Slides TD IV - clases (2)

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TD4 2022TD4 2022
Paquetes y latencia de transmisión
Los hosts envían paquetes a la red:
▪ Toman un mensaje de la app
▪ Lo descomponen en porciones más 
chicas: paquetes de (digamos) L bits
▪ Transmiten el paquete a la red de 
acceso con una tasa de transmisión 
R (bits por segundo)
R: tasa de transmisión
host
12
dos paquetes de 
L bits c/u
Latencia (delay) 
de transmisión 
de un paquete
Tiempo requerido para 
transmitir L bits por el 
enlace
L (bits)
R (bits/seg)
= =
3
Ejemplo numérico 
▪ L = 10 Kbits
▪ R = 100 Mbps
▪ Delay de transmisión
0.1 mseghttps://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetwork_7/cw/content/interactiveanimations/transmission-vs-propogation-delay/transmission-propagation-delay-ch1/index.html
https://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetwork_7/cw/content/interactiveanimations/transmission-vs-propogation-delay/transmission-propagation-delay-ch1/index.html
TD4 2022TD4 2022
Conmutación de paquetes: store-and-forward
▪ Como vimos antes, toma L/R segundos transmitir un paquete por 
el enlace a tasa R bps
▪ El paquete debe llegar completo al router antes de poder 
redirigirse al siguiente enlace (store-and-forward)
origen R bps destino
123
L bits
por paquete
R bps
4
TD4 2022TD4 2022
Ejercicio!
5
Supongamos un escenario en el que existe exactamente un 
switch entre dos hosts (uno envía, el otro recibe). Las tasas de 
transmisión en ambos tramos de conexión son de R1 y R2 
respectivamente. Asumiendo el uso de store-and-forward, ¿Cuál 
es el tiempo total para enviar un paquete de longitud L?
origen R1 bps destinoR2 bps
 
 
TD4 2022TD4 2022
Ejercicio!
6
En tiempo t0 el host origen empieza a transmitir. En tiempo t1= L/R1 se 
completa la transmisión y el paquete entero es recibido por el switch, 
que puede comenzar a transmitir al host de destino. En tiempo t2= t1 + 
L/R2 el switch completa la transmisión y el paquete completo es 
recibido por el host destino. De esta manera, el tiempo total es: 
L/R1+L/R2.
origen R1 bps destinoR2 bps
 
 
TD4 2022TD4 2022
Encolamiento de paquetes
A
B
C
R = 100 Mb/s
R = 1.5 Mb/s
D
E
cola de paquetes 
aguardando a ser 
transmitidos
 
 
 
 
 
 
El encolamiento sucede cuando el trabajo llega más rápido 
que lo que puede ser atendido
7
TD4 2022TD4 2022
Encolamiento de paquetes
A
B
C
R = 100 Mb/s
R = 1.5 Mb/s
D
E
 
 
 
 
 
 
Encolamiento y pérdida de paquetes
Si la tasa de arribo al packet switch (en bps) supera a la tasa de 
transmisión durante un período de tiempo…
▪ Se encolarán paquetes esperando a ser transmitidos
▪ Podrían descartarse paquetes si la memoria se satura
8
cola de paquetes 
aguardando a ser 
transmitidos
https://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetwork_7/cw/content/interactiveanimations/queuing-loss-applet/index.html
https://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetwork_7/cw/content/interactiveanimations/queuing-loss-applet/index.html
TD4 2022TD4 2022
Circuit Switching
Se produce una reserva previa de 
recursos para la comunicación entre dos 
interlocutores
▪ En la figura, cada enlace posee cuatro 
circuitos. La conexión destacada 
emplea el segundo circuito del enlace 
superior y el primero del enlace 
derecho
▪ Recursos dedicados, no compartidos
▪ Un circuito permanece inactivo si no 
está siendo utilizado en una conexión
▪ Usualmente utilizado en las redes 
telefónicas
 
 
 
 
 
 
 
 
9
TD4 2022TD4 2022
Circuit Switching: FDM y TDM
fr
ec
u
en
ci
a
tiempo
fr
ec
u
en
ci
a
tiempo
4 usuarios
Multiplexación por División de 
Frecuencia (FDM)
▪ Ancho de banda total dividido en 
bandas de frecuencias
Multiplexación por División de Tiempo 
(TDM)
▪ Tiempo dividido en intervalos (slots)
▪ Cada conexión recibe su propia 
banda
▪ Cada conexión recibe intervalos 
periódicos durante las cuales puede 
transmitir empleando todo el ancho 
de banda 10
TD4 2022TD4 2022
Conmutación de paquetes vs. circuitos
▪ Conmutación de paquetes: ideal para datos “en ráfagas” (i.e. 
donde no siempre hay datos para transmitir)
• Recursos compartidos
• No precisa una etapa de reserva de recursos
▪ Pasible de sufrir congestión: latencias altas y pérdidas de 
paquetes por buffers saturados
• Se debe contar con protocolos confiables y con control de 
congestión
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TD4 2022TD4 2022
 
