Arquitectura de Redes, Sistemas y Servicios Guia de estudio del tema 5

Miguel A. G´omez Hern´andez 10 de diciembre de 2007

1.

Objetivos

Este tema trata aspectos relacionados con la interconexi´ on de redes, y en particular las formas de conmutaci´ on y las funciones que debe llevar a cabo la capa de red. Fundamentalmente se espera que comprendas los problemas que aparecen, las diferencias entre conmutaci´ on de circuitos o de paquetes, y en esta u ´ ltima entre datagramas y circuitos virtuales, sin profundizar en tecnolog´ıas concretas de conmutaci´ on, ni en soluciones concretas para las funciones de encaminamiento o congesti´ on, que se estudiar´ an en asignaturas posteriores. Por lo tanto, el tema tiene los siguientes objetivos: Recordar, del primer tema, que para comunicaciones de larga distancia las redes utilizan nodos intermedios que reenv´ıan los datos sin interpretarlos, y conocer que estos nodos son conmutadores. Comprender las diferencias entre conmutaci´ on de circuitos y de paquetes, y desarrollar capacidad cr´ıtica para aconsejar una u otra seg´ un el tipo de comunicaciones. Comprender las diferencias entre redes de datagramas y de circuitos virtuales, y desarrollar capacidad cr´ıtica para aconsejar unas u otras seg´ un el tipo de comunicaciones. Comprender que se puede ofrecer un tipo de servicio (orientado o no a conexi´on, fiable o no) independientemente del tipo de operaci´ on interna de la red (datagramas o circuitos virtuales). Conocer el problema del encaminamiento, las diferencias entre las redes de datagramas y las de circuitos virtuales, y las m´etricas m´as habituales utilizadas para encaminar. Algoritmos concretos de encaminamiento, y protocolos para conseguir la informaci´ on que se usa para encaminar ser´an estudiados en Transmisi´ on de Datos. Conocer el problema del control de la congesti´on y aprender a distinguirlo del control de flujo, as´ı como conocer superficialmente los tipos de control que podr´ıan llevarse a cabo. T´ecnicas concretas para el control de la congesti´ on ser´ an estudiadas en Transmisi´ on de Datos. Conocer los tipos de direcciones IP, y c´omo se relacionan mediante los protocolos ARP y RARP con direcciones MAC, as´ı como conocer c´omo se forman subredes utilizando la m´ ascara de subred. Este aspecto se apoya en la u ´ltima parte del laboratorio de la asignatura. Conocer el tipo de servicio proporcionado por los protocolos IP y X.25 PLP (protocolo de capa de paquetes de X.25)

1

2.

Lecturas recomendadas

Debido a la superficialidad con la que se estudia este tema, casi todos los cap´ıtulos relacionados en los libros habituales presentan una extensi´ on y detalle mayor que lo necesitado. De todas formas se recogen aqu´ı unas recomendaciones sobre secciones concretas de distintas fuentes que pueden servir para aclarar y asentar los conceptos presentados en el tema. El cap´ıtulo 9 de [Sta00] se dedica a la conmutaci´ on de circuitos, pero en lo que concierne a este tema es adecuada la lectura de las secciones 9.1 y 9.2. El cap´ıtulo 10 de la misma fuente trata la conmutaci´ on de paquetes, siendo muy recomendable la lectura de la primera secci´ on, donde se discuten la aproximaci´ on de datagramas y de circuitos virtuales. Tambi´en es adecuado leer el comienzo de la siguiente secci´on, sobre cuestiones generales de encaminamiento, o incluso hasta el final, si se tiene curiosidad por conocer algoritmos de encaminamiento concretos, aunque esto no es necesario en este curso. Finalmente, el cap´ıtulo 12 estudia el control de la congesti´on, aunque para este tema es mejor lectura (en esta asignatura) [Tan03]. El cap´ıtulo 5 de [Tan03] cubre los aspectos de la capa de red aunque de nuevo, debido a la superficialidad de nuestro estudio, resulta demasiado detallado. Es especialmente interesante el tratamiento inicial del problema de control de la congesti´ on (secci´ on 5.3). Tambi´en de esta fuente es aconsejable la lectura de las secciones 5.6.1 y 5.6.2 sobre las direcciones en IPv4. Sobre IP y X.25 la literatura es muy abundante, aunque no es el prop´ osito de esta asignatura profundizar demasiado en ninguno de ellos. Del primero se comentan algunos detalles m´ as en la u ´ ltima parte del laboratorio de la asignatura.

