estructura de internet - necesidades futuras y evolución

Estructura de la red Internet.

Necesidades futuras y evolución.

66.77 - Sistemas de Comunicaciones

Cardona, Juan – Chouza, Fernando - Erusalimsky, Michael – Rodríguez, Alberto FIUBA - Junio de 2011


Estructura de la red Internet

Cardona, Juan – Chouza, Fernando - Erusalimsky, Michael – Rodríguez, Alberto FIUBA - Marzo de 20112

Estructura de red caracterizada por múltiples Sistemas Autónomos interconectados. Un sistema autónomo "AS" goza de uno o más prefijos de direcciones IP Cada prefijo que pertenece a un sistema autónomo está relacionado a una política de enrutamiento que define la interconexión lógica entre sistemas autónomos.


Network Access Point (NAP)


Los NAP son utilizados y muchas veces administrados por los ISP para interconectar sus sistemas autónomos a la red Internet formando una red de escala mundial “Internet”.En la figura se ve una configuración típica de NAP compuesta por un grupo de switches ATM full interconectados que permiten la interconexión de los enrutadores que pueden formar parte de los diferentes sistemas autónomos.


Políticas de enrutamiento entre Sistemas Autónomos


En la figura se presentan 4 sistemas autónomos AS1, AS2, AS3 y AS4 y cada uno de ellos están relacionados a través de una política de enrutamiento la cual permite la comunicación entre los sistemas autónomos. La relación entre cada sistema autónomo presentado en la figura está basado por la siguiente política de enrutamiento: el sistema autónomo AS1 origina el prefijo 24.12.0.0/16 y dicho prefijo define al bloque de direcciones IP que pertenecen al sistema autónomo AS1.


Sistema de direccionamiento IPv4


Una de las funciones del protocolo IPv4 es establecer el direccionamiento lógico de una red con el objetivo de que dos o más computadores puedan establecer el proceso de comunicación. Cuando el protocolo IPv4 comenzó a estandarizarse, el esquema de direccionamiento estaba basado en un registro fuente y en un registro destino de 32 bit cada uno. Cada uno de estos registros está dividido en 3 campos: clase, red y host. La función del campo clase es clasificar a una dirección IP fuente y/o destino. La función del campo red es determinar a la red que pertenece un host "computador" destino y/o fuente. Y el campo host "computador" tiene como función determinar a la computadora destino o fuente que pertenece a una red. El conjunto de estos tres campos se conoce con el nombre de dirección IP.


Sub-Redes y VLSM


Esta técnica consiste en la inclusión del campo Sub-Red en el registro de una dirección IP. Su función es definir la sub-red de una red. El método más utilizado para determinar la sub-red de una red es haciendo uso de un registro conocido con el nombre de "máscara de una sub-red" y al efectuar la operación booleana AND entre una dirección IP y la "máscara de la sub-red" se determina la sub-red de una red.


Prefijo de una dirección IP “CIDR”


A medida que el número de redes "sub-redes y/o redes" se incrementa, la tabla de rutas administradas por el enrutador aumenta proporcionalmente hasta llegar al punto de colapsar la capacidad de procesamiento del enrutador. Para solucionar este problema se creó la técnica CIDR "Classless InterDomain Routing" cuya función principal es incluir a un grupo de redes en una dirección IP. Con la técnica CIDR cada red definida está asociada a un prefijo, el cual determina el bloque de direcciones IP y su nivel jerárquico.

DNS66.77 - Sistemas de Comunicaciones

Es un sistema de nombres jerárquico que utiliza una base de datos distribuida.

Tiene como función traducir nombres de dominio que tienen significado para las personas en identificadores numéricos como IPs para identificar unívocamente un equipo dentro de la internet.

Se lo puede pensar como una guía telefónica pero de IPs.

Tiene varias ventajas: un nombre es más fácil de recordar. una empresa puede cambiar de proveedor con lo que le asignan una nueva IP pero el nombre del dominio no cambia.

Tiene otros usos además de resolver IPs:Puede hacer una traducción inversa, a partir de una IP puedo obtener el nombre.También se usa para identificar servidores de correo para hacer la entrega del email.

