Tema 3. Xarxes de Commutació de paquets (2014)

Resumen Catalán
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería Telemática - 1º curso
Asignatura F.T. Fonaments Telemàtica
Año del apunte 2014
Páginas 15
Fecha de subida 04/11/2014
Descargas 27
Subido por

Vista previa del texto

Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   TEMA 3. Xarxes de Commutació de Paquets 1.Introducció 2.Protocol IP 3.Protocols ICMO, TCP i HTTP 4.Reptes i futur 5.Annex 1. Introducció 1.1. Resum Les Xarxes de Commutació de paquets tenen varies caracteristiques: -La informació es divideix en paquets. Aquets paquets tenen una capçalera la qual està formada per camps. A més a més la informació en format PDU estan al nivell superior.
-La commutació de paquets en els seus nodes s’implementen cues a l’entrada i sortida d’aquets, és a dir als enllaços.
-La mida de cada paquet és fixa, per exemple ATM. (ATM facilita la commutació). També la variable (per exemple la IP) és més flexible.
-Les xarxes de commutació es poden dividir en dos tipus de mode; Mode Datagrama i Mode Circuit Virtual. Cada una té les seves caracteristiques i funcions explicades al tema 2.
Utilitzar aquest tipus de Xarxes té inconvenients i avantatges. (Tema 2) A més a més tenim el fet que es produeix quan hi ha sobrecàrrega. Depenent en quin mode estiguem passarà una cosa o una altre. Per exemple; bloqueig, perdua d’informació...
1.2. Introducció Internet va ser una idea del exercit nortamericà 1969 (Protocol IP), és feia anomenar ARPANET. La idea era crear una xarxa que funciones a partir de xarxes amb diferentes tecnologies on no estigues centralitzat, sinó que tots els nodes s’entenguessin entre els altres. És a dir, si un node cau els demés es poden entendre entre ells.
1981-> Protocol TCP (No ha estat modificat desde la seva cració).
1986->La xarxa va deixar de ser militar per ser una xarxa de recinte educatiu, i no gaire més endavant una xarxa comercial.
1991-> És va crar la WAN1996-> És va crar l’Internet en els mobils. El primer mobil amb internet va ser Nokia.
Internet és format a partir de multitud de xarxes físiques interconnectades.
Per exemple:   1   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   Estructura Internet: -Descentralitzada (tots els nodes s’entenen entre sí mitjançant el protocol IP per saber com distribuir l’informació).
-Té una topologia irregular o dit d’una altre manera semi-mallada.
-És escalable. És a dir, és molt fàcil d’afegir nous nodes i noves xarxes, encara que hi hagi algun problema en algun node, sempre hi haura alguna manera de transmetre l’informació.
*Protocol IP: Conjunt de regles que fan que aquesta xarxa funcioni. Funcions: -Permet definir una sola xarxa desde el punt de vista llògic.
-Servei d’entrega de paquets.
-Amaga les caracteristiques de les xarxes físiques subjacents.
El protocol IP funciona entre tots els terminals.
·Pila de protocols TCP/IP i característiques: -L’arquitectura és robusta i escalable (segueix el model OS).
-Hi ha una gran varietat de entorns (conjunt de xarxes físiques conectades a través de routers).
  2   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   *Xarxa IP: Ens referim a una xarxa concreta que esta utilitzant el protocol IP. (Són administrades per una mateixa entitat). S’anomena: Sistema Autonom.
*Internet: Proporciona accés a totes les xarxes IP autonomes (tot esta conectat amb tot). Internet és una xarxa de area local (poc abast), que és privada. És a dir, té un accés restringit. Aquesta està proporcionada per una única entitat.
*Intranet: Xarxa privada d’àrea local administrada per una única entitat. Són areas d’acces restringides.
*Intranets i Internet: Utilitzen les mateixes tecnologies fonamentals (IP).