3.

Problemas recomendados

En esta secci´on se recomiendan una serie de problemas, y de preguntas abiertas que pueden ayudarte a repasar los conceptos aprendidos en este tema, y a explorar problemas para localizar las dudas o aspectos m´as interesantes.

3.1.

Problemas

3.1.1.

Problema 1

La siguiente pregunta es la 10.1 en [Sta00], y plantea una duda sobre la eficiencia de conmutaci´ on de circuitos y de paquetes. La conmutaci´ on de paquetes requiere que a cada paquete se le a˜ nadan bits de control y de direcci´on, lo que provoca un coste adicional en esta t´ecnica. En conmutaci´ on de circuitos se establece un circuito transparente, no siendo necesario el uso de bits suplementarios. Entonces, como no existe coste adicional en la t´ecnica de conmutaci´ on de circuitos, la utilizaci´ on de l´ınea es m´ as eficiente que en conmutaci´ on de paquetes. Explica el punto d´ebil del razonamiento. 3.1.2.

Problema 2

El siguiente es el problema 5.1 de [Tan03]. Observa que te pregunta por aplicaciones, y el que una aplicaci´ on necesite un servicio orientado a conexi´ on no implica en absoluto que la capa de red deba ofrecer un servicio orientado a conexi´on. Indica dos aplicaciones de ejemplo para las cuales usar un servicio orientado a conexi´ on es lo mejor, y otras dos para las que es conveniente uno no orientado a conexi´ on.

2

3.1.3.

Problema 3

Los problemas 7.1 a 7.5 de [LG00] insiste, una vez m´as, en las relaciones entre servicios ofrecidos y t´ecnicas utilizadas para ofrecerlos. (a) Explica c´ omo puede una red que opera internamente con circuitos virtuales ofrecer un servicio no orientado a conexi´on. Comenta de forma especial el aspecto de retardo del servicio. ¿Puedes detectar ineficiencias en esta aproximaci´ on? (b) ¿Es posible que una red ofrezca un servicio de mejor intento de servicios virtuales (Nota: best-effort service es un servicio no fiable, en el que si los paquetes no llegan no se pide su retransmisi´on)? ¿Qu´e caracter´ısticas tendr´ıa este servicio, y en qu´e se parece y se diferencia de un servicio de mejor intento de datagramas? (c) Sup´ on que un provedor de servicio usa una operaci´ on no orientada a conexi´ on internamente. ¿C´ omo puede ofrecer a sus usuarios un servicio fiable orientado a conexi´ on? (d) ¿D´onde se concentra la complejidad en una red que ofrece un servicio orientado a conexi´ on? ¿Y en una que ofrece un servicio no orientado a conexi´on? (e) Comenta la siguiente frase: como son tan numerosos, los sistemas finales deber´ıan ser extremadamente simples y baratos; la complejidad deber´ıa residir en la red. 3.1.4.

Problema 4

El siguiente problema, 5.3 en [Tan03], plantea un debate interesante: si con el uso de circuitos virtuales no hace falta calcular rutas arbitrarias. Las redes de datagramas env´ıan cada paquete como unidad separada, independientemente de las dem´as. Las redes de circuitos virtuales no tienen que hacer esto, ya que cada paquete de datos sigue una ruta prederterminada. ¿Significa esto que las redes de cicuitos virtuales no necesitan la capacidad de enrutar paquetes aislados de un origen arbitrario a un destino arbitrario? Explica la respuesta. 3.1.5.

Problema 5

La pregunta 5.5 de [Tan03] presenta un problema de dise˜ no a estudiar antes de la puesta en pr´ actica de una red de circuitos virtuales. Si una red utiliza cicuitos virtuales, cada paquete de datos debe tener una cabecera con 3 bytes del n´ umero de circuito virtual, y cada encaminador debe reservar hasta 8 bytes de almacenamiento por circuito virtual en sus tablas de encaminamiento. Si por el contrario la red utiliza datagramas, las cabeceras requieren 15 bytes para la direcci´on del destino, pero no hace falta espacio adicional en las tablas de encaminamiento. La capacidad de transmisi´on cuesta 1 centavo por cada 106 bytes, por cada salto, y la memoria en los encaminadores cuesta 1 c´entimo por byte y se deprecia en dos a˜ nos (s´olo horas de trabajo). Estad´ısticamente la sesi´on promedio dura 1000 segundos, tiempo durante el cual se transmiten 200 paquetes. En promedio cada paquete requiere 4 saltos. ¿Qu´e soluci´on es m´as econ´omica, y por cu´ anto? 3.1.6.

