores
controlador controlador
Host emisor Host receptor
datagrama datagrama
datagrama
trama
V20Capa de enlace 5-10
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-11
Deteccioacuten de erroresEDC= Bits de deteccioacuten y correccioacuten de errores (redundancia)D = Los datos protegidos mediante correccioacuten de errores pueden contener campos adicionales
bull iexclLa deteccioacuten de errores no es 100 fiablebull el protocolo puede perder algunos errores aunque rara vezbullEDC mayores mejoran la deteccioacuten y la correccioacuten
otherwise
V20Capa de enlace 5-12
Comprobacioacuten de la paridadParidad simpleDetecta errores de bit simples
Bits de paridad bidimensionalesDetectan y corrigen errores de bit simples
0 0
V20Capa de enlace 5-13
Suma de comprobacioacuten de Internet
EmisorLos bytes de datos se tratan como enteros de 16 bits y se sumanSe calcula el complemento a 1 de esta suma para formar la suma de comprobacioacutenEl emisor coloca este valor en la cabecera del segmento
ReceptorVuelve a realizar la suma de los datosComprueba si el resultado obtenido es el mismo que el recibido
NO - error detectadoSI - no se detecta error
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ej bits cambiados) en los paquetes transmitidos (usado uacutenicamente en el nivel de transporte)
V20Capa de enlace 5-14
Comprobacioacuten de la Redundancia CiacuteclicaVer los bits de datos D como un nuacutemero binarioElegir un patroacuten de bits de r+1 (generador) GObjetivo elegir r bits de CRC R tal que
ltDRgt sea divisible exactamente por G (modulo 2) El receptor conoce G divide ltDRgt por G Si el resto no da cerose detecta el errorPuede detectar raacutefagas de error menores de r+1 bits
Se emplea mucho en la praacutectica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
V20Capa de enlace 5-15
Ejemplo de CRCSe desea
D2r XOR R = nGEs equivalente a
D2r = nG XOR R Equivale a
Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R
R = resto[ ]D2r
G
V20Capa de enlace 5-16
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-17
Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el Host
Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica
Cable compartido (ej Cable Ethernet)
RF compartida(ej 80211 WiFi)
RF compartida(sateacutelite)
Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)
V20Capa de enlace 5-18
Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia
Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple
Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal
No existe un canal separado para coordinacioacuten
V20Capa de enlace 5-19
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a
una velocidad R2 Cuando M nodos quieres transmitir cada uno puede
transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado
No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes
4 Simple
V20Capa de enlace 5-20
Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal
Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo
Acceso AleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesldquoRecuperarserdquo de las colisiones
ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-5
La capa de enlace contextoLos datagramas son transferidos por diferentes protocolos de enlace sobre distintos enlaces
Ethernet como primer enlace frame relay como enlace intermedio y 80211 como uacuteltimo enlace
Cada protocolo de enlace proporciona diferentes servicios
Puede o no proporcionar retransmisioacuten sobre el enlace
Analogiacutea con los transportesViaje de Princeton a Lausana
Coche Princeton a JFKAvioacuten JFK a GinebraTren Ginebra a Lausana
turista = datagramaSegmento de transporte = enlace de comunicacioacutenModo de transporte = protocolo de la capa de enlaceAgencia de viajes = algoritmo de enrutado
V20Capa de enlace 5-6
Servicios de la capa de enlace (I)Entramado acceso al enlace
encapsula datagramas en una trama antildeade cabecera y colaAccede al canal si el medio es compartidoDirecciones ldquoMACrdquo se emplean en la cabecera de las tramas para identificar origen y destino
bull iexclDiferentes de las direcciones IPEntrega fiable entre nodos adyacentes
Rara vez se usan en canales con pocos errores (fibra oacuteptica coaxial par trenzado)Enlaces inalaacutembricos alta tasa de error
V20Capa de enlace 5-7
Servicios de la capa de enlace (II)Control de flujo
Adecuar la velocidad entre los nodos adyacentes origen y destino
Deteccioacuten de erroresErrores causados por la atenuacioacuten de la sentildeal ruido El receptor detecta la presencia de errores avisa al emisor para que retransmita o descarte la trama
Correccioacuten de erroresEl receptor identifica y corrige error(es) de bit sin necesidad de retransmisioacuten
Half-duplex y full-duplexCon half duplex ambos nodos de los extremos del enlace pueden transmitir pero no a la vez
V20Capa de enlace 5-8
iquestDoacutende se implementa la capa de enlace
En todos los HOSTsLa capa de enlace se implementa en el ldquoadaptadorrdquo (network interface card NIC)
Tarjetas Ethernet PCMCI 80211Implementa los enlaces de la capa fiacutesica
Conectado a los buses del hostsCombina hardware software firmware
controlador
fiacutesicotransmisioacuten
cpu memoria
host bus (ej PCI)
Tarjeta adaptadorade red
Esquema de host
aplicacioacutentransporte
Redenlace
Enlacefiacutesico
V20Capa de enlace 5-9
Comunicacioacuten entre adaptadores
EmisorEncapsula el datagrama en una tramaAntildeade bits para el control de errores control de flujo etc
ReceptorBusca errores control de flujo etcExtrae el datagrama y lo pasa a niveles superiores
controlador controlador
Host emisor Host receptor
datagrama datagrama
datagrama
trama
V20Capa de enlace 5-10
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-11
