¡Descarga resumen redes para aprobar y más Resúmenes en PDF de Matemáticas solo en Docsity!
Resum Xarxes-3r trimestre
TEMA 1. Introducció
L’objectiu principal d’internet es transferir dades entre dos punts(comunicació entre l’emissor
i el receptor) d’una forma: fiable (les dades arriben correctament i no es perden pel camí),
ràpida (idealment sería instantanea pero no es encara possible actualment) i segura
(anònima i encriptada).
Podem veure internet com una plataforma que ofereix un servei de comunicació entre les
aplicacions dels usuaris. Avui en dia internet només ofereix dos serveis de comunicació:
fiable i no fiable (pero pot ser més ràpid).
Els components que trobem a la xarxa són: Hosts (PCs, tablets, routers, mobile phones),
Switch, Router, Links.
● HOSTS: Generen i consumeixen dades. Un servidor web també es considera un
host.
● SWITCH: Los switches se utilizan para conectar varios dispositivos a través de la
misma red. De esta manera, un switch puede conectar varias computadoras,
impresoras y servidores para crear una red de servicios compartidos dentro de una
oficina o edificio.S witch es una palabra en inglés usada en el área de informática
para referirse al controlador de interconexión entre varios dispositivos.
● ROUTER: Interconnecten diferents links. Reenvia paquets entre un enllaç d'entrada
a un enllaç de sortida. Prenen decisions sobre el següent hop que han de fer els
paquets.
Un rúter, enrutador, (del inglés router) o encaminador, es un dispositivo que
permite interconectar computadoras que funcionan en el marco de una red.
Su función es la de establecer la ruta que destinará a cada paquete de datos
dentro de una red informática.
● LINKS: Transporten les dades entre dos dispositius. Poden ser òptics, de cobre,
inalambrics, etc. Assumim que tots els links son bidireccionals si no diu el contrari.
Diem que internet és multi-hop, és a dir, els hosts no estan directament connectats entre
ells. Per tant, les dades viatgen per múltiples switches, routers i links entre l’origen i el destí.
Definim internet com una xarxa de xarxes.
Els reptes que ens suposa internet:
- Cóm la xarxa és capaç de saber cap a on ha de viatjar la informació(dades)?
- Cóm la xarxa és capaç de trobar una ruta entre l’emissor i el receptor?
- Cóm la xarxa és capaç de garantir fiabilitat.
Paquets i Bits
Quan parlem d’enviar dades a internet, estem enviant i revent paquets. Són la unitat
d’internet. Un paquet és una seqüència de bits {0,1} de llargada L que contenen tota la
informació necessària (als headers) tant per arribar a l’adreça destí com per altres controls
de la informació. Per tant, les dades es representen el bits.
Les dues parts bàsiques d’un paquet són:
● Headers (Lh): Informació sobre les dades. L’adreça del receptor, o la redundancia
per comprovar que les dades rebudes no contenen errors.
● Data(Ld): Les dades (la informació).
La longitud d’un paquet, L, serà: 𝐿 = 𝐿ℎ + 𝐿𝑑 [𝑏𝑖𝑡𝑠]
Inicialment tenim fitxers. Quan volen enviar aquests fitxers a internet és quan els hem de
dividir en paquets. Només quan els paquets ja estan a Internet és quan afegim les
capçaleres.
Per calcular quants paquets (N) de mida Ld (data part) es requereixen per enviar un fitxer de
mida total FL hem de fer: 𝑁 =
𝐹𝐿
𝐿𝑑
➔ “Què passa quan es tracta d’enviar audios o videos en comptes de fitxers?”
Cada T segons es captura una imatge que es representa amb una seqüència de bits de
mida(l) i encapsulen en un o més paquets de mida Ld que després s’envien a Internet.
Error de paquets/ Error de bits
Quan els bits viatgen per internet poden sofrir errors. Un error és quan un bit 1 canvia a un
bit 0, i al revés.
Anomenem “pe” al Bit Error Rate.
El packet error rate (error de paquet) el calcularem: 𝑝 = 1 − (1 − 𝑝𝑒)
𝐿
Per tant, la probabilitat de que el paquet arribi correctament serà: 𝑝 = (1 − 𝑝𝑒)
𝑁
Un paquet que contingui un únic bit erroni ja es descarta i és erroni.