Problema 6

El problema 5.12 de [Tan03] se refiere al dise˜ no de una red, en el que se quiere minimizar el tama˜ no de las tablas de encaminamiento, dividiendo la red en zonas y utilizando esquemas de encaminamiento jer´ arquico.

3

(a) Si se tienen N=4800 enrutadores, y se quiere hacer una jerarqu´ıa de dos capas (los enrutadores se organizan en regiones), ¿cu´antas regiones, con igual n´ umero de encaminadores todas ellas, deben crearse para minimizar el tama˜ no de las tablas de encaminamiento? Para resolverlo, sup´ on que el n´ umero de regiones es r, cada una con n estaciones (r ×n = 4800). Calcula cu´antas entradas tiene la tabla de encaminamiento, y busca el valor de r que minimice ese tama˜ no. (b) ¿Cu´al ser´ıa el n´ umero de regiones y zonas, si el encaminamiento es jer´arquico de tres niveles? 3.1.7.

Problema 7

El siguiente problema plantea formas de reducir la congesti´ on de tr´ afico rodado, e intenta discutir su extensi´on al control de la congesti´ on en redes de comunicaciones de datos. Observa que algunas t´ecnicas pueden valer, en determinadas condiciones, para reducir la congesti´on, pero no todas. El control de la congesti´ on del tr´ afico en redes de datos puede tratarse en ocasiones con t´ecnicas similares a las del control de congesti´on del tr´ afico rodado. Una forma de controlar la congesti´ on del tr´ afico rodado en el acceso a grandes ciudades es obligar a el uso por m´as de una persona del mismo veh´ıculo. Una forma de aplicar esto en redes de datos consistir´ıa en juntar en varios paquetes IP los datos de distintas entidades de la capa superior. (a) ¿Qu´e opinas de esta propuesta, desde el punto de vista de ingenier´ıa de protocolos? (b) ¿Conseguir´ıa realmente reducir la congesti´on? Otra t´ecnica de control de congesti´ on de tr´ afico rodado consiste en revertir el sentido de alguno de los carriles disponibles, cuando m´as se necesite. Por ejemplo, en una autopista de entrada a una ciudad, con dos carriles para cada sentido, temporalmente podr´ıan asignarse tres carriles en el sentido saliente y s´ olo uno en el entrante. Si entre cualquier par de nodos se dispone de un cable en cada sentido podr´ıa aplicarse una aproximaci´ on similar. (c) ¿C´omo? (d) ¿Conseguir´ıa realmente reducir la congesti´on? Finalmente, otra forma de reducir la congesti´ on de tr´ afico rodado es permitir circular en d´ıas alternos a cocher con matr´ıculas pares e impares. Esto se podr´ıa extender a redes de datos permitiendo transmitir, por ejemplo en horas alternas, a m´ aquinas con direcciones IP pares e impares. (e) ¿Qu´e cr´ıticas se te ocurren a esta propuesta? (f ) ¿Conseguir´ıa realmente reducir la congesti´on? 3.1.8.

Problema 8

Para resolver el siguiente problema consulta en la bibliograf´ıa los formatos de trama Ethernet, paquete ARP, y datagrama IP. Sean las dos redes locales Ethernet de la figura 1, conectadas mediante un encaminador (router). Denota por IP-X a la direcci´on IP de la m´ aquina X, y por MAC-X a la direcci´on Ethernet de la m´ aquina X. Cada m´ aquina sabe su direcci´on IP y su direcci´ on Ethernet, pero no las direcciones Ethernet de las otras. 4

A

B

C

D

E

F

R

Figura 1: Redes locales para el problema 8.

A1

A2

A3

A4

RA

RB

B1

B2

B3

B4

Figura 2: Topolog´ıa de la red para el problema 1. (a) Sup´ on que en A se genera un paquete para la estaci´ on D con D=800 bytes de datos. Sup´ on que las cach´es ARP de todas las m´ aquinas est´an vacias, y el encaminador correctamente configurado. (a1) Dibuja el paquete IP, junto con las distintas tramas que son transmitidas en alg´ un punto hasta que el paquete IP finalmente llega a su destino. (a2) Dibuja el cronograma que describe el intercambio de tramas, suponiendo que los tiempos de procesamiento en las estaciones y el encaminador son nulos. (b) Indica las diferencias que se producen cuando el paquete que genera A es para C. 3.1.9.