2. Protocol IP (Protocol d’Internet) 2.1. Característiques -No és fiable (el protocol IP permet que la informació s’envia pero no garantitza que l’informació hagi arrivat correctament).
-No està orientada a connexió (utilitza commutació de paquets en mode Datagrama).
-Best effort (“és fa el que es pot”. Tota l’informació que “emute” el protocol IP no distingeix les fonts per igual. És a dir no prioritza la informació, per a totes és igual.
-Modes de comunicació suportats: -UNICAST: una font i un destí -MULTICAST: una font i variis destins -BROADCAST: una font i està destinat a tots els destins.
-ANYCAST: una font i almenys un dels diversos destinataris.
2.2. Adreçament -Direcció IP: nom amb el que es coneix una direcció d’internet. Per exemple: IPv4-> longitud de 32 bits -S’assigna una interfície a al xarxa. Si un ordinador té 2 interfícies és necessari una direcció per cada una, encara que normalment és 1 sola interfície.
-Estructurada mitjançant una jerarquia de dos parts; Red i Host. Host és el número de interfícies.
  3   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   Assignació de direcció IP: Una autoritat (IANA) assigna un identificador de la xarxa. L’operador de la xarxa assigna una direcció IP única per cada host o usuari amb el prefixe de la xarxa corresponent. Els primers dígits (Per exemple: 147.83) són obligatoris. La resta de dígits els escolleix l’orperador de la xarxa.
Tipus de Direccions IP Unicast: (practicament totes les IP són UNICAST) ·Classe A: 8 bits (identificador de la xarxa) i 24 bits -> host·Classe B: 16 bits (identificador de la xarxa) i 16 bits -> host ·Classe C: 24 bits (identificador de la xarxa) i 8 bits ->host Exemple: 1 4 7 . 8 3 . 1 1 3 . 3 5 -> classe B Id.  Xarxa   “IANA”   Numero   de  Host   Podem  assignar  216   numeros  de  Host   2.3. Estructura i dades d’un paquet IP ·Com distingim entre classes? (Que contenen les adreces IP) ·Format detallat d’un paquet IP   4   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   ·VERS Aquesta part és una versió del protocol IP emprat per a crear el paquet. Els emissors, receptors i routers han d’usar la mateixa versió del protocol. La versió actual té una longitud de 4 bits, tot hi que hi ha present una versió futurista de 6 bits.
·HLEN Aquesta part té una longitud de capçalera en paraules de 32 bits. El cas més habitual: -sense opcions ni farciment: 20 bytes (HLEN = 5) -Mida maxima de capçalera: 60 bytes (HLEN = 15) ·TYPE OF SERVICE Aquesta part especifica com el paquet hauria de ser tractat pels routers. Tot hi aixó la IP no garanteix el tipus de transport adquirit. Una funció del ‘type of service’ és indicar la toma de decisions d’encaminament. A la practica aquest apartat no s’ha de fer servir.
·TOTAL LENGTH La longitud del datagrama en bytes (capçalera + dades). Si el nivel 2 afegeix farciment, permet saber on acaba el paquet. És un camp de 16 bits; la mida máxima d’un datagrama IP: 216 - 1 Byte (= 64kB)   5   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   ·TIME TO LIVE És el temps que permet al datagrama que romangui a Internet. Els routers i els hosts decrementen el seu valor en una unitat. Si el TTL d’un paquet arriba a zero, el paquet es descarta. Aixó comporta que es notifiqui a l’event a la Font amb uhn missatge ICMP. A més a més garateix que un paquet no restarà infinitament a Internet.
·PROTOCOL El protocol especifica el protocol de nivel superior al qual pertanyen les dades del camp de dades. Per exemple: TCP: 6 i UDP: 17 ·HEADER CHECKSUM Assegura la integritat de la capçalera. Complement a un de la suma amb complement a un de totes les paraules de 16 bits de la capçalera. Només s’aplica a la capçalera. Aixó implica calculs més ràpids en els routers i hosts. I també protegeix la integritat de la part de dades: que té com a responsabilitat dels protocols superiors.
