Sistemas Distribuidos

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Sistemas Distribuidos
Redes e interconexión de redes
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Performance

• Parámetros críticos
• ? Latencia (lat) tiempo requerido para
  transmitir
• un mensaje vacío (único paquete)
• ? determinada por sobrecarga de soft
• ? Data transfer rate (dtr) velocidad (bps)
• ? determinada por características del
  hard
• ? Tiempo para transmitir un mensaje (t)
• tlat longitud mensaje/dtr
• ? En SD los mensajes transmitidos son
  casi
• todos cortos y lat puede ser mayor que
  
• longitud mensaje/dtr
• ? Ancho de banda total del sistema mide el
  rendimiento de
• la red

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Tipos de redes

• Local area networks (LANs)
• ? Alta velocidad, en un edificio o campus
• ? Lo más típico Ethernet 100 Mbps
• Wide area networks (WANs)
• ? Baja velocidad, entre computadoras que
  están
• separadas por grandes distancias
• ? La actual performance no cubre los
• requerimientos de los SD ( lat 0.1-0.5
  seg,
• dtr 20-500 Kbs)
• Metropolitan area networks (MANs)
• ? A distancias no mayores a 50 km., basadas
  en
• fibra óptica (multimedia)

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Tipos de redes
Rango
Ancho de banda (Mbps)
Latencia (ms)
LAN
1-2 km
10-1.000
1-10
WAN
mundial
0,010-600
100-500
MAN
2-50 km
1-150
10
LAN inalámbrica
0,15-1,5 km
2-11
5-20
WAN inalámbrica
mundial
0,010-2
100-500
Internet
mundial
0,010-2
100-500
5
Protocolos
Capas conceptuales de un protocolo software
Mensaje recibido
Mensaje enviado
Capa n
Capa 2
Capa 1
Medio de comunicación
Emisor
Receptor
6
Protocolos
Capas de protocolos en el modelo de protocolos OSI
Mensaje recibido
Mensaje enviado
Capas
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace de datos
Física
Medio de comunicación
Emisor
Receptor
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Protocolos
El encapsulamiento según se aplica en los
protocolos multicapas
Mensaje de la capa de aplicación
Cabecera de presentación
Cabecera de sesión
Cabecera de transporte
Cabecera de red
8
Resumen del protocolo OSI
Capa
Descripción
Ejemplos
Aplicación
Protocolos diseñados para responder a los
requisitos de comunicación de aplicaciones
específicas, a menudo definiendo la interfaz a un
servicio.
HTTP, FTP, SMTP CORBA IIOP


Presentación
Los protocolos de este nivel transmiten datos en
una representación de datos de red independiente
de las utilizadas comúnmente en los computadores,
que pueden ser distintas. Si se necesitara, la
encriptación también se llevaría a cabo en este
nivel.
SSL, Representación de datos COBRA
En este nivel se implementa la fiabilidad y la
adaptación, tales como la detección de fallos y
la recuperación automática.
Sesión
Transporte
Éste es el nivel más bajo en el que se gestionan
mensajes (en lugar de paquetes). Los mensajes son
dirigidos a los puertos de comunicaciones
asociados a los procesos. Los protocolos de esta
capa pueden ser orientados a conexión o no.
TCP,
UDP
Red
Transfiere paquetes de datos entre computadores
en una red específica. En una WAN o en una
interred esto implica la generación de una ruta
de paso a través de los routers. En una LAN
simple no se necesita encaminamiento.
IP, circuitos virtuales ATM
MAC de Ethernet, transferencia de celdas ATM, PPP
Enlace de datos
Es responsable de la transmisión de paquetes
entre nodos que están conectados directamente por
un enlace físico. En una transmisión WAN será
entre pares de routers o entre un router y un
host. EN las LANs es entre cualquier par de hosts.
Física
Los circuitos y el hardware que dirigen la red.
Transmite secuencias de datos binarios mediante
señales binarias, utilizando modulación en
amplitud o en frecuencia de las señales
eléctricas (en los circuitos de cables), señales
ópticas (en los circuitos de fibra óptica) u
otras señales electromagnéticas (en los circuitos
de radio o microondas).
Señalización de banda- base Ethernet, ISDN
9
Dispositivos interredes y modelo OSI
Dispositivo Capa OSI
Repeater/Hub
Física Switch
Enlace de datos Router
Red Gateway
Las siete capas