Cardona, Juan – Chouza, Fernando - Erusalimsky, Michael – Rodríguez, Alberto 8 FIUBA - Marzo de 2011

Consultas DNS66.77 - Sistemas de Comunicaciones

Es un esquema cliente-servidor. El cliente se llama "resolver".

La información se encuentra distribuida en diferentes servidores

El sistema DNS funciona principalmente usando UDP.

Los requerimientos se realizan a través del puerto 53.


Arquitectura DNS66.77 - Sistemas de Comunicaciones

El sistema está estructurado en forma de “árbol“.

Cada nodo del árbol está compuesto por un grupo de servidores que se encargan de resolver un conjunto de dominios (zona de autoridad). Un servidor puede delegar en otro (u otros) la autoridad sobre alguna de sus sub-zonas (esto es, algún subdominio de la zona sobre la que él tiene autoridad). Un subdominio puede verse como una especialización de un dominio de nivel anterior.


Definiciones 66.77 - Sistemas de Comunicaciones

Host Name: El nombre de un host . Ejemplos de nombres de host son “www“, “carlos”,etc.

Fully Qualified Domain Name (FQDN): Es el “nombre completo” de un host. Identifica al host dentro del arból DNS. Está formado por el hostname, seguido de un punto y su correspondiente nombre de dominio. Por ejemplo “www.fi.uba.ar“.

Domain Name: El nombre de dominio es una sucesión de nombres concatenados por puntos. Algunos ejemplos son “fi.uba.ar”,”uba.ar”,etc.

Top Level Domains (TLD): Los dominios de nivel superior son aquellos que no pertenecen a otro dominio. Ejemplos de este tipo son “com“, “org“, “ar”,etc.

Dominio: la totalidad de los nodos descendientes de un cierto nodo( sub-arból)

Zona de autoridad: Una porción de un dominio que tiene una autoridad administradora. Por ejemplo el dominio “ar” esta administrado por el NIC de argentina que depende del Ministerio de relaciones exteriores y Culto.


Delegación de zona66.77 - Sistemas de Comunicaciones

La delegación de dominios permite la administración descentralizada.

Una organización que administra un dominio lo puede dividir en subdominios y delegarlos a otras organizaciones.

De esta forma cada organización que maneja un subdominio se encarga de mantener toda la data correspondiente a ese subdominio.

El dominio padre en lugar de contener información acerca del subdominio que esta delegando, contienesólo apuntadores a la fuente de la data del subdominio, es decir, a los servidores de nombres.


Mecanismo de resolución66.77 - Sistemas de Comunicaciones

Cuando un cliente quiere saber la IP de un dominio pregunta al servidor DNS configurado que generalmente es el del ISPSi el servidor lo tiene en Cache manda su respuesta. Si no lo tiene comienza el proceso de resolución donde hay 2 distintosPuede ser iterativo o recursivo.Es recursiva cuando el servidor DNS es quien se toma el trabajo de preguntarle a los otros servidores hasta llegar a la respuesta y después la devuelve al clienteEs iterativa si solo da la mejor respuesta y es el cliente quien se encarga de seguir todo el camino por el árbol.



Ancho de banda de Internet per capita actual

Cardona, Juan – Chouza, Fernando - Erusalimsky, Michael – Rodríguez, Alberto FIUBA - Julio de 201114

• En la gráfica se pueden observar los consumos de ancho de banda per cápita para los distintos países.

• Se puede observar que la mayor parte del consumo de ancho de banda pero cápita, se encuentra concentrado en América del Norte y Europa.


Proyección de crecimiento para el período 2010-2015


• Las zonas de mayor consumo, coinciden en buena medida con las zonas de menor crecimiento proyectadas.

• Las zonas con menor consumo, son las de mayor desarrollo proyectado, por ejemplo: América del Sur, África y Asia.


¿Cuáles son las tendencias y necesidades a futuro?


• Se estima que el tráfico anual llegará a 1 zettabyte para el año 2015.