·SOURCE IP ADDRESS AND DESTINATION IP ADDRESS Source IP Address, és l’adreça IP de la màquina que genera el paquet. El ‘destination address’ és l’adreça IP de la màquina on es destina el paquet.
En la següent fotografia veiem l’adreça IP de la maquina on es destina el paquet. (Source and destination)   6   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   ·IP OPTIONS (IF ANY) On es posa IP Options (if any) i el Padding. Sabem que IP Options és un camp de direccions que pot estar o no. És un camp de longitud opcional que oscil.la entre 0 i 40 bits. Aquesta longitud oscil.la ja que la podem variar. El ‘IP options’ té varies funcions, el testeig i diagnòstic de la xarxa, l’encaminament i la seguretat.
·PADDING El padding és un camp opcional de longitud variable. Aquest camp és de ‘relleno’. Aquest camp són bits de més per a que el camp de options capiga.
És a dir, el padding és un camp que asegura que la mesura de la capçalera sigui un múltiple de 32 bits. A la practica el valor es tot zeros, si es el cas que existeix.
+ El tamany del camp de opcions i el de padding ha de ser un múltiple de 32 bits. Si el camp de opcions no es un multiple d’aquest, tenim el padding per a afegir el bits que ens faltin.
2.4. Encaminament. Multicast.
2.4.1. Encaminament.
Com arriba un paquet des d’un origen a una destinacio? Tenim una xarxa d’area local (LAN1). En l’exemple tenim topologies de bus, més concretament dues, en LAN 1 i en LAN 2. A la vegada aquestes dues están conectades a un WAN, per mitjà d’un router. El primer ordinador té una interficie de xarxa amb aquesta IP: 206.44.119.35. En el paquet es posa la direcció d’interficie de xarxa d’origen i la interficie de xarxa de destí. Amb aquesta información el paquet arrivarà a la interficie de xarxa de destí. El ruter es l’aparell que s’encarga de mirar la direcció de origen i de destí i enviarlo per la direcció correcta. Hem de tenir en conte que la direcció de origen i de destí no varien!!! Aixó es deu ja que el destí i l’orgen no varien, són estatics.
Aquest router que s’encarga d’enviar els paquets per on han d’anar, s’anomena “default Gateway”. Amb totes les xarxes (LAN’s) que tinguem estarán conectades a un router. Les xarxes tenen que estar definides per un router, per a que els paquets no es perdin. És a dir, les xarxes LAN están associades a un Router (default Gateway). Físicament un router pot estar conectat a un altre router.
  7   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   Per resumir, en un paquet hi viatja l’adreça d’origen i destí. El host (aparell comordinadors) envía el paquer al router de xarxa associat (default Gateway). I per últim el router analitza l’adreça de destí de la capçalera del paquet per saber on enviat-lo.
·Taula d’encaminament Quan un terminal envía un paquet IP, aquesta xarxa l’envia a un default Gateway = router, o millor dit ‘puerta de enlace por defecto’. El router (puerta de enlace por defecto que tiene conectado una o varias LAN’s), com sap on enviar aquest paquet? Tenim una taula que si sabem la dirección de xarxa la qual a la capçalera del paquet esta inscrita, podem saber el port pel qual sortira. És a dir, en l’exemple si tenim l’adreça de destí amb la IP de interficie de xarxa 156.17.0.0, sabem que el port de sortida ( o dit d’una altre manera l’interfície de sortida) és la numero 2. Si arriba un altre paquet amb l’adreça de destí IP 194.72.55.0 doncs mirant la taula sabem que el port de sortida será el numero 1. Per acabar si ens arriba un paquet i la IP no coincideix amb cap de la taula, la passem pel port 3, default. És a dir per defecte l’enviarà a un altre router per a que aquets busqui si té la IP per enviar aquest paquet al seu destí. Un paquet pot saltar molt routers fins a poder arrivar a un que tingui l’adreça correcta per enviar-lo al destí.