Overheads ( a causa de les capçaleres)
● % del control de dades (capçaleres) transmeses:
○ Per paquet:
𝐿ℎ 𝐿ℎ + 𝐿𝑑
○ Per fitxer (N paquets):
𝑁 * 𝐿ℎ 𝑁 * (𝐿ℎ + 𝐿𝑑)
𝐿ℎ 𝐿ℎ + 𝐿𝑑
● Overheads totals per fitxer
○ Overheads total = 𝑁 * 𝐿ℎ
Protocols
Tota activitat de comunicació a internet es regeix per protocols.
Els protocols s’encarreguen de definir el format, l’ordre dels paquets enviats i rebuts entre
entitats de xarxa i accions realitzades en la transmissió, recepció de paquets.
La gestió de sistemes complexos:
Envia un ACK
1 /NACK
2 per notificar al transmissor (opcional).
➢ Protocols de retransmissió:
Utilitza adresses MAC (hop to hop)
❖ Capa de xarxa:
➢ S’ocupa de Routing&Forwarding per averiguar quin és el següent salt per
arribar a l’adreça destí. Utilitzant adreçes IP (end to end).
❖ Capa de transport:
➢ Retransmissions end to end
➢ Dos protocols:
■ Transmission Control Protocol (TCP)
Proporciona fiabilitat utilitzant ACKs
Afegeix un header amb els ports origen i destí
Regula la velocitat en que les APPs envien el paquet a la xarxa
Altres funcions: Control de congestió, control de flux.
■ User Datagram Protocol (UDP)
Afegeix un header amb els ports origen i destí
No regula la velocitat en que les APPs envien els paquets a la xarxa
Es bo per les transmissions de audio i video a internet.
➢ Utilitza els Ports(end to end applications)
➢ La congestió a internet causa pèrdues de paquets. La congestió vol dir que hi
ha més paquets entrant que sortint, i per tant, els buffers s’acaben omplint.
Quan un paquet arriba a un buffer ple, aquest paquet es decarta i es perd.
Throughput: velocitat (bits/time unit) en la que els bits es transfereixen de manera exitosa
entre el transmissor i el receptor.
Bottleneck: La capacitat d’enllaç (més estret) que limita el throughput d’internet.
TEMA 2. Delays a la xarxa
Internet segueix un principi de comunicació basat en paquets.
Les dades (bits) s’envien a Internet mitjançant paquets.
Per tant, els paquets son la unitat de transmissió a internet.
Per enviar la informació dividim aquesta en paquets:
- A l’origen: Un fitxer de mida FL (File Length) es separa en N paquets.
- Al destí: Els N paquets rebuts s’ajunten per obtenir el fitxer original.
A la xarxa també trobem pèrdues de paquets.
Anomenem p a la probabilitat de perdre/no rebre un paquet.
També hi han retrasos a la xarxa, els anomenem end-to-end delay (entre
transmissor-receptor).
2
1
Hi ha dues possibilitats de perdre paquets, o bé perquè han hagut errors de bits duran la
transmissió del paquet i el receptor el descarta, o bé perquè un paquet es perd ja que el
buffer al que arriba està ple (aquesta ultima raó és la més freqüent).
Definim la probabilitat de no rebre correctament tots els paquets d’un fitxer com:
1 − (1 − 𝑝) ;on N son el número de paquets.
𝑁
Quan parlem de la qualitat de servei estem parlant de l’habilitat d’una xarxa en garantir un
cert quantitat establerta per sota del número de pèrdua de paquets i un end-to-end packet
delay establerta.
El model de xarxa:
- Trobem nodes (hosts, switches, routers) i lincs.
- Els links son per defecte full-duplex.
- Els links es connecten a un node a través d’una interfície.
- Una interfície conté un buffer, un transmissor i un receptor.
El model de link:
- La comunicació dels links es pot veure com canonades per on viatgen bits/paquets a
dins
- El link es caracteritza per dos paràmetres:
● Capacitat (C): el màxim nombre de bits que podem introduir al link cada
segon (bits/segon). Depen de l’ample de banda (bandwidth) del link.