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Dispositivos para interconectar redes
11
Repeaters
12
Bridges/LAN switches
13
Routers
14
Gateways
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Ethernet

• Principio de operación Carrier sensing,
  Multiple
• Access with Collision Detection (CSMA/CD)
• ? Todas las estaciones conectadas a un cable
  lineal
• o tipo ramas de un árbol
• ? Formato de un frame

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Ethernet

• Carrier sensing
• ? Todas las estaciones escuchan
  permanentemente por
• frames con su direccción en el campo
  destino
• Multiple access with collision detection
• ? Un número arbitrario de estaciones pueden
  intentar enviar
• un frame por broadcasting si detectan que
  el medio
• compartido está libre
• ? Si más de un proceso envía al mismo tiempo
  se produce
• una colisión
• ? Si una estación está enviando y detecta una
  colisión envía
• a las otras una señal de jamming para
  indicar que los
• datos que están siendo transmitidos no son
  válidos
• ? Debe retransmitirse inmediatamente o, luego
  de un retardo
• determinístico o aleatorio

17
Ethernet

• Performance
• ? Generalmente a 100 Mbps, hasta 1Gbs
• ? Retardos no determinísticos
• ? muy rápida para utilización media y
  baja
• ? para utilización mayor al 50 los
  retardos se
• incrementan debido a las colisiones y
• retransmisiones
• Características
• ? Comparativamente bajo costo
• ? Fácil extensibilidad

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Redes ATM
Capas del protocolo ATM
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ATM Adaption Layer (AAL)

• Diferentes versiones de las capas AAL
• ? AAL1 para servicios CBR (Constant Bit
  Rate) (Por
• ej. emulación de circuitos)
• ? AAL2 para servicios VBR (Variable Bit
  Rate) (Por
• ej. MPEG video)
• ? AAL5 para datos (Por ej. Datagramas IP)

User data
AAL PDU
ATM cell
20
Redes ATM
Celdas ATM
21
ATM Cell Header

• VCI (Virtual Channel ID) transladada de link a
  link
• PT (Payload Type)
• CLP (Cell Loss Priority bit) CLP1, indica
  celda de baja
• prioridad, si hay congestión puede ser
  descartada
• HEC (Header Error Checksum byte)

Cell header
Cell format
22
Redes ATM
Switching virtual paths en una red ATM
23
ATM Physical Layer

• Physical Medium Dependent (PMD) sublayer
• SONET/SDH transmission frame structure (like a
  container carrying bits)
• bit synchronization
• bandwidth partitions (TDM)
• several speeds OC1 51.84 Mbps OC3 155.52
  Mbps OC12 622.08 Mbps
• TI/T3 transmission frame structure (old
  telephone hierarchy) 1.5 Mbps/ 45 Mbps
• unstructured just cells (busy/idle)

24
ATM Physical Layer

• Transmission Convergence Sublayer (TCS) adapts
  ATM layer above to PMD sublayer below
• TCS Functions
• Header checksum generation 8 bits CRC
• Cell delineation
• With unstructured PMD sublayer, transmission of
  idle cells when no data cells to send