Deteccioacuten de erroresEDC= Bits de deteccioacuten y correccioacuten de errores (redundancia)D = Los datos protegidos mediante correccioacuten de errores pueden contener campos adicionales
bull iexclLa deteccioacuten de errores no es 100 fiablebull el protocolo puede perder algunos errores aunque rara vezbullEDC mayores mejoran la deteccioacuten y la correccioacuten
otherwise
V20Capa de enlace 5-12
Comprobacioacuten de la paridadParidad simpleDetecta errores de bit simples
Bits de paridad bidimensionalesDetectan y corrigen errores de bit simples
0 0
V20Capa de enlace 5-13
Suma de comprobacioacuten de Internet
EmisorLos bytes de datos se tratan como enteros de 16 bits y se sumanSe calcula el complemento a 1 de esta suma para formar la suma de comprobacioacutenEl emisor coloca este valor en la cabecera del segmento
ReceptorVuelve a realizar la suma de los datosComprueba si el resultado obtenido es el mismo que el recibido
NO - error detectadoSI - no se detecta error
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ej bits cambiados) en los paquetes transmitidos (usado uacutenicamente en el nivel de transporte)
V20Capa de enlace 5-14
Comprobacioacuten de la Redundancia CiacuteclicaVer los bits de datos D como un nuacutemero binarioElegir un patroacuten de bits de r+1 (generador) GObjetivo elegir r bits de CRC R tal que
ltDRgt sea divisible exactamente por G (modulo 2) El receptor conoce G divide ltDRgt por G Si el resto no da cerose detecta el errorPuede detectar raacutefagas de error menores de r+1 bits
Se emplea mucho en la praacutectica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
V20Capa de enlace 5-15
Ejemplo de CRCSe desea
D2r XOR R = nGEs equivalente a
D2r = nG XOR R Equivale a
Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R
R = resto[ ]D2r
G
V20Capa de enlace 5-16
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-17
Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el Host
Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica
Cable compartido (ej Cable Ethernet)
RF compartida(ej 80211 WiFi)
RF compartida(sateacutelite)
Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)
V20Capa de enlace 5-18
Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia
Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple
Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal
No existe un canal separado para coordinacioacuten
V20Capa de enlace 5-19
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a
una velocidad R2 Cuando M nodos quieres transmitir cada uno puede
transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado
No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes
4 Simple
V20Capa de enlace 5-20
Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal
Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo
Acceso AleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesldquoRecuperarserdquo de las colisiones
ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-7
Servicios de la capa de enlace (II)Control de flujo
Adecuar la velocidad entre los nodos adyacentes origen y destino
Deteccioacuten de erroresErrores causados por la atenuacioacuten de la sentildeal ruido El receptor detecta la presencia de errores avisa al emisor para que retransmita o descarte la trama
Correccioacuten de erroresEl receptor identifica y corrige error(es) de bit sin necesidad de retransmisioacuten
Half-duplex y full-duplexCon half duplex ambos nodos de los extremos del enlace pueden transmitir pero no a la vez
V20Capa de enlace 5-8
iquestDoacutende se implementa la capa de enlace
En todos los HOSTsLa capa de enlace se implementa en el ldquoadaptadorrdquo (network interface card NIC)
Tarjetas Ethernet PCMCI 80211Implementa los enlaces de la capa fiacutesica
Conectado a los buses del hostsCombina hardware software firmware
controlador
fiacutesicotransmisioacuten
cpu memoria
host bus (ej PCI)
Tarjeta adaptadorade red
Esquema de host
aplicacioacutentransporte
Redenlace
Enlacefiacutesico
V20Capa de enlace 5-9
Comunicacioacuten entre adaptadores
EmisorEncapsula el datagrama en una tramaAntildeade bits para el control de errores control de flujo etc
ReceptorBusca errores control de flujo etcExtrae el datagrama y lo pasa a niveles superiores
controlador controlador
Host emisor Host receptor
datagrama datagrama
datagrama
trama
V20Capa de enlace 5-10
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-11
Deteccioacuten de erroresEDC= Bits de deteccioacuten y correccioacuten de errores (redundancia)D = Los datos protegidos mediante correccioacuten de errores pueden contener campos adicionales
bull iexclLa deteccioacuten de errores no es 100 fiablebull el protocolo puede perder algunos errores aunque rara vezbullEDC mayores mejoran la deteccioacuten y la correccioacuten
otherwise
V20Capa de enlace 5-12
Comprobacioacuten de la paridadParidad simpleDetecta errores de bit simples
Bits de paridad bidimensionalesDetectan y corrigen errores de bit simples
0 0
V20Capa de enlace 5-13
Suma de comprobacioacuten de Internet
EmisorLos bytes de datos se tratan como enteros de 16 bits y se sumanSe calcula el complemento a 1 de esta suma para formar la suma de comprobacioacutenEl emisor coloca este valor en la cabecera del segmento
ReceptorVuelve a realizar la suma de los datosComprueba si el resultado obtenido es el mismo que el recibido
NO - error detectadoSI - no se detecta error
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ej bits cambiados) en los paquetes transmitidos (usado uacutenicamente en el nivel de transporte)
V20Capa de enlace 5-14
Comprobacioacuten de la Redundancia CiacuteclicaVer los bits de datos D como un nuacutemero binarioElegir un patroacuten de bits de r+1 (generador) GObjetivo elegir r bits de CRC R tal que