Problema 9

Este problema mezcla contenidos de este tema y de otros anteriores. Nuevamente utiliza el material bibliogr´ afico y lo aprendido en el laboratorio de la asignatura para resolverlo. Las redes locales de la figura 2 utilizan el protocolo Ethernet a nivel de enlace, y a cada una de ellas est´a conectada un encaminador. Los encaminadores est´ an conectados entre s´ı por un enlace semiduplex dedicado, sobre el que se utiliza un protocolo de parada y espera propietario, con formatos de trama como se indica al final del enunciado. Las entidades de red de todas las m´ aquinas se comunican mediante el protocolo IP. Por otra parte, las m´ aquinas que se muestran distan de sus vecinas 250m en las dos redes locales, de forma que la longitud de cada red local es de 1km. El enlace entre los dos encaminadores es de 10km. Las tasas de transmisi´ on en todos los enlaces son de 10M bps, y la velocidad de propagaci´on de la se˜ nal el´ectrica es 200m/µs. Sup´ ongase para que en el escenario que se plantea todas las m´aquinas tienen su cach´e de ARP vacia. Sin embargo, las tablas de los encaminadores contienen entradas correctas para encaminar paquetes a cada una de las m´ aquinas presentes en la figura. Si una entidad de transporte en A1 quiere enviar 800 octetos de datos a una entidad par en B4: (a) Dibuja el cronograma que describe los intercambios debidos a protocolos por encima de Ethernet (IP, ARP y RARP). 5

1 byte 1 byte Delim N(S)

0-1000bytes

4 bytes

1 byte

C´ od. Redundancia Delim

Datos

Delim N(S) Delim

Figura 3: Formatos de trama (de datos, arriba, y de asentimiento) para el protocolo propietario utilizado entre los encaminadores en el problema 9. (b) Dibuja el cronograma que describe los intercambios de tramas Ethernet. (c) Dibuja el paquete IP, junto con las tramas que son transmitidas en alg´ un punto, hasta que los datos de transporte finalmente llegan a la entidad de destino. (d) Calcula el tiempo desde la recepci´on del primer bit por la entidad de red de A1 (desde la entidad de transporte) y la recepci´on del u ´ ltimo bit por la entidad de transporte de B3 (desde la entidad de red). (e) Si la entidad Ethernet de A3 recibe datos para transmitir lo har´ a bajo determinadas condiciones, y en algunos casos se producir´ a colisi´on. Si el comienzo de la transmisi´on en A1 es el tiempo t = 0, calcula cu´al es el intervalo de tiempo (ej. t ∈ [0, 1ms]) en el que si se produce la llegada de datos a la entidad Ethernet de A3, esta transmitir´ a y se producir´ a colisi´on. (f ) Repite el apartado (e) suponiendo que el protocolo MAC en la primera red local es ALOHA puro. Los formatos de la cabecera del paquete IP, de la trama Ethernet (802.3) y del paquete ARP se pueden consultar en la documentaci´ on de clase y en la bibliograf´ıa. En la figura 3 se muestran los formatos de trama para el protocolo de parada y espera que se utiliza entre los dos encaminadores (n´otese que hay un formato de trama de datos y un formato de trama de asentimiento). Rellena s´olo los campos que conciernen a estos casos. 3.1.10.

Problema 10

Este problema discute ventajas y desventajas de las dos aproximaciones a la conmutaci´on de paquetes en casos particulares. Sup´ on una MAN compuesta de muchas redes LAN. Cada una de estas est´a conectada al menos a un encaminador, pero en promedio a varios. Los encaminadores est´an conectados entre s´ı muy densamente (es decir, cada encaminador est´a conectado, no a todos, pero s´ı a muchos de los otros encaminadores). (a) Sup´ on que el tr´ afico es alto, y que las PDUs del nivel de transporte son muy grandes (en comparaci´on con las PDUs del nivel de red). Sup´ on que si se utiliza una red de circuitos virtuales, se establece un circuito virtual para cada PDU de transporte, y despu´es de transmitir los datos de ´esta, se libera el circuito virtual (esto no es as´ı en muchas redes reales, pero sea en este problema). En estas condiciones, discute si crees m´as conveniente implementar el nivel de red como red de datagramas o de circuitos virtuales. Considera en tu discusi´on la optimalidad del encaminamiento, la facilidad para el control de la congesti´ on, la posibilidad o no de garantizar un retardo y una varianza en el retardo peque˜ nos (n´ ota que ninguno de estos criterios se exige como primordial). 6

