Virtual circuit and datagram networks

De Departamento de Informatica
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Así como la capa de transporte posee aplicaciones de servicio sin-conexión y también de servicio conexión-orientado, la capa network también ofrece los mismos servicios, y éstos son análogos a los de la capa de transporte: el servicio conexión-orientado de la capa network comienza con un handshake entre ambos host (fuente y destino); el servicio sin-conexión se lo salta.

Sin embargo, existen diferencias cruciales entre ambas capas.

En la capa de transporte, los servicios provistos a la capa de aplicación son entre procesos. En la capa network, los servicios provistos a la capa de transporte son entre máquinas host. En el ámbito de la implementación, el servicio conexión-orientado de la capa de transporte lo implementan los end-systems, en el borde exterior de la red. El servicio de conexión en la capa network es implementado en el núcleo de la red, específicamente en los routers, pero también en los end-systems. Podría decirse que abarca un poco más que la capa anterior.

Todas las arquitecturas de redes de computadores a la fecha proveen sólo uno de los dos servicios, pero no ambos. A aquellas redes que ofrecen un servicio conexión-orientado se les llama virtual-circuit networks, o VC; las que ofrecen servicios sin-conexión son datagrams networks.


Contenido

Origen

Las VC se crearon al evolucionar el concepto de la telefonia, que usa circuitos reales. Con los datos de conexión e información de estado siendo guardada en los routers las VC networks son indiscutiblemente más complejas, esto también se hereda de la telefonia, donde la complejidad debia estar en las conexiones y no es los dispositivos del borde ya que estos no son complejos.

Las Datagram networks se pensaron para eliminar la complejidad de las VC, ya que los dispositivos eran más inteligentes, podian quitarle la carga de proceso a los routers intermedios. La internet que conocemos hoy en día tiene este modelo, se implemento de esta manera no solo por eso, sino porque el sistema de datagramas, al usar una estructura de red simple, permite la inclución de nuevos end-systems sin mayor problema. Por ultimo este sistema daba la libertad de conectar diferentes tipos de redes tales como satelital, ethernet, fibra, o radio mientras mantengan el mismo protocolo.

Virtual Circuits Networks

Las VC networks son redes establecidas en la misma capa network. Cualquier VC consiste de 3 componentes:

  • un camino entre los host fuente y destino, que consiste en un número dado de routers y enlaces entre estos routers y/o hosts.
  • por cada enlace en el camino, existe un número VC
  • una forwarding table en cada router a lo largo del camino.

Y funciona así: cada paquete contiene un número VC en su header. Como ya se dijo, cada enlace en el circuito virtual puede tener un número VC distinto, por lo tanto cada router que intervenga en el camino de este paquete debe reemplazar el número VC de cada paquete que pase por él. Y lo hace a través de su forwarding table. Un ejemplo de dicha tabla aparece a continuación:

Incoming Interface Incoming VC# Outgoing Interface Outgoing VC#
1 12 2 22
2 63 1 18
3 7 2 17
1 97 3 87


Un paquete no mantiene el mismo número VC en cada enlace en su ruta porque:

  • Al reemplazarlo en cada router, el largo del campo VC en el header del paquete se reduce.
  • la configuración es enormemente simplificada si se permite un nuevo número VC en cada enlace del camino.

Lo último quiere decir, que permitiendo múltiples números VC, cada enlace puede escoger un número VC independientemente de aquellos elegidos en enlaces anteriores.

Es fundamental considerar que una red VC, los routers deben almacenar información del estado de conexión para las conexiones salientes. Cada vez que una conexión es establecida a través de un router, una nueva conexión debe ser agregada a la fordwarding table del router, como también cuando una conexión sea terminada, la entrada debe ser borrada de la tabla.

En resumen:

  • Nueva conexión se establece en router R => se agrega una fila a la tabla de R
  • Conexión que pasa por R se termina => se borra fila de dicha conexión.

Etapas de una conexión Virtual Circuit

En un virtual circuit se pueden distinguir tres fases:

Primero está la configuración, donde el un end-system se conecta con otro y este le da respuesta, en cada uno de los routers intermedios se genera el valor de VC y lo agrega a la forwarding table donde se guardan 4 datos: link entrante, valor de VC entrante, vc de salida y link saliente. Con la combinación de link-N°Vc se obtienen los 2 datos con los que seguira la información.

Luego viene la transferencia de datos.Se guarda en cada paquete de información una lista con los n° vc en orden, en cada router se quita un número vc y se reenvía hasta que llega al destinatario.

Una vez que no se necesita mas la red, se procede a cerrarla, proceso conocido como desmantelación de VC, donde se avisa al otro dispositivo y a los routers intermedios que se cerrara la conexión, asi borrando de las tablas de re-envío toda la información de la sesión.

Diagrama de Virtual Circuit network

Las VC networks aseguran el paso de la información en orden y con un tiempo determinado.

Datagrams Networks

Las Datagram Network (Datagram en español es datagrama y se refiere a una estructura donde los datos tienen un header con la información requerida para su traslado) son redes que al contrario de las VC no generan una ruta estable. Para enviar información se requiere un solo paso, no se necesita de handshake ver la ruta disponible, solo se envian los paquetes de datos (datagramas) con la información del destinatario, remitente, versión de protocolo y más datos que permiten que el paquete llegue a destino.

Cuando un datagrama llega a un router en la red, este debe decidir en que dirección enviarlo, esto se hace con la dirección del receptor, pero no se hace directamente como en VC, porque guardar una tabla para cada receptor posible seria imposible(mas de 4000 millones de direcciones posibles) por lo que se implementa un sistema de rangos, estos rangos quedan definidos en el router y tienen un link asociado por el cual el datagrama debe seguir su camino en caso de pertenecer a ese rango.

Diagrama de Datagram Network

Para determinar si un identificador, por ejemplo IP, pertenece a un rango, se establecen marcas de clase, y mediante comparacion de prefijos de las cadenas de bits se evalúa y determina a que marca pertenece.

Si bien los routers intermedios no guardan información del estado de conexión, guardan tablas de re-envío con las que se decide a donde enviar los datagramas entrantes, estas tablas se actualizan cada 1 a 5 minutos generalmente, por lo que no es anormal que una lista de paquetes lleguen al momento de actualizar y terminen siendo enviados en diferentes direcciones, lo que produciría diferentes tiempos de llegada y por ende llegan en desorden.

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