● Delay de propagació (dprop): El temps empreat per un bit en moure’s d’una
banda a l’altre del link. Depen de la distància (d) entre les dues bandes i de la
velocitat de propagació del link.
𝑑 𝑣 𝑝
Quatre tipus de delays a la xarxa:
- Processament al node: dproc
a. Detecció d’errors
b. Per determinar el seguent hop
- Delay de cua: dqueue
a. El temps que triga en paquet esperant al buffer
- Delay de transmissió: dtx
a. C = capacity (bps)
b. L = Length (bits)
c. 𝑑𝑡𝑥 =
𝐿 𝐶
- Delay de propagació: dprop
a. d = Longitud del link
b. s = velocitat de propagació mitja
c. 𝑑𝑝𝑟𝑜𝑝 =
𝑑
𝑣 (^) 𝑝
Què passa si hi han errors als ACKs i NACKs?
El transmissor implementa un TimeOut timer.
Si després d’enviar el paquet de dades no rep cap resposta i acaba el TimeOut aleshores
torna a enviar un altre cop el paquet.
És el mínim nivell de senyal(voltatge, llum) que el receptor ha de rebre per ser capaç
d’operar amb el senyal rebut.
En el cas que el nivell de senyal sigui menor que la sensibilitat, el receptor no s’entera de
que està rebent alguna cosa.
Soroll:
Son un conjunt de senyals electromagnètiques randoms que s’afegeixen a les senyals de
transmissió.
Com fa el receptor per transformar el senyal rebut en un senyal digital?
- Sampling
Procés necessari per obtenir una seqüència de valors discrets, regularment
intervals anomenats període de mostreig Tm, a partir d’un senyal continu en el temps. En
general: Tm = Ts.
Llindar de decisió:
γ =
α 𝑣
𝑎 1
𝑎 2 2
- Decision
Algoritme per decidir si el senyal rebut correspon a el bit 0 o al bit 1.
L’algorisme utilitzat compara el valor del senyal rebut amb a
llindar.
Si r(Tm) > γ→ Decidim que es bit 1
Si r(Tm) <= γ→ Decidim que es bit 0
Probabilitat d’error:
El senyal rebut fluctua a causa de l’addició d’un senyal aleatori.
És possible que el senyal rebut a causa del soroll superi la decisió
llindar. I per tant, que és rebi un bit contrari al que era.
TEMA 4. Comunicació hop to hop. Capa d’enllaç
Els serveis bàsics que proveeix la capa d’enllaç son:
- Detecció i correcció d’errors
- Accés múltiple al medi compartit
- Adreçament d’enllaç
- Xarxes d’àrea local
- Xarxa local sense fils (LAN Wireless)
Frame: Paquet a nivell d’enllaç.
Els elements que apareixen a la capa d’enllaç: Host, Router, Switch.
L'objectiu bàsic és la comunicació hop to hop. Els serveis específics: Framing, detecció i
correcció d’errors, control del flux, entrega fiable, accés d’enllaç.
Classificació dels enllaços:
● Depenent de la capacitat de comunicació simultània:
○ Simplex: Canal unidireccional.
○ Half-duplex: Doble direccionalitat però la transmissió no pot ser alhora.
○ Full-duplex: Doble direccionalitat i es pot transmetre alhora.
● Depenent de la capacitat de transmissió simultània:
○ Dedicat: Canal dedicat només per dos emissors
○ Compartit: Canal on poden accedir molts dispositius alhora.
Adreçament de la capa d’enllaç:
La funció de l’adreça MAC/LAN és permetre la transmissió de frames d’una interfície a una
altre físicament connectada.
Està formada per 48 bits i es troba a la NIC ROM. Es una adreça única que va grabada a
cada dispositiu.
Detecció i correcció d’errors:
Primer intenten detectar si ha errors i si és així l’intenten corregir. Tot això és possible afegint
una serie de bits de redundancia (EDC)error detection check.
Mètodes:
Calcular el bit de paritat: Sempre al sumar
tots els bits, inclós el de paritat, ha de donar
un número parell de 1s.
Quan arriba al receptor si el número de bits a 1
és parell l’accepta. Contràriament el llença.
Probabilitat d’error d’un frame:
Asumim que:
- Pb és la probabilitat de tenir un bit erroni (BER).
