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 paque-tes, y en esta ´ultima 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 ca-pacidad 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 enTransmisi´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 enTransmisi´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 ´ultima 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)
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 ´
ultima 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 poraplicaciones, 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.
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 intentode servicios virtuales (Nota:best-effort servicees 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 demejor intentode 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, independiente-mente 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 di-recci´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.
(a) Si se tienen N=4800 enrutadores, y se quiere hacer una jerarqu´ıa de dos capas (los enrutadores se organizan enregiones), ¿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 nestaciones (r×n= 4800). Calcula cu´antas entradas tiene la tabla de encaminamiento, y busca el valor derque 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 porIP-Xa la direcci´on IP de la m´aquinaX, y porMAC-Xa la direcci´on Ethernet de la m´aquinaX. Cada m´aquina sabe su direcci´on IP y su direcci´on Ethernet, pero no las direcciones Ethernet de las otras.
D E F A
R
B C
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 enAse genera un paquete para la estaci´onDconD=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 generaAes paraC.
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 enlacesemiduplex 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 10Mbps, 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 enA1quiere enviar 800 octetos de datos a una entidad par enB4:
(a) Dibuja el cronograma que describe los intercambios debidos a protocolos por encima de Ethernet (IP, ARP y RARP).
Delim N(S) Datos C´od. RedundanciaDelim 1 byte 1 byte 0-1000bytes 4 bytes 1 byte
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 ´ultimo bit por la entidad de transporte deB3(desde la entidad de red).
(e) Si la entidad Ethernet de A3 recibe datos para transmitir lo har´a bajo determi-nadas condiciones, y en algunos casos se producir´a colisi´on. Si el comienzo de la transmisi´on en A1es 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 paquetesen 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 conec-tados 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).
A
E D
B C
Figura 4: Red para el problema 11.
Dec Bin Hex Dec Bin Hex Dec Bin Hex Dec Bin Hex Dec Bin Hex
0 00000000 00 1 00000001 01 2 00000010 02 3 00000011 03 4 00000100 04 5 00000101 05 6 00000110 06 7 00000111 07 8 00001000 08 9 00001001 09 10 00001010 0a 11 00001011 0b 12 00001100 0c 13 00001101 0d 14 00001110 0e 15 00001111 0f 16 00010000 10 17 00010001 11 18 00010010 12 19 00010011 13 20 00010100 14 21 00010101 15 22 00010110 16 23 00010111 17 24 00011000 18 25 00011001 19 26 00011010 1a 27 00011011 1b 28 00011100 1c 29 00011101 1d 30 00011110 1e 31 00011111 1f 32 00100000 20 33 00100001 21 34 00100010 22 35 00100011 23 36 00100100 24 37 00100101 25 38 00100110 26 39 00100111 27 40 00101000 28 41 00101001 29 42 00101010 2a 43 00101011 2b 44 00101100 2c 45 00101101 2d 46 00101110 2e 47 00101111 2f 48 00110000 30 49 00110001 31 50 00110010 32 51 00110011 33 52 00110100 34 53 00110101 35 54 00110110 36 55 00110111 37 56 00111000 38 57 00111001 39 58 00111010 3a 59 00111011 3b 60 00111100 3c 61 00111101 3d 62 00111110 3e 63 00111111 3f 64 01000000 40 65 01000001 41 66 01000010 42 67 01000011 43 68 01000100 44 69 01000101 45 70 01000110 46 71 01000111 47 72 01001000 48 73 01001001 49 74 01001010 4a 75 01001011 4b 76 01001100 4c 77 01001101 4d 78 01001110 4e 79 01001111 4f 80 01010000 50 81 01010001 51 82 01010010 52 83 01010011 53 84 01010100 54 85 01010101 55 86 01010110 56 87 01010111 57 88 01011000 58 89 01011001 59 90 01011010 5a 91 01011011 5b 92 01011100 5c 93 01011101 5d 94 01011110 5e 95 01011111 5f 96 01100000 60 97 01100001 61 98 01100010 62 99 01100011 63 100 01100100 64 101 01100101 65 102 01100110 66 103 01100111 67 104 01101000 68 105 01101001 69 106 01101010 6a 107 01101011 6b 108 01101100 6c 109 01101101 6d 110 01101110 6e 111 01101111 6f 112 01110000 70 113 01110001 71 114 01110010 72 115 01110011 73 116 01110100 74 117 01110101 75 118 01110110 76 119 01110111 77 120 01111000 78 121 01111001 79 122 01111010 7a 123 01111011 7b 124 01111100 7c 125 01111101 7d 126 01111110 7e 127 01111111 7f
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,AyBintercambian datos a r´afagas, generando un tr´afico medio de 5Mbps. Igual ocurre entreCyD. La tasa de transmisi´on en toda la red es de 10Mbps. ¿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 ´ultimas 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
Eth-DNS IP MAC m1.mikasa.es 150.150.150.7 aa:aa:aa:aa:aa:01 m2.mikasa.es 150.150.150.12 aa:aa:aa:aa:aa:02 m3.mikasa.es 150.150.151.17 aa:aa:aa:aa:aa:03 m4.mikasa.es 150.150.151.22 aa:aa:aa:aa:aa:04 m5.mikasa.es 150.150.151.27 aa:aa:aa:aa:aa:05 m6.mikasa.es 150.150.151.32 aa:aa:aa:aa:aa:06 m7.mikasa.es 150.150.151.37 aa:aa:aa:aa:aa:07 m8.mikasa.es 150.150.150.42 aa:aa:aa:aa:aa:08 m9.mikasa.es 150.150.150.1 aa:aa:aa:aa:aa:09 150.150.151.21 aa:aa:aa:aa:aa:0a m10.mikasa.es 150.150.151.31 aa:aa:aa:aa:aa:0b 150.150.150.41 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´aquinasm9 ym10tienen 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´aquinasm9 ym10 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´aquinam1, utilizando los protocolos de comunicaciones TCP/IP presentes en el laboratorio?
(c) Si la m´aquinam1tiene datos para la m´aquinam2, 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´aquinam1tiene datos para la m´aquinam4, 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?
(e) Si la m´aquina m3 env´ıa una petici´on ARP para resolver la direcci´on MAC de la m´aquinam5, ¿qu´e estaciones recibir´an esta petici´on ARP? ¿Qu´e estaciones contes-tar´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
est´en en el primer segmento, las m´aquinasm11a m20est´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´aquinasm1am10tienen 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´onaa:aa:aa:aa:aa:01,m2con la direcci´onaa: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´aquinam1tiene datos para la m´aquinam3, 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 direc-ciones 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 dem1”.
(g) Si la m´aquinam15tiene datos para la m´aquinam25, 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 orien-tados 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.
Profundiza en los problemas planteados en el tema anterior, donde varias redes est´an inter-conectadas (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.