1.3 The network core

¿Qué sucede en el núcleo de la red?

Introducción al núcleo de la red

• En esta sección se revisará el núcleo de la red, abordando temas como el reenvío, las colas de paquetes, los retrasos y la pérdida de paquetes.

• Se presentará una alternativa al conmutación de paquetes conocida como conmutación por circuitos y se discutirá la estructura del Internet como una "red de redes".

Funcionamiento del reenvío y enrutamiento

• Los hosts finales dividen mensajes a nivel de aplicación en fragmentos que se envían como paquetes a través del Internet.

• Dentro del núcleo de la red, hay dos funciones clave: el reenvío (o conmutación) y el enrutamiento. El reenvío es un proceso local que mueve un paquete desde un enlace de entrada a uno de salida apropiado.

• El enrutamiento es una acción global que determina las rutas que toman los paquetes desde su origen hasta su destino.

Analogía entre reenvío y enrutamiento

• Se utiliza una analogía sobre un viaje en coche para explicar cómo funciona el enrutamiento (decisión sobre qué ruta tomar).

• En cada intersección, se realiza el proceso local de reenvío mientras que el enrutamiento decide cuál camino seguir.

Transmisión y operación "almacenar y reenviar"

Transmisión de bits

• La transmisión depende del tamaño del paquete (l bits) y la tasa de transmisión (r bits por segundo), tomando l/r segundos para completar la transmisión.

• Una vez recibido completamente un paquete, puede ser reenviado al siguiente salto; esto ilustra la operación "almacenar y reenviar" típica en redes conmutadas por paquetes.

Colas en routers

• Se presenta un escenario donde varios hosts envían paquetes a través del mismo router. Si llegan más rápido de lo que pueden ser procesados, se formarán colas.

¿Cómo se relaciona el "queuing" con la tecnología de redes?

Introducción al "queuing" en el Reino Unido

• En el Reino Unido, hacer fila (queuing) es una práctica cultural muy arraigada; los británicos son expertos en ello.

• Si el queuing fuera un evento olímpico, Gran Bretaña ganaría medallas de oro, plata y bronce por su habilidad para esperar en línea.

Conceptos de "packet queuing"

• En redes, las colas de paquetes se forman cuando la tasa de llegada supera la tasa de transmisión en un router.

• Los paquetes deben esperar en los routers si no hay suficiente memoria disponible para almacenarlos, lo que puede llevar a retrasos y pérdidas.

Problemas derivados del "packet switching"

• La pérdida o retraso de paquetes es un problema significativo para muchos protocolos de red debido a la falta de control sobre los emisores.

• El "packet switching" no es la única forma de construir una red; antes existía el "circuit switching".

Comparación entre Circuit Switching y Packet Switching

• En el "circuit switching", todos los recursos necesarios se reservan antes del inicio de una llamada, evitando así colas y pérdidas.

• Aunque no hay retrasos ni pérdidas durante una llamada reservada, esto puede resultar ineficiente si los recursos quedan inactivos.

Métodos dentro del Circuit Switching

• Existen dos métodos principales: Multiplexión por División de Frecuencia (FDM) y Multiplexión por División Temporal (TDM).

• FDM asigna bandas estrechas del espectro a cada llamada, mientras que TDM divide el tiempo en intervalos asignados a cada usuario.

Ejemplo numérico sobre usuarios soportables

• Supongamos un enlace de 1 Gbps con 35 usuarios; cada uno necesita enviar datos a 100 Mbps pero solo está activo el 10% del tiempo.

• Bajo circuit switching, solo se pueden soportar 10 usuarios simultáneamente. Sin embargo, bajo packet switching se pueden permitir más usuarios activos sin formar colas significativas.

Ganancia por multiplexión estadística

• Se estima que menos del 0.04% del tiempo habrá más de 10 usuarios activos al mismo tiempo bajo packet switching.

¿Por qué usar la conmutación de paquetes?

Introducción a la Conmutación de Paquetes

• La conmutación de paquetes, inventada hace 60 años, se considera una solución eficaz para el envío de datos. Hoy en día, incluso las redes telefónicas utilizan este método.

• Es especialmente útil para datos intermitentes, ya que no requiere configuración previa ni reserva de recursos; un host puede comenzar a enviar datos inmediatamente.

Manejo de Congestión y Pérdida

• Aunque pueden ocurrir congestiones y pérdidas, los protocolos de Internet como TCP ajustan la tasa de envío del emisor para mitigar estos problemas.

• Se explorarán técnicas que intentan replicar el comportamiento de circuitos dentro del contexto de la conmutación de paquetes.

Estructura del Internet: Una Red de Redes

Conexión entre Redes

• Los usuarios están conectados a redes de acceso (hogares, móviles, institucionales), y es necesario conectar estas millones de redes entre sí.

• Conectar cada ISP (Proveedor de Servicios de Internet) requeriría un número impracticable de conexiones; por lo tanto, se propone crear un ISP global que actúe como red troncal.

Interconexión y Peering

• Cada ISP local se conecta a esta red troncal global. En los primeros días del networking, esta era la forma principal en que las redes estaban interconectadas.

• Las redes pueden "peer" o interconectarse directamente en puntos específicos llamados puntos de intercambio (IXP).

Redes Regionales y Proveedores de Contenido

Ejemplo Práctico

• Un ejemplo es NISERNET en Nueva York, que proporciona acceso a universidades y otras instituciones educativas.

• Proveedores como Google o Amazon operan sus propias redes globales para acercar servicios al usuario final.

Estructura Actual del Internet

• El internet actual consiste en una pequeña cantidad de grandes redes bien conectadas (ISPs Tier 1), junto con redes regionales e ISPs locales.

• Estas estructuras permiten una conexión eficiente entre diferentes niveles y tipos de proveedores.

Conclusiones sobre el Núcleo del Internet

Conceptos Clave Revisados

• Se discutieron procesos importantes como el reenvío y enrutamiento de paquetes, así como las diferencias entre redes conmutadas por paquetes y circuitos.