- F longitud en bits d’un frame
Per tant, la probabilitat de no tenir errors en tot el frame és: Pr = (1-Pb)
F
FER = Pr{one or more bits erronous} = Pr = 1-(1-Pb)
F
Control de flux i entrega fiable:
Automatic Repeat Request(ARQ)
L’objectiu és assegurarse de que hi ha una correcta transmissió dels frames.
Els mètodes que veurem són:
● Stop-and-wait
● Slidding Window mechanisms
Els elements bàsics: ACK, NACK, Timeout, màxim número de retransmissions.
L'eficiència del S&W és 𝑒𝑓𝑓 𝑆𝑊
𝑡 𝑡𝑥 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑡 𝑡𝑥 ℎ𝑒𝑎𝑑𝑒𝑟
+𝑡 𝑡𝑥 𝐴𝐶𝐾
Go back N (amb N=4)
Selective Repeat
L'eficiència del Selective
Repeat és: 𝑒𝑓𝑓 𝑆𝑅
𝑡 𝑡𝑥 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑡 𝑡𝑥 ℎ𝑒𝑎𝑑𝑒𝑟
Múltiple accés al medi:
Ens trobem amb els protocols MAC.
Com afrontem les col·lisions a la xarxa:
Channel partitioning
Random access
Taking turns
Channel partitioning
TDMA FDMA
Time Division Multiple Access Frequency Division Multiple Access
TEMA 5. IP Networking. Capa de xarxa
El format del datagrama IP és:
Capçalera: 20Bytes
Fragmentació:
Les diferents xarxes o subxarxes poden allotjar datagrames de la mateixa mida.
Tenim dos estratègies de fragmentació:
- Transparent
- No-transparent
Controlem l’ordre dels datagrames amb algunes capçeleres de bits d’IP.
Exemple de fragmentació:
La fragmentació d’IPs es basa en la fragmentació no-transparent ja que s'aconsegueix més
eficiencia i perquè els paquets poden seguir diferents camins.
Utilitza una mida elemental de fragment de 8 bytes:
- Assegura la possibilitat d’adaptar-se a les MTU més petites.
- Facilita la fragmentació repetida.
Els camps necessaris per controlar la fragmentació són:
- Identificació de datagrama
- Longitud de les dades
- Identificador del segment (offset)
- “more flag” (MF)
Adreçament IP:
Cada interfície té dues adreces associades:
- Adreça de nivell d’enllaç (MAC): per identificar origen / destinació en cada salt de
comunicació.
- Adreça de nivell de xarxa (IP): per identificar origen / destinació del punt de final
comunicació.
Identificador de 32 bits per a la interfície de host o router.
Dos components:
Notació decimal puntejada:
CIDR: Classless InterDomain Routing
● Format: a.b.c.d/x
● x → correspon al nombre de bits de la part de subxarxa. S’anomenta xarxa,
s’aconsegueix posant tots el bits de subxarxa a 1 i buscar l’equivalent a la taula de
màscares.
Què és una subxarxa?
Tècnicament és un grup de dispositius amb la mateixa part de subxarxa de la seva adreça
IP. Comparteixen els bits ordre alt de la seva adreça IP.
Poden arribar físicament els uns als altres sense tenir-ne cap router.
Administrativament podríem dir que son els hosts gestionats per un administrador únic.
Cóm identifiquem les subxarxes?
- Cada subxarxa s’identifica amb una adreça IP de subxarxa.
- La subxarxa s’expressa en dos maneres:
- / x, per exemple / 24
- En un format IP, per exemple, 255.255.255.0 (equivalent a / 24)
- Cada subxarxa també té un adreça broadcast. S’obté posant tots els bits de host a “1”.
Com podem gestionar les nostres subxarxes?
1a manera: subxarxes d’igual mida amb un nombre concret de subxarxes.
Volem crear aquestes subxarxes: 30 hosts, 20 hosts, 32 hosts i 68 hosts del rang
Pas 1: amb quants bits hem de treballar? 32-24 = 8 bits
Pas 2: Comencem primer amb la subxarxa més gran: 68 hosts
Quants bits de host? 𝑙𝑜𝑔 = 7 bits 2
[ (68 + 2)]
Quants hosts destinaran la subxarxa? 2 -2 = 128-2 = 126 hosts
7
La màscara de les noves subxarxes serà 24+ (8-7) = 25
Quins són els bits que hem d’utilitzar?