• El tráfico de Internet se multiplicó por ocho en los últimos 5 años, y se estima que se multiplicará por 4 para 2015.

• El número de dispositivos conectados a redes IP duplicará en 2015 a la población mundial.

• Se incrementará el porcentaje de tráfico de Internet correspondiente a dispositivos que nos son PCs. Actualmente solo el 3% del tráfico corresponde a esos dispositivos, para 2015 se estima que corresponderá a un 15%.




• El tráfico de video sobrepasó al tráfico P2P en 2010, y se estima que para 2012 corresponderá a la mitad del tráfico destinado a consumo doméstico.

• Se proyecta que para 2015, se multiplique 17 veces el tráfico utilizado para la tecnología “Internet Video to TV”.

• Se estima que para 2015, el 77) de los videos disponibles en Internet, serán de alta definición.




• La tabla que se presenta a continuación, muestra una estimación detallada del crecimiento de los diversos servicios de video:


IPv6


• El crecimiento de la cantidad de usuarios y dispositivos IP, hizo que el sistema IPv4 quede chico. Por esta razón, se desarrolló el sistema IPv6. Se presenta a continuación una tabla con el crecimiento proyectado:


Internet2


• Internet2 surge es un consorcio sin fines de lucro que desarrolla aplicaciones y tecnologías de redes avanzadas, la mayoría para transferir información a alta velocidad. Es una red telemática desarrollada principalmente por las universidades estadounidenses, construida en fibra óptica y permite altas velocidades con una gran fiabilidad. Es llevado por 212 universidades de Estados Unidos y otras 60 compañías tecnológicas como Comcast, Microsoft, Intel, AMD, Sun Microsystems y Cisco Systems. Algunas de las tecnologías que han desarrollado han sido IPv6, IP Multicast y Calidad de Servicio (QoS).

• Presenta como características principales

• Calidad de Servicio

• Mayor ancho de banda

• Bajo retardo

• Multicasting


IPv6 - ¿Por qué cambiar?


• La tecnología básica actual TCP/IP funcionó bien mucho tiempo. Sin embargo, la evolución de las tecnologías que yacen detrás de IP fueron cambiando, al igual que sus usos:

- Tecnologías de las comunicaciones. Las computadoras y el hardware de las redes de comunicaciones evolucionaron continuamente, con nuevas prestaciones que les permiten incorporarse a Internet.

- Nuevas aplicaciones. Se crearon nuevos caminos para usar TCP/IP, lo cual implica nuevos soportes del protocolo. (Un ejemplo es el protocolo RTP para telefonía IP)

- Aumento de tamaño y carga. El crecimiento de la Internet es exponencial, duplicándose en menos de 9 meses en forma constante. El tráfico es cada vez mayor, la cantidad de host aumenta segundo a segundo y al transferirse videos y gráficos animados, se requiere aumentar cada vez más la velocidad de transferencia.


IPv6 - ¿Qué pasó con IPv4?


• Desde que se diseñó IPv4, la performance de los procesadores se incrementó de 2 a 3 órdenes de magnitud, las memorias típicas aumentaron en el orden de 100 veces, el ancho de banda del backbone de la red aumentó 7000 veces y la cantidad de hosts es mayor a 60 millones.

• En un principio, el espacio de direcciones conseguido con 32 bits era suficiente. Hoy en día, incluso con el uso de múltiples LAN en las empresas y la asignación cuidadosa de direcciones privadas y uso de tecnología NAT, el crecimiento de Internet proyectado para 2020 supera las capacidades del direccionamiento con 32 bits.

• La motivación del cambio no es sólo el espacio limitado de direcciones lógicas (si bien es la motivación mas inmediata): Se debe adaptar mejor la tecnología IP a las aplicaciones en tiempo real que cada vez son más frecuentes, así como a los requerimientos de seguridad, entre otros.

• El protocolo IPv6 mantiene muchas de las características de IPv4, que contribuyeron a la gran aceptación y crecimiento. Recordemos que para que escale, debe ser simple.


IPv6 – Características principales


• Cambia bastante en lo que son detalles. Estos cambios se pueden dividir en las siguientes categorías.