Per aquest motiu sabem que un paquet pot saltar per varios paisos, continents, ciutats… o no.
Per a resumir podriem dir que el paquet arriba a un nou router, i així successivament, fins que el paquet arriba a la xarxa destinació. El router de la xarxa destinació tindrà en copte el número de host, es a dir el numero de IP del ordinador o aparell.
En la fotografía que veiem a continuació podem observar la LAN que es una xarxa que esta conectada per defecte al router. També veiem varios enllaços, els quals poden contindre altres xarxes LAN. El router l’únic que li importa es saber on enviar els paquets, i per a fer-ho mirem la direcció IP del destí. Per exemple; la interfície IP de destí de un aparell és; 194.72.55.8, i la dirección on volem que arrivi el paquet será: 194.72.55.0. Aquesta última IP es la dirección de la xarxa, la seva identificació.
  8   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   El router només té en conta la dirección de destí. Només mira la direcció IP del destí per a poder procesar-la i saber on enviar-la.
A la taula el que tenim són varies direccions de xarxes de destí (p.x.194.72.55.8) , i més en concret la xarxa de destí (p.x. 194.72.55.0).
Un exemple pràctic sería: volem enviar un paquet a google amb la dirección de destí 350.00.0.0 (l’enviem per la interfície de sortida numero 3, tal i com veuriem per la taula). Tots els paquets que vagin destinats a google passaran per aquesta interfície ja que es el mateix destí.
En l’exemple anterior el qual la dirección IP de destí era: 206.44.119.35 i la direcció de destí es: 206.44.119.0 ja que es de classe C. Mirant els tres primers octets i miran la taula, el router sabra per quina interficie enviar el paquet. Quan aquest paquet arrivi al següent router el processarà i l’enviarà per la interfície adecuanda fins a arrivar al seu destí.
Per resumir podriem dir que el que es fa es mirar la dirección de la xarxa de la dirección IP de destí. Aquesta información estarà guardada a la capçalera del paquet.
-Caracteristiques: ·Les taules d’encaminament han d’actualitzar-se, ja que poden haverhi nous routerrs, caigudes (per canvis de topologies), congestió… a més a més hi ha un intercanvi periòdic d’informació entre els routers, sobre les xarxes a les quals tenen accés.
·La informació d’encaminament està distrubuïda entre els routers. En principi els routers haurien de tenir entrades les taules d’encaminament per a totes les xarxes possibles.
·Hi ha un criteri de compromís entre la Mida de la taula vs.
Optimització d’encaminament. Aixó és deu ja que no sempre el paquet anira per un recorregut òptim sinó que un paquet pot anar fent salts. Per exemple: un paquet va de 1 a 2, pero el router 1 no té la dirección IP de destí en la taula, així que l’envia per la interficie 3 (default). Aquesta està conectada al router 3, aquet llegeix la dirección IP de destí mirant la taula d’encaminament i sí la té. Envía el paquet per la intterficie numero 1 que està conectada al destí.
·Informació d’encaminament.
Successió de routers de nivel jerarquic diferent. Si volem enviar un paquet IP desde un PC de l’escola, pero resulta que el router de Castelldefels no té en la taula d’encaminament la IP de destí el qual aquest paquet va, així que l’envia per la interfície 3 ‘default’. Aquesta està conectada al router del campus nord, i aquesta tampoc la té. Aixi successivament fins arrivar a algún router que tingui en la taula la IP de destí i que el paquet pugui arrivar al desti.
  9   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   Si volguessim saber per on va el paquet que enviem des de l’ordinador de casa meva ho podem saber per mitjà d’aquestes dues pàgines web: – http://www.yougetsignal.com/tools/visual-tracert/ – http://cqcounter.com/traceroute 2.4.2. Multicast Per enviar l’informació de un pc a varios destins tenim dues formes de fer-ho; unicast i multicast.