Pas 4: crear una combinació amb el bit blau. Hem d'escollir el menor valor possible.
192.168.30.0/
L’IP de broadcast d’aquesta subxarxa serà:
Com obtenir una adreça IP?
Tenim dos opcions:
- Hard-coded a través d’un sistema d’administració de fitxers.
- DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
Protocol per assignar dinàmicament una adreça des d’un servidor.
DHCP:
L’objectiu és permetre a un host obtenir dinàmicament la seva adreça IP desde el servidor
de xarxa quan (el host) s’uneix a la xarxa.
- pot renovar el seu contracte d’arrendament en ús
- permet la reutilització d’adreces (només manté l’adreça mentre està connectat
/ “on”)
- suport per a usuaris mòbils que vulguin unir-se a la xarxa (més en breu)
Visió general de DHCP:
- Host broadcast “DHCP discover” msg [opcional] ( is there a DHCP server out there?)
- El servidor DHCP respon amb "DHCP offer" msg [opcional] (I’m a DHCP server! Here’s an
IP address you can use)
- El host demana una adreça IP: “DHCP request” msg (OK. I’ll take that IP address! )
- El servidor DHCP envia una adreça: “DHCP ack” msg ( OK. You’ve got that IP address!)
Problemes IPv
L’adreça IP és l’identificador únic de cada interfície de cada node. Per tenir IPs úniques per
tot el món en necessitarien moltes.
Per això es crea la NAT: Network Address Translation. En una xarxa tindrem la IP pública
que servirà per tots els ordinadors i cadascun d’ells tindrà una IP privada per pode-se
identificar entre la xarxa.
Objectiu: la xarxa local utilitza una sola adreça IP pel que fa al món exterior:
- rang d'adreces no necessàries per a ISP: només una adreça IP per a tots els dispositius
- pot canviar les adreces dels dispositius de la xarxa local sense notificar-se al món exterior
- Pot canviar l'ISP sense canviar les adreces de dispositius a la xarxa local
- els dispositius dins de la xarxa local no direccionables explícitament, visible per fora del
món (un avantatge de seguretat).
Implementació: Els routers NAT han de:
- Datagrames que surten: substituir (adreça IP origen, port #) de tots els datagrames de
sortida a (adreça IP NAT, nou port). Posar l’adreça IP pública.
... els clients / servidors remots respondran mitjançant (adreça IP NAT origen, nou port)
com a addreça de destinació
- Recollir en una taula de traducció NAT totes les translacions d’IPs per quan reb els
paquets(tornar a fer el canvi de la pública a la privada).
- Datagrames que entren: substituir (adreça IP NAT, nou port #) amb els camps destí
de cada datagrama entrant amb el corresponent (adreça IP origen, port #) emmagatzemats
a la taula NAT.
Tindrem adreces privades i crearem xarxes locals.
Les adreces privades mai apareixeran a Internet ja que els ordinadors d’aquella xarxa es
comunicaran a l’exterior amb l’adreça IP pública.
Trobem rangs reservats per la xarxa privada:
- 10.0.0.0-10.255.255.255 Aquestes direccions mai
- 172.16.0.0-172.31.255.255 apareixeran a Internet
NAT transversal problem:
Un client vol connectar-se a un servidor l’adreça 10.0.0.
L’adreça del servidor 10.0.0.1 és local a LAN (és privada) per tant, el client no pot utilitza-la
com ha adreça destinació. Només pot utilitzar una adreça NAT visible externament:
138.76.29.
- Solució 1: configurar la NAT estàticament per reenviar les solicituds entrants al port
determinat.
Per exemple: (123.76.29.7, port 2500) sempre enviats a 10.0.0.1 port 25000.
- Solució 2: Universal Plug and Play (UPnP) Internet Gateway Device (IGD) Protocol.
Permet als hosts NATed:
- Aprendre’s les IPs públiques
- Afegir/eliminar port mappings
- Solució 3: Relaying (s’usa a l’Skype)