A C

E

D

B

Figura 4: Red para el problema 11. Dec

Bin

Hex

Dec

Bin

Hex

Dec

Bin

Hex

Dec

Bin

Hex

Dec

Bin

Hex

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125

00000000 00000101 00001010 00001111 00010100 00011001 00011110 00100011 00101000 00101101 00110010 00110111 00111100 01000001 01000110 01001011 01010000 01010101 01011010 01011111 01100100 01101001 01101110 01110011 01111000 01111101

00 05 0a 0f 14 19 1e 23 28 2d 32 37 3c 41 46 4b 50 55 5a 5f 64 69 6e 73 78 7d

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101 106 111 116 121 126

00000001 00000110 00001011 00010000 00010101 00011010 00011111 00100100 00101001 00101110 00110011 00111000 00111101 01000010 01000111 01001100 01010001 01010110 01011011 01100000 01100101 01101010 01101111 01110100 01111001 01111110

01 06 0b 10 15 1a 1f 24 29 2e 33 38 3d 42 47 4c 51 56 5b 60 65 6a 6f 74 79 7e

2 7 12 17 22 27 32 37 42 47 52 57 62 67 72 77 82 87 92 97 102 107 112 117 122 127

00000010 00000111 00001100 00010001 00010110 00011011 00100000 00100101 00101010 00101111 00110100 00111001 00111110 01000011 01001000 01001101 01010010 01010111 01011100 01100001 01100110 01101011 01110000 01110101 01111010 01111111

02 07 0c 11 16 1b 20 25 2a 2f 34 39 3e 43 48 4d 52 57 5c 61 66 6b 70 75 7a 7f

3 8 13 18 23 28 33 38 43 48 53 58 63 68 73 78 83 88 93 98 103 108 113 118 123

00000011 00001000 00001101 00010010 00010111 00011100 00100001 00100110 00101011 00110000 00110101 00111010 00111111 01000100 01001001 01001110 01010011 01011000 01011101 01100010 01100111 01101100 01110001 01110110 01111011

03 08 0d 12 17 1c 21 26 2b 30 35 3a 3f 44 49 4e 53 58 5d 62 67 6c 71 76 7b

4 9 14 19 24 29 34 39 44 49 54 59 64 69 74 79 84 89 94 99 104 109 114 119 124

00000100 00001001 00001110 00010011 00011000 00011101 00100010 00100111 00101100 00110001 00110110 00111011 01000000 01000101 01001010 01001111 01010100 01011001 01011110 01100011 01101000 01101101 01110010 01110111 01111100

04 09 0e 13 18 1d 22 27 2c 31 36 3b 40 45 4a 4f 54 59 5e 63 68 6d 72 77 7c

Cuadro 1: Correspondencias entre valor decimal, binario y hexadecimal para los n´ umeros entre 0 y 127. (b) ¿En qu´e cambia tu discusi´ on anterior, si a´ un siendo la carga alta, el tama˜ no de las PDUs de transporte es equivalente al de las de red (el resto de los supuestos permanecen igual)? (d) ¿En qu´e cambia tu respuesta en (a), si la carga es baja, y el tama˜ no de las PDUs de transporte es muy grande (el resto de los supuestos permanecen igual)? 3.1.11.

Problema 11

En la red de la figura 4, A y B intercambian datos a r´ afagas, generando un tr´ afico medio de 5M bps. Igual ocurre entre C y D. La tasa de transmisi´ on en toda la red es de 10M bps. ¿Puede ocurrir congesti´on? Si es as´ı, ¿por qu´e, y c´omo puede evitarse? Si no es as´ı, ¿por qu´e? 3.1.12.