Per enviar la mateixa información a varios destins ens es més eficient utilizar la comunicación multicast que la unicast. Aixó es deu ja que si utilitzem la comunicació unicast fem servir router que passarien la mateixa información varios cops. En canvi multicast evita fer tantes copies.
Avantatges de la comunicación multicast: la información que tenim en el router si passa varios cops aquesta información ha de procesar-la i enviarla, en canvi amb multicast no hauria de porcessar-la. Aixó es un avantatge ja que evita el trafic i el temps de procés.
IP Multicast Una de les caracteristiques de multicast seria definir una IP de varios destins.
Aquestes varies IP de destins serien un Grup Multicast. Per poder pertanyer en aquest grup multicast hi ha d’aver un dialeg entre router i estacions (IGMP). El IGMP es un protocol especificel qual els ruter saben si pertanyen en aquest grup de IP’s. (Internet Gateway Multicast Protocol).
El protocol d’encaminament Multicast es un protocol que els routers saben quan han de multiplicar l’informació i quan no.
La xarxa ‘OverLay’ es una xarxa que es sobreposada en la xarxa IP.
Per exemple el primer ruter que veiem de color blau ha de pansar i saber a que inferz enviar la información. La capa sobreposada multicast ja farà la funció de duplicar aquesta información per enviar-la al dos ruter continuus.
2.5. Fragmentació Cada xarxa física esta conectada a través de routers. Aquestes xarxes a la vegada poden estar conectades o no.
Tenim tres xarxes fisiques diferents. Xarxa física 1, 2 i 3. Aquestes están conectades a uns routers entre elles. Els paquets IP es crean en les estacions origen, i aquetes posen l’informació a les trames. Es a dir, els paquets IP han de viatjar encapsulats en trames. Aquestes trames vahn variant depenent de la capa física en la estiguem. El paquet IP es posa en uan trama i quan arriba ala següent capa física, es destrueix la capçalera i la cola i en quedem amb el paquet IP ‘real’.
  10   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   La capa física mira la información que hi ha a la capçalera de la IP per saber el destí i torna a posar-li una trama per ser enviada de nou a al segúent capa física.
Cada una de les capes fisiques te un tampany maxim de trames. S’anomena MTU (Maximum Transmission Unit). Es un cocepte que ens diu el tamany maxim de camp de dades d’una trama.
+La mida del paquet IP s’ha d’adaptar a les xarxes físiques o bé ha ser a l’inreves? Els paquets s’adapten a cada tipus de xarxa física, aixó es deu ja que cada capa física te una capacitat máxima que caben els paquets. Per aquest motiu es forma la fragmentació.
El paquet IP de 1500B de la xarxa física 1 no cap en unes MTU de 620B, aixi que el paquet IP es divideix en 3 parts. D’aquesta manera cada cada bloc d’aquest paquet pot passar perfectament per la cada física 2. Ho podem observar a la fotografía d’adalt.
·Diagrama de temps de l’operació de fragmentació Volem enviar un paquet de 1420B, és a dir el paquet original amb una capçalera més la cua. Després del seu temps de transmissió arriva al router.
Quan ha arrivat del tot, el router ha de fragmentar-lo en 3 ja que la xarxa física 2 només té una MTU de 620B. El divideix en tres fragments, Frag.1, Frag.2 i Frag.3. Quan arrivi el tercer fragment significa que el paquet ha arrivat completament.
  11   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   El router de la imatge anterior el que fa és l’envia tal qual li ha arribat. No junta els fragments, és a dir no els ensabla el ruter sinó que aixó ho fa el destí. És a dir, la màquina de destinació rejunta els fregaments, reconstruint el datagrama original. Si es perd algun fragment, es descarta la resta de fragments ja que no es podria rejuntar al destí.