ltDRgt sea divisible exactamente por G (modulo 2) El receptor conoce G divide ltDRgt por G Si el resto no da cerose detecta el errorPuede detectar raacutefagas de error menores de r+1 bits
Se emplea mucho en la praacutectica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
V20Capa de enlace 5-15
Ejemplo de CRCSe desea
D2r XOR R = nGEs equivalente a
D2r = nG XOR R Equivale a
Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R
R = resto[ ]D2r
G
V20Capa de enlace 5-16
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-17
Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el Host
Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica
Cable compartido (ej Cable Ethernet)
RF compartida(ej 80211 WiFi)
RF compartida(sateacutelite)
Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)
V20Capa de enlace 5-18
Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia
Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple
Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal
No existe un canal separado para coordinacioacuten
V20Capa de enlace 5-19
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a
una velocidad R2 Cuando M nodos quieres transmitir cada uno puede
transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado
No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes
4 Simple
V20Capa de enlace 5-20
Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal
Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo
Acceso AleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesldquoRecuperarserdquo de las colisiones
ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-9
Comunicacioacuten entre adaptadores
EmisorEncapsula el datagrama en una tramaAntildeade bits para el control de errores control de flujo etc
ReceptorBusca errores control de flujo etcExtrae el datagrama y lo pasa a niveles superiores
controlador controlador
Host emisor Host receptor
datagrama datagrama
datagrama
trama
V20Capa de enlace 5-10
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-11
Deteccioacuten de erroresEDC= Bits de deteccioacuten y correccioacuten de errores (redundancia)D = Los datos protegidos mediante correccioacuten de errores pueden contener campos adicionales
bull iexclLa deteccioacuten de errores no es 100 fiablebull el protocolo puede perder algunos errores aunque rara vezbullEDC mayores mejoran la deteccioacuten y la correccioacuten
otherwise
V20Capa de enlace 5-12
Comprobacioacuten de la paridadParidad simpleDetecta errores de bit simples
Bits de paridad bidimensionalesDetectan y corrigen errores de bit simples
0 0
V20Capa de enlace 5-13
Suma de comprobacioacuten de Internet
EmisorLos bytes de datos se tratan como enteros de 16 bits y se sumanSe calcula el complemento a 1 de esta suma para formar la suma de comprobacioacutenEl emisor coloca este valor en la cabecera del segmento
ReceptorVuelve a realizar la suma de los datosComprueba si el resultado obtenido es el mismo que el recibido
NO - error detectadoSI - no se detecta error
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ej bits cambiados) en los paquetes transmitidos (usado uacutenicamente en el nivel de transporte)
V20Capa de enlace 5-14
Comprobacioacuten de la Redundancia CiacuteclicaVer los bits de datos D como un nuacutemero binarioElegir un patroacuten de bits de r+1 (generador) GObjetivo elegir r bits de CRC R tal que
ltDRgt sea divisible exactamente por G (modulo 2) El receptor conoce G divide ltDRgt por G Si el resto no da cerose detecta el errorPuede detectar raacutefagas de error menores de r+1 bits
Se emplea mucho en la praacutectica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
V20Capa de enlace 5-15
Ejemplo de CRCSe desea
D2r XOR R = nGEs equivalente a
D2r = nG XOR R Equivale a
Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R
R = resto[ ]D2r
G
V20Capa de enlace 5-16
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-17
Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el Host
Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica
Cable compartido (ej Cable Ethernet)
RF compartida(ej 80211 WiFi)
RF compartida(sateacutelite)
Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)
V20Capa de enlace 5-18
Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia
Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple
Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal
No existe un canal separado para coordinacioacuten
V20Capa de enlace 5-19
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a
una velocidad R2 Cuando M nodos quieres transmitir cada uno puede
transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado
No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes
4 Simple
V20Capa de enlace 5-20
Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal
Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo
Acceso AleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesldquoRecuperarserdquo de las colisiones
ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-11
Deteccioacuten de erroresEDC= Bits de deteccioacuten y correccioacuten de errores (redundancia)D = Los datos protegidos mediante correccioacuten de errores pueden contener campos adicionales
bull iexclLa deteccioacuten de errores no es 100 fiablebull el protocolo puede perder algunos errores aunque rara vezbullEDC mayores mejoran la deteccioacuten y la correccioacuten
otherwise
V20Capa de enlace 5-12
Comprobacioacuten de la paridadParidad simpleDetecta errores de bit simples
Bits de paridad bidimensionalesDetectan y corrigen errores de bit simples
0 0
V20Capa de enlace 5-13
Suma de comprobacioacuten de Internet
EmisorLos bytes de datos se tratan como enteros de 16 bits y se sumanSe calcula el complemento a 1 de esta suma para formar la suma de comprobacioacutenEl emisor coloca este valor en la cabecera del segmento