Problema 12

Para hacer el apartado (b) es necesario que hayas hecho las u ´ltimas dos sesiones del laboratorio, y para el resto de los apartados tambi´en te ayudar´ a bastante. Puedes utilizar la tabla de conversi´ on entre formatos de representaci´on num´erica que se proporciona. La red corporativa de la empresa Mikasa tiene diez m´aquinas, conectadas mediante TCP/IP sobre Ethernet, cuyas denominaciones DNS, direcciones IP y direcciones Eth7

DNS m1.mikasa.es m2.mikasa.es m3.mikasa.es m4.mikasa.es m5.mikasa.es m6.mikasa.es m7.mikasa.es m8.mikasa.es m9.mikasa.es m10.mikasa.es

IP 150.150.150.7 150.150.150.12 150.150.151.17 150.150.151.22 150.150.151.27 150.150.151.32 150.150.151.37 150.150.150.42 150.150.150.1 150.150.151.21 150.150.151.31 150.150.150.41

MAC aa:aa:aa:aa:aa:01 aa:aa:aa:aa:aa:02 aa:aa:aa:aa:aa:03 aa:aa:aa:aa:aa:04 aa:aa:aa:aa:aa:05 aa:aa:aa:aa:aa:06 aa:aa:aa:aa:aa:07 aa:aa:aa:aa:aa:08 aa:aa:aa:aa:aa:09 aa:aa:aa:aa:aa:0a aa:aa:aa:aa:aa:0b aa:aa:aa:aa:aa:0c

Cuadro 2: Denominaciones DNS, direcciones IP y direcciones Ethernet de las m´aquinas de la red corporativa de la empresa Mikasa. Las m´ aquinas m9 y m10 tienen dos interfaces de red, cada una con su direcci´on IP. ernet se recogen en la tabla 2, donde se puede comprobar que las m´ aquinas m9 y m10 tienen dos interfaces de red. La m´ascara de subred es 255.255.255.240 en toda la red. Utilizando la informaci´ on mostrada, contesta a las siguientes preguntas: (a) Dibuja la topolog´ıa l´ ogica de la red, indicando en cada m´aquina su nombre DNS (no hace falta que indiques el sufijo mikasa.es), la direcci´on IP y la direcci´ on MAC (puedes indicar tan s´ olo la parte que no es com´ un, si indicas de qu´e direcci´on hablas: por ejemplo “DNS: m1, IP: 150.7, MAC: 01”). Si una m´ aquina tiene dos direcciones IP y dos direcciones MAC, indica a qu´e subredes corresponde cada una. NOTA: DNS (Domain Name System) es el sistema que relaciona nombres de dominio (ej. balbas.tel.uva.es) con direcciones IP (ej. 157.88.130.64). (b) ¿Qu´e informaci´ on de la anterior podr´ıas llegar a averiguar, y cu´ al no, si lo hicieses desde la m´aquina m1, utilizando los protocolos de comunicaciones TCP/IP presentes en el laboratorio? (c) Si la m´ aquina m1 tiene datos para la m´ aquina m2, y forma con ellos un datagrama IP. ¿Cu´ ales ser´ an las direcciones IP de origen y destino? Si este datagrama IP se encapsula en una trama Ethernet para llevarlo a su destino, ¿cu´ ales ser´ an las direcciones MAC de origen y destino en esta trama Ethernet? (d) Si la m´ aquina m1 tiene datos para la m´ aquina m4, y forma con ellos un datagrama IP. ¿Cu´ ales ser´ an las direcciones IP de origen y destino? Si este datagrama IP se encapsula en una trama Ethernet para llevarlo a su destino, ¿cu´ ales ser´ an las direcciones MAC de origen y destino en esta trama Ethernet? on MAC de la (e) Si la m´ aquina m3 env´ıa una petici´ on ARP para resolver la direcci´ m´aquina m5, ¿qu´e estaciones recibir´an esta petici´on ARP? ¿Qu´e estaciones contestar´ an? ¿Qu´e estaciones recibir´an la respuesta? 3.1.13.

Problema 13

La red corporativa de la empresa ACME ha comprado a la autoridad internacional de asignaci´on de n´ umeros la red 200.200.200.0 (de clase C) para asignar direcciones IP a sus m´aquinas. La empresa tiene 50 m´aquinas que se denominan m1.acme.es, . . . , m50.acme.es, y debe comprar tarjetas de red y asignar direcciones, para montar una red TCP/IP que est´e formada por un total de cinco segmentos Ethernet, cada uno de ellos con diez m´aquinas (deben estar repartidas de forma que las m´aquinas m1 a m10