·Procés de fragmentació: Per a poder fragmentar i ajuntar els paquets s’utilitzen camps de la capçalera IP, aquets camps són: (ACTIVITAT ATENEA) 3. Protocols ICMP, TCP i HTTP 3.1. Introducció ·TCP (Transmission Control Protocol): utilitza els servidors de la capa 3 i els seus serveis de les capes superiors.
El nivell TCP, té un dialeg entre els dos extrems TCP.
La intel·ligència que TCP suposa es troba en equips terminals, fa servir una conexió orientada extrem a extrem.
TCP-protocol que esta orientat a conexió. Un cop jo intercanvio informació estre ells ja hi ha una interconexió.
Es fiable a la entrega de datos. TCP se preocupa que totes les dades arrivin al destí. Si no arriven TCP s’encarrega de tornarles a demanar i tornarles a enviar. Comproven que arriva bé sempre.
Associar un terminal a un altre i garatitzar que la informació arriva al seu destí. Els nodes intermig no saben res de TCP. Més profunditzat a API.
·Protocols clàssics d’aplicació associats a Internet: -SMTP/POP3(IMAP4): transfereix missatges de correu electrònic.
-Telnet: primer protocol de internet. Té accés remot a una màquina.
-FTP: Protocol de transferència de fitxers.
-HTTP: transferència de pagines web.
+Aquets protocols clàssics utilitzen un servei TCP per garantitzar que arrivi l’informació.
·ICMP (Internet Control Messatge Protocol) Aquest protocol és una implementació obligatoria. Va ser definida l’any 1981. La IP no proporciona fiabilitat, és a dir no està dissenyat per a proporcional fiablitat. D’aixó se’n ocupen les capes superiors. ICMP proporciona ajuda a TCP. ICMP no proporciona fiablitat però proporciona mecanismes per al conrrol del funcionament de la xarxa: diagnostic de l’encaminament, congestió, fragmentació... i Reports d’error en els paquets.
Tot mòdul IP ha d’implementar ICMP.
Si es perd un missatge ICMP no és transmès. La xarxa ha de funcionar (tot i que pitjor) encara que es perdin paquets ICMP.
  12   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   Tenim dos tipus de missatges: Les comandes de petició i de resposta que contenen sol.licituds d’informació i els missatges d’error (provocats en processar un paquet IP).
·HTTP (HiperText Transfer Protocol) És una transferència de documents web, ofereix una forma de representar peticions i respostes. És un protocol de petició i resposta. Els servidors responen a les peticions dels clients. HTTP usa els serveis TCP/IP com a mecanisme fiable de transferència de dades. El protocol de transport TCP, port 80 (per defecte).
URL (Uniform Resource Locator), indica l’emplaçament d’un document web.
·Tipus de peticions: -GET: Petició d’un objecte o document.
-HEAD: Petició a la qual el servidor contesta amb només un fragment de l’objecte sol.licitat. També serveix per comprovar la connectivitat entre client i servidor.
-POST: permet que el client doni algun tipus d’informació al servidor (per exemple, a través d’un formulari).
·Parts d’una resposta: -Codi d’estat: -Headers: Proporcionen informació addicional sobre la resposta.
-Body: Inclou la informació que el servidor envia al client.
  13   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   4. Reptes i futur.
·Escassetat d’adreces IP: -Creixement d’Internet -Ineficàcia en l’aprofitament de l’espai d’adreces -Ipv6 (adreces IP de 128 bits) -Rangs privats d’adreces (amb NAT) ·Control descentralitzat Permet escalabilitat, però: -Els routers són gestionats per entitats administratives diferents.
-Inconsistències en un router podrien afectar la resta de la xarxa.
-No es garanteix l’existències de recursos (camins, memòria...)   14   Anna  Castán  Barón                                                                                                                                                                                              24/10/2014   UPC  Castelldefels   5. Annex Encapsulat d’un paquet IP a través de diferents xarxes físiques   15   ...



Comentario de slama en 2014-11-06 22:42:08