1) Direcciones más grandes. Es el cambio más notorio para el usuario medio. Las direcciones pasan a ser de 128 bits en lugar de 32 bits. Esto genera un espacio de direcciones naturalmente imposible de desbordar en el futuro cercano. (Se usa notación hexadecimal).

2) Jerarquía de direccionamiento. Usando el mayor tamaño de las direcciones, crea niveles adicionales de jerarquía de direccionamiento. Por ejemplo, puede definir una jerarquía de ISP’s o dentro de un site determinado.

3) Formato de header flexible. Define un set de headers opcionales (Extension headers) que le siguen a un Header Base fijo. Permite generalidad y eficiencia.

4) Mejora de las opciones de control a ser incluidas en los datagramas.

5) Permite autoconfiguración. Permite a una computadora en una red aislada asginarse a sí misma una dirección y comenzar a comunicarse sin depender de un router o de configuración estática.


IPv6 – Características principales


• Para tomar decisiones de forwarding, se utilizan dos campos de los headers: Traffic Class y Flow Label. IPv6 permite hacer reserva de recursos, y permite que un router asocie un datagrama con un recurso asignado.

• La fragmentación y reensamblado pasa a ser end to end, sin participación de los routers intermedios a la hora de fragmentar. Se puede usar el mínimo MTU garantizado de 1280 bytes, o realizar un Path MTU Discovery. Esto permite reducir la carga de procesamiento en los routers, permitiéndoles trasportar más datagramas por unidad de tiempo. Hay que tener cuidado sin embargo pues al ser packet switching, al routear paquetes por diferentes caminos puede cambiar el mínimo MTU (se implementa un nuevo mensaje ICMP).

• Se mantiene el routeo CIDR con notación extendida, ie. 12AB : : CD30: 0 : 0 : 0: 0 /60. Permite mensajes unicast, anycast y multicast.


IPv6 – Asignación de espacio de direcciones.


• A diferencia de IPv4 que usa dos jerarquías (net address + host address), se permiten múltiples jerarquías.

• Al presente sólo se asignó el 15% del espacio de direcciones

• El prefijo 0000 0000 se usa para codificar direcciones IPv4.


IPv6 – Jerarquía Unicast


• La jerarquía unicast tiene tres niveles conceptuales.

• El tercer nivel es el que corresponde a la computadora dentro de la red. El segundo nivel hace referencia a un conjunto de computadoras y redes ubicadas en un site, que implica conectividad física contigua y una organización particular que posee y opera los equipos. El primer nivel no está precisamente definido, de modo de dar flexibilidad: puede ser para distintos NAPs o distintos ISPs.


IPv6 – Identificador de Interfaz


• El tercer nivel de IPv6, es suficientemente grande para acomodar la dirección de hardware de la interfaz. Esto tiene 2 consecuencias:

1) No requiere usar ARP. En su lugar, utiliza un neighbor discovery protocol con ICMPv6 que permite a un nodo determinar las computadoras que están conectadas a su red.

2) Todas las computadoras deben usar la misma codificación para la dirección de hardware.


IPv6 – Autoconfiguración de dirección


• Al comenzar, una PC genera una dirección link local combinando el prefijo de local link 1111 1110 10 con 54 ceros y su identificador de interfaz de 64 bits.

• Envía una solicitud al router pidiéndole información adicional. Este le envía información de prefijos que pueden ser usados para site-local o global-addresses, además de informarle si puede usar autoconfiguración o si requiere configuración convencial administrada.

• Por otra parte, para facilitar esta técnica, IPv6 permite a los routers limitar el tiempo que una computadora puede retener un prefijo. Para esto utiliza dos valores, un tiempo de vida válido y un tiempo de vida preferido.

Bibliografía66.77 - Sistemas de Comunicaciones

http://www.fiuba6662.com.ar/6662/material_adic/2008/07_DNS.pdfhttp://www.eslared.org.ve/8vaeslared/download/track2/DNS.pdfhttp://dnssec.niclabs.cl/tutorial/intro


estructura de internet - necesidades futuras y evolución

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