ReceptorVuelve a realizar la suma de los datosComprueba si el resultado obtenido es el mismo que el recibido
NO - error detectadoSI - no se detecta error
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ej bits cambiados) en los paquetes transmitidos (usado uacutenicamente en el nivel de transporte)
V20Capa de enlace 5-14
Comprobacioacuten de la Redundancia CiacuteclicaVer los bits de datos D como un nuacutemero binarioElegir un patroacuten de bits de r+1 (generador) GObjetivo elegir r bits de CRC R tal que
ltDRgt sea divisible exactamente por G (modulo 2) El receptor conoce G divide ltDRgt por G Si el resto no da cerose detecta el errorPuede detectar raacutefagas de error menores de r+1 bits
Se emplea mucho en la praacutectica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
V20Capa de enlace 5-15
Ejemplo de CRCSe desea
D2r XOR R = nGEs equivalente a
D2r = nG XOR R Equivale a
Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R
R = resto[ ]D2r
G
V20Capa de enlace 5-16
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-17
Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el Host
Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica
Cable compartido (ej Cable Ethernet)
RF compartida(ej 80211 WiFi)
RF compartida(sateacutelite)
Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)
V20Capa de enlace 5-18
Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia
Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple
Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal
No existe un canal separado para coordinacioacuten
V20Capa de enlace 5-19
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a
una velocidad R2 Cuando M nodos quieres transmitir cada uno puede
transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado
No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes
4 Simple
V20Capa de enlace 5-20
Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal
Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo
Acceso AleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesldquoRecuperarserdquo de las colisiones
ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-13
Suma de comprobacioacuten de Internet
EmisorLos bytes de datos se tratan como enteros de 16 bits y se sumanSe calcula el complemento a 1 de esta suma para formar la suma de comprobacioacutenEl emisor coloca este valor en la cabecera del segmento
ReceptorVuelve a realizar la suma de los datosComprueba si el resultado obtenido es el mismo que el recibido
NO - error detectadoSI - no se detecta error
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ej bits cambiados) en los paquetes transmitidos (usado uacutenicamente en el nivel de transporte)
V20Capa de enlace 5-14
Comprobacioacuten de la Redundancia CiacuteclicaVer los bits de datos D como un nuacutemero binarioElegir un patroacuten de bits de r+1 (generador) GObjetivo elegir r bits de CRC R tal que
ltDRgt sea divisible exactamente por G (modulo 2) El receptor conoce G divide ltDRgt por G Si el resto no da cerose detecta el errorPuede detectar raacutefagas de error menores de r+1 bits
Se emplea mucho en la praacutectica (Ethernet 80211 WiFi ATM)
V20Capa de enlace 5-15
Ejemplo de CRCSe desea
D2r XOR R = nGEs equivalente a
D2r = nG XOR R Equivale a
Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R
R = resto[ ]D2r
G
V20Capa de enlace 5-16
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-17
Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el Host
Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica
Cable compartido (ej Cable Ethernet)
RF compartida(ej 80211 WiFi)
RF compartida(sateacutelite)
Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)
V20Capa de enlace 5-18
Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia
Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple
Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal
No existe un canal separado para coordinacioacuten
V20Capa de enlace 5-19
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a
una velocidad R2 Cuando M nodos quieres transmitir cada uno puede
transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado
No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes
4 Simple
V20Capa de enlace 5-20
Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal
Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo
Acceso AleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesldquoRecuperarserdquo de las colisiones
ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-15
Ejemplo de CRCSe desea
D2r XOR R = nGEs equivalente a
D2r = nG XOR R Equivale a
Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R
R = resto[ ]D2r
G
V20Capa de enlace 5-16
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-17
Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el Host
Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica
Cable compartido (ej Cable Ethernet)
RF compartida(ej 80211 WiFi)
RF compartida(sateacutelite)
Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)
V20Capa de enlace 5-18
Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia
Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple
Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal
No existe un canal separado para coordinacioacuten
V20Capa de enlace 5-19
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a
una velocidad R2 Cuando M nodos quieres transmitir cada uno puede
transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado
No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes
4 Simple
V20Capa de enlace 5-20
Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal
Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo
Acceso AleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesldquoRecuperarserdquo de las colisiones
ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-17
Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el Host
Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica
Cable compartido (ej Cable Ethernet)
RF compartida(ej 80211 WiFi)
RF compartida(sateacutelite)
Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)
V20Capa de enlace 5-18
Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia
Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple
Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal
No existe un canal separado para coordinacioacuten
V20Capa de enlace 5-19
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a
una velocidad R2 Cuando M nodos quieres transmitir cada uno puede
transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado
No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes
4 Simple
V20Capa de enlace 5-20
Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal
Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo
Acceso AleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesldquoRecuperarserdquo de las colisiones
ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-19
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a
una velocidad R2 Cuando M nodos quieres transmitir cada uno puede
transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado
No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes
4 Simple
V20Capa de enlace 5-20
Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal
Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo
Acceso AleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesldquoRecuperarserdquo de las colisiones
ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-21
Protocolos MAC de reparto del canal TDMA
TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6-estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados
1 3 4 1 3 4
trama con 6espacios
V20Capa de enlace 5-22
Protocolos MAC de reparto del canal FDMA
FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas
band
as d
e fr
ecue
ncia tiempo
cable FDM
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-23
Protocolos de acceso aleatorio
Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso aleatorio especifica
Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej retransmisioacuten demorada)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA
V20Capa de enlace 5-24
ALOHA ranurado (I)Suposiciones
Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten
OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-25
ALOHA ranurado (II)
ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple
ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten
V20Capa de enlace 5-26
Eficiencia del Aloha ranurado
suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1
La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1
Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1
Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1
cuando N tiende a infinito da
Eficiencia maacutexima = 1e = 037
Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)
iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-27
ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama
Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta
La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]
V20Capa de enlace 5-28
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x
P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito
= 1(2e) = 018
iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-29
CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completa
Si el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan
V20Capa de enlace 5-30
Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro
ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa
Diagrama espacio tiempo de los nodos
A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-31
CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida
como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal
Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea conversacioacuten educada
V20Capa de enlace 5-32
CSMACD deteccioacuten de colisioacuten
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-33
Protocolos MAC de toma de turnos
Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo
Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones
Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones
V20Capa de enlace 5-34
Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo
El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta
Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro
master
esclavos
sondeo
datos
datos
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-35
Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo
Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta
Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)
T
datos
(nada queenviar)
T
V20Capa de enlace 5-36
Resumen de los protocolos MAC
Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia
Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211
Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-37
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-38
Direcciones MAC y ARP (I)
Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)
bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-39
Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten de difusioacuten =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableada oinalaacutembrica)
V20Capa de enlace 5-40
Direccioacuten LAN (y maacutes)
IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea
(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal
Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra
La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten
conectados los equipos
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-41
ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones
Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red
lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)
iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
V20Capa de enlace 5-42
Protocolo ARP dentro de la misma LAN
A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete
B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC
La trama se enviacutea uacutenicamente a A
A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria
Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-43
Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-44
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
IP src 111111111111IP dest 222222222222
A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-45
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55
A
IPEthPhy
Trama enviada de A a R
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B
IPEthPhy
Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP
22222222222249-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
B
V20Capa de enlace 5-46
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-47
Direccionamiento enrutado a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
IPEthPhy
V20Capa de enlace 5-48
R
1A-23-F9-CD-06-9B222222222220
111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
22222222222188-B2-2F-54-1A-0F
BA
IP src 111111111111IP dest 222222222222
MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A
IPEthPhy
Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-49
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-50
EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo
Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps
Esquema Ethernet de Metcalfe
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-51
Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90
Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)
conmutador
bus cable coaxial estrella
V20Capa de enlace 5-52
Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet
Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y
del receptor
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-53
Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes
Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama
Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta
V20Capa de enlace 5-54
Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable
Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor
Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos
Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
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7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
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Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-55
Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama
del nivel de red y crea la trama
2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite
3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama
4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia
5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2
V20Capa de enlace 5-56
Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits
Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en
Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos
Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo
Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor
Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023
Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-57
Eficiencia del protocolo CSMACD
Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo
La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito
Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
V20Capa de enlace 5-58
Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace
Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes
El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable
aplicacioacutenTransporte
RedEnlacefiacutesica
Protocolo MACy formato de trama
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
Fibra oacutepticaCapa fiacutesica
Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-59
Codificacioacuten Manchester
Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor
No requiere un reloj centralizado entre nodos
V20Capa de enlace 5-60
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
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hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
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Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
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4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-61
ConcentradoresActuacutean a nivel fiacutesico solamente son repetidores
Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones
par trenzado
concentrador
V20Capa de enlace 5-62
ConmutadorDispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador
Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento
TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores
Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
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A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-63
Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples
Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones
No es posible con concentradores
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
Conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-64
Tabla de conmutacioacuten
P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene
(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)
Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
conmutador con seis interfaces(123456)
1 2 345
6
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-65
Conmutador autoaprendizaje
El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host
Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Origen ADestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60
V20Capa de enlace 5-66
Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la
direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino
ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que
llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz
requeridaSI NO difundir
Reenviar por todos menos por donde llega
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-67
Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
OrigenDestino Arsquo
Dire MAC Interfaz TTL
A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir
Arsquo A
Destino A conocido
Arsquo 4 60
Enviacuteo selectivo
Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)
V20Capa de enlace 5-68
Interconectando conmutadores
Los conmutadores pueden conectarse a otros
A
B
P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-69
Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde
a C
P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4
A
B
S1
C D
E
FS2
S4
S3
HI
G
12
V20Capa de enlace 5-70
Red institucional
A la red externa
router
Subred IP
Servidor de correo
Servidor Web
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-71
Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean
routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)
routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
redenlacefiacutesico
enlacefiacutesico
conmutador
datagrama
aplicacioacutentransporte
redenlacefiacutesico
tramatrama
tramadatagrama
V20Capa de enlace 5-72
VLANs motivacioacuten
iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico
Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)
Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso
InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica
Ingenieriacutea deComputadores
iquestQueacute error hay en este esquema
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
hellip
1
82
7 9
1610
15
hellip
Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
1
8
9
16102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
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Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
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Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
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4 6 816
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V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
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Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-73
VLANsVLAN basada en puertos puertos del
conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip
conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica
Virtual Local Area Network
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Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
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Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)
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Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)
hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales
V20Capa de enlace 5-74
VLAN basada en puertos
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Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
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Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8
Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos
Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs
router
Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados
En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
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Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
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Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
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V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-75
VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores
Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores
Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales
1
8
9
102
7
hellip
Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)
Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)
15
hellip
2
73
Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf
5
4 6 816
1
V20Capa de enlace 5-76
Type
2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)
Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bit VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)
CRC recalculado
Formato de trama 8021Q VLAN
trama 8021
trama 8021Q
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-77
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-78
Control de enlace de datos punto a punto
Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten
Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI
Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-79
PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace
Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo
Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red
V20Capa de enlace 5-80
Requisitos no contemplados por PPP
No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto
Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-81
Trama de datos PPP (I)
Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)
V20Capa de enlace 5-82
Trama de datos PPP (II)
info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-83
Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de
datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt
P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador
Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor
Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador
V20Capa de enlace 5-84
Rellenado de bytes (II)
El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar
Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-85
Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos
de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa
Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP
V20Capa de enlace 5-86
Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Correccioacuten y deteccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Direccionamiento de la capa de enlace55 Ethernet56 Conmutadores de la capa de enlace57 PPP58 Enlaces virtuales MPLS59 Un diacutea en la vida de una solicitud Web
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
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Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-87
Virtualizacioacuten de redes
Virtualizacioacuten de recursos es una poderosa abstraccioacuten en ingenieriacutea de sistemasEjemplos en computadores memoria virtual dispositivos virtuales maacutequinas virtuales
Maacutequinas virtuales ej javaSistema Operativo IBM VM desde 1960rsquos70rsquos
Abstraccioacuten en capas no tratas en detalle con las capas inferiores solamente te comunicas de manera abstracta con ellas
V20Capa de enlace 5-88
Internet virtualizando redes (I)
1974 muacuteltiples redes no conexas
ARPAnetDatos sobre redes cableadasRedes de paquetes por sateacutelite (Aloha)Redes de paquetes por radio
hellip difieren enConvenio para las direccionesFormato de paquetesRecuperacioacuten de redesenrutado
ARPAnet Red por sateacutelite
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
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8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-89
Internet virtualizando redes (II)
ARPAnet Red sateacutelite
pasarela
Capa internet (IP) direccionamiento aparece simple y uacutenica a pesar de la heterogeneidad de redes por debajoRed de redes
Pasarela Encapsula o extrae paquetes de internet en el al formato de paquetes localesEnruta el paquete a la siguiente pasarela
V20Capa de enlace 5-90
Arquitectura Internet de Cerf y Kahn
iquestQueacute se virtualizaDos capas de direccionamiento direccionamiento de internet y direccionamiento localLa nueva capa (IP) hace todo homogeacuteneo en la capa de internetTecnologiacutea de red subyacente
cablesateacuteliteModem telefoacutenico a 56kHoy ATM MPLS
hellip Invisible a nivel Internet
V20Capa de enlace 5-91
ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
V20Capa de enlace 5-92
Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
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A
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in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
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in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
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Tablas MPLS
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ATM y MPLS
ATM MPLS redes separadasdiferentes modelos de servicio
direccionamientos enrutados de internetVistos por internet como enlaces loacutegicos que conectan routers IPATM MPLS presentan intereacutes teacutecnico por siacutemismas
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Asynchronous Transfer Mode ATM1990rsquos00 estaacutendard para alta velocidad (155Mbps a 622 Mbps y maacutes) arquitectura de Red Digital de Servicios Integrados de Banda AnchaObjetivo integrar transporte entre extremos de voz video datos
temporizacioacutenQoS requisitos de voz video (vs Internet)Telefoniacutea de proacutexima generacioacuten nuevos cimientos teacutecnicos en telefoniacuteaConmutacioacuten de paquetes (paquetes de longitud fija llamados ldquoceldasrdquo) empleando circuitos virtuales
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
Copia ideas de los Circuitos Virtuales (VC)Pero los datagramas IP todaviacutea contienen las direcciones IP
CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
V20Capa de enlace 5-94
MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
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100
A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
0
8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-93
Conmutacioacuten de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
Objetivo inicial acelerar enviacuteos IP empleando etiquetas de longitud fija (en lugar de direcciones IP) para realizar el enviacuteo
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CabeceraPPP o Ethernet
Cabecera IP Resto de la trama de enlaceCabecera
MPLS
etiqueta Exp S TTL
20 3 1 5
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MPLS compatibilidad de routers
Se les llama routers de conmutacioacuten de etiquetasEnviacutean los paquetes a la interfaz de salida basaacutendose soacutelo en el valor de la etiqueta (no inspeccionan la direccioacuten IP)
La tabla MPLS es diferente a la tabla IPSe necesita un protocolo de sentildealizacioacutenDeben coexistir con routers que solamente tengan compatibilidad IP
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
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A
R6
in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
in out outlabel label dest interface
10 A 012 D 0
1
in out outlabel label dest interface
8 6 A 0
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8 A 1
Tablas MPLS
V20Capa de enlace 5-95
R1R2
DR3R4
R50
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in out outlabel label dest interface
6 - A 0
in out outlabel label dest interface
10 6 A 112 9 D 0
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10 A 012 D 0
1
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8 6 A 0
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Tablas MPLS