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Capas de interredes
Mensaje
Capas
Aplicación
Protocolos
Transporte
interredes
Interred
Paquetes interredes
Interfaz de red
Protocolos de
la red
Paquetes específicos de la red
subyacente
Red subyacente
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Protocolos Internet
Capas TCP/IP
Mensaje
Capas
Aplicación
Mensajes (UDP) o Streams (TCP)
Transporte
Paquetes UDP o TCP
Interred
Datagramas IP
Interfaz de red
Marcos específicos de red
Red subyacente
27
Protocolos Internet
Capas TCP/IP
28
Protocolos Internet
Encapsulamiento de un mensaje cuando se transmite
vía TCP sobre Ethernet
Mensaje de aplicación
Cabecera TCP
Puerto
Cabecera IP
TCP
Cabecera Ethernet
IP
Marco Ethernet
29
Protocolos Internet
Visión conceptual del programador de una
interred TCP/IP
Aplicación
Aplicación
TCP
UDP
IP
30
Protocolos Internet
TCP Header
31
Protocolos Internet
UDP Header
32
Protocolos Internet
Estructura de las direcciones Internet
7
24
Clase A
0
ID red
ID Host
14
16
Clase B
1
0
ID red
ID host
21
8
Clase C
1
1
0
ID red
ID host
28
Clase D (multicast)
1
1
1
0
Dirección multicast
27
Clase E (reservada)
1
1
1
1
Sin usar
0
33
Protocolos Internet
Representación decimal de las direcciones Internet
Octeto 3
Octeto 1
Octeto 2
Rango de direcciones
ID red
ID Host
1.0.0.0 a
Clase A
1 a 127
0 a 255
0 a 255
0 a 255
127.255.255.255
ID red
ID host
128.0.0.0 a
Clase B
128 a 191
0 a 255
0 a 255
0 a 255
191.255.255.255
ID red
ID host
192.0.0.0 a
Clase C
0 a 255
0 a 255
1 a 254
192 a 223
223.255.255.255
Direcciones multicast
224.0.0.0 a
Clase D (multicast)
0 a 255
0 a 255
1 a 254
224 a 239
239.255.255.255
240.0.0.0 a
Clase E (reservada)
0 a 255
0 a 255
1 a 254
240 a 255
255.255.255.255
34
Protocolos Internet
IP Header
35
Protocolos Internet
Plantilla de un paquete IP
Cabecera
Datos
Dirección IP destino
Dirección IP origen
Hasta 64 kbytes
36
Routing
37
Routing
B 2 1 C local
0 E 5 1 default 5
-
38
Problemas en TCP/IP

• Problemas de transparencia no hay transparencia
• de ubicación
• Problemas de seguridad los mensajes deben ser
• encriptados
• Problemas de administración de la red añadido
• manual de nuevas direcciones

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FLIP (Fast Local Internet Protocol)

• Provee transparencia de ubicación
• Soporta comunicación en grupos
• Soporta comunicación segura
• Comunicación no orientada a conexión
• Un mensaje FLIP puede ser más grande que un
• mensaje IP
• Destinado al uso en interredes basadas en una
• colección de pequeñas y seguras LANs y WANs

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IPv6

• Mayor espacio de direcciones
• Cambia la longitud de la dirección
• 128 bits -gt 3 x 1038 direcciones
• (casi un cuatrillón de direcciones por metro
  cuadrado de la Tierra)
• Formato xxxxxxxx
• x es de 16 bits, normalmente expresado en
  hexadecimal. Ej.
• 2001332422f4fcab1cde34031221ac01

41
IPv6

• Notacion reducida
• 10800008800200C417A     unicast address
  FF01000000101                multicast
  addr. 00000001                        
  loopback addr. 00000000                   
        unspecified ad.
• se pueden escribir como
• 10808800200C417A             unicast address
  FF01101                               
  multicast addr. 1                              
               loopback addr.                    
                            unspecified ad.

42
IPv6

• Header mas chico mayor eficiencia en el ruteo
• Paquetes mas flexibles disminuye la
  fragmentación
• Mejora la compatibilidad con QoS y CoS
• Soporte a la seguridad incluyendo IPsec
• Mejoras en multicast y anycast
• Mejoras en autoconfiguración

43
IPv6
Header
44
IPv6

• Versión (4 bits).
• Clase de tráfico (8 bits). También llamado
  prioridad o clase.
• Etiqueta del flujo (20 bits). Mejora el
  encaminamiento y el soporte a transmisiones en
  tiempo real
• Longitud del paquete (16 bits).
• Siguiente cabecera (8 bits). tipo de cabecera que
  sigue a la cabecera de IPv6 (TCP/UDP/ ICMPv6 u
  otra IPv6 opcional).
• Límite de saltos (8 bits).
• Dirección origen (128 bits).
• Dirección destino (128 bits).

45
Transición a IPv6

• Mecanismos
• Dual Stack  provee soporte completo para IPv4 e
  IPv6 en host y  routers.
• Tunneling encapsula paquetes IPv6 en paquetes
  IPv4 y permite utilizar la infraestrutura IPv4
• Traducción para nodos IPv4 que comunican con
  nodos IPv6