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est´en en el primer segmento, las m´aquinas m11 a m20 est´en en el segundo segmento, y as´ı sucesivamente). Contesta a las siguientes preguntas sobre el dise˜ no de la red: (a) Indica cu´ ales son las m´ascaras de subred que podr´ıan ser utilizadas para conseguir este objetivo, y justifica por qu´e son v´alidas. (b) Elige una m´ ascara de subred, y da direcciones IP a las 50 m´aquinas. Si varias m´aquinas tienen direcciones IP consecutivas no es necesario que especifiques las de las 50 (por ejemplo, “las m´ aquinas m1 a m10 tienen direcciones IP 200.200.200.1 a 200.200.200.10”). (c) Sup´ on que tienes 50 tarjetas de red con direcciones aa:aa:aa:aa:aa:01 hasta aa:aa:aa:aa:aa:32, cada una de ellas asignada en secuencia a una m´aquina (m1 con la direcci´ on aa:aa:aa:aa:aa:01, m2 con la direcci´ on aa:aa:aa:aa:aa:02.. . ). Decide si necesitas comprar alguna tarjeta m´ as y c´omo debe asignarse. (d) Dibuja la topolog´ıa l´ ogica de la red, indicando en cada m´aquina su nombre DNS (no hace falta que indiques el sufijo acme.es), la direcci´on IP y la direcci´ on MAC (puedes indicar tan s´ olo la parte que no es com´ un, si indicas de que direcci´ on hablas: por ejemplo “DNS: m1, IP: 200.7, MAC: 01”). Si una m´ aquina tiene m´ as de una direcci´on IP o MAC, indica a qu´e subred corresponde cada una. (e) ¿Es posible elegir entre varias topolog´ıas para conseguir la red deseada? Si no es posible, indica cu´ al es el elemento que lo impide. Si es posible, indica criterios para elegir entre ellas. (f ) Si la m´ aquina m1 tiene datos para la m´ aquina m3, y forma con ellos un datagrama IP. ¿Cu´ ales ser´ an las direcciones IP de origen y destino? Si este datagrama IP se encapsula en una trama Ethernet para llevarlo a su destino, ¿cu´ ales ser´ an las direcciones MAC de origen y destino en esta trama Ethernet? Nota: puedes contestar a este y los siguientes apartados usando los nombres simb´olicos, como por ejemplo “la direcci´ on IP de m1” o “la direcci´ on MAC de m1”. (g) Si la m´ aquina m15 tiene datos para la m´ aquina m25, y forma con ellos un datagrama IP. ¿Cu´ ales ser´ an las direcciones IP de origen y destino? Si este datagrama IP se encapsula en una trama Ethernet para llevarlo a su destino, ¿cu´ ales ser´ an las direcciones MAC de origen y destino en esta trama Ethernet? (h) Si la m´ aquina m25 env´ıa una petici´ on ARP para resolver la direcci´ on MAC de la m´aquina m26, ¿qu´e estaciones recibir´an esta petici´on ARP? ¿Qu´e estaciones contestar´ an? ¿Qu´e estaciones recibir´an la respuesta?

3.2.

Cuestiones

A continuaci´ on se plantean una serie de cuestiones sobre las que deber´ıas reflexionar: Piensa en distintos problemas de comunicaciones e intenta razonar si deben ser resueltos con servicios orientados a conexi´on o no. Intenta pensar si esta decisi´ on debe llegar hasta la capa de red. Piensa una vez m´ as entre las relaciones entre capas, y c´omo se pueden ofrecer servicios orientados a conexi´on fiables sobre servicios no orientados a conexi´ on y no fiables, y viceversa. Intenta pensar ventajas e inconvenientes de las t´ecnicas de conmutaci´on de paquetes en redes de datagramas y circuitos virtuales, y relacionarlas con escenarios concretos.

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Profundiza en los problemas planteados en el tema anterior, donde varias redes est´ an interconectadas (ahora por encaminadores) y algunas de las m´ aquinas intercambian informaci´ on. Ten ahora en cuenta tambi´en la necesidad de traducir direcciones IP en direcciones MAC, que lleva al uso del protocolo ARP.

Referencias [LG00] A. Le´ on-Garc´ıa and I. Widjaja. Communication networks: fundamental concepts and key architectures. McGraw-Hill Higher Education, 2000. [Sta00] W. Stallings. Comunicaciones y redes de computadoras. Prentice Hall, Madrid, 6a edici´ on, 2000. Versi´ on original en ingl´es de 2000. [Tan03] A.S. Tanenbaum. Computer networks. Prentice Hall, 4a edici´on, 2003.

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