 
Delay y pérdida de paquetes
▪ Los paquetes se encolan 
en los routers esperando 
a ser transmitidos
▪ La cola crece cuando la 
tasa de arribo de paquetes 
supera a la capacidad de 
transmisión 
▪ Los paquetes se pierden 
si se satura la memoria 
para almacenar los 
paquetes por transmitir
A
B
Paquete en transmisión 
(delay de transmisión)
paquetes en memoria
(delay de encolamiento)
buffers disponibles: pérdida de paquetes 
si están todos ocupados
 
 
12
TD4 2022TD4 2022
 
 
Pérdida de paquetes
▪ Los buffers en la memoria de los routers tienen capacidad finita
A
B
paquete próximo a transmitirsebuffer
paquete (que será descartado)
▪ Si un nuevo paquete encuentra los buffers completos, se 
descarta y se pierde
▪ Este paquete perdido puede ser (o no) retransmitido
13https://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetwork_7/cw/content/interactiveanimations/queuing-loss-applet/index.html
https://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetwork_7/cw/content/interactiveanimations/queuing-loss-applet/index.html
TD4 2022TD4 2022
 
 
Tipos de latencia
d
proc
: delay de procesamiento 
▪ Tiempo de examinar header, 
decidir enlace de salida, etc
▪ Se mide en microsegundos
 d
queue
: delay de encolamiento
▪ Tiempo de espera en los buffers del 
enlace de salida hasta ser transmitido
▪ Depende de la congestión en el router
propagación
procesamiento
encolamiento
d
nodal
 = d
proc
 + d
queue
 + d
trans
 + d
prop
A
B
transmisión
 
 
14
TD4 2022TD4 2022
Tipos de latencia
15
 
 
propagación
procesamiento
encolamiento
d
nodal
 = d
proc
 + d
queue
 + d
trans
 + d
prop
A
B
transmisión
 
 
d
trans
: delay de transmisión
▪ L / R (L: longitud del paquete 
en bits; R: tasa de 
transmisión en bps)
 d
prop
: delay de propagación
▪ d / s (d: longitud del enlace físico; s: 
velocidad de propagación en dicho 
medio)
Estas dos magnitudes son muy distintas!
TD4 2022TD4 2022
Ejercicio!
▪ Supongamos lo siguiente:
▪ La cabina de peaje demora 12 
segundos en atender un auto 
▪ Los autos se “propagan” a 100 km/h
▪ ¿Cuánto tiempo pasa hasta que la 
caravana queda alineada en la 
segunda cabina?
peaje
(enlace)
Caravana de 10 autos
(paquete de 10 bits)
100 km
16
peaje
TD4 2022TD4 2022
Ejercicio!
▪ Supongamos lo siguiente:
▪ La cabina de peaje demora 12 
segundos en atender un auto 
▪ Los autos se “propagan” a 100 km/h
▪ ¿Cuánto tiempo pasa hasta que la 
caravana queda alineada en la 
segunda cabina?
▪ Tiempo para pasar a todos los 
autos por la cabina:
 12*10 = 120 segundos
▪ Tiempo para “propagar” al 
último auto a la segunda cabina:
100km/(100km/h) = 1 h
▪ Entonces, 62 minutos en total
peajepeaje
(enlace)
Caravana de 10 autos
(paquete de 10 bits)
100 km
17https://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetwork_7/cw/content/interactiveanimations/transmission-vs-propogation-delay/transmission-propagation-delay-ch1/index.html
https://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetwork_7/cw/content/interactiveanimations/transmission-vs-propogation-delay/transmission-propagation-delay-ch1/index.html
https://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetwork_7/cw/content/interactiveanimations/transmission-vs-propogation-delay/transmission-propagation-delay-ch1/index.htmlTD4 2022TD4 2022
Internet: red de redes
▪ Los hosts se conectan a 
Internet a través de los ISPs 
(Internet Service Providers)
▪ A su vez, los ISPs deben 
estar interconectados
• De este modo, un par 
cualquier host puede 
comunicarse e intercambiar 
paquetes
▪ Todo esto deriva una red de 
estructura compleja
18
Internet
Red móvil
Red doméstica
Red 
corporativa
ISP global
ISP local 
datacenter 
Red de 
prov. de 
contenidos
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TD4 2022TD4 2022
Internet: red de redes
¿Cómo podemos interconectar millones de ISPs?
…
…
……
…
…
19
TD4 2022TD4 2022
…
…
…
……
Internet: red de redes
…
…
……
…
…
No resulta escalable 
interconectarlos de a pares: se 
requieren O(N2) conexiones
20
¿Cómo podemos interconectar millones de ISPs?
TD4 2022TD4 2022
Internet: red de redes
Alternativa: conectar cada ISP a un gran ISP global
Los ISPs (clientes) abonan por este servicio
ISP 
global
 
 
 
 
 
 
 
 
…
…
……
…
…
21
TD4 2022TD4 2022
ISP A
 
 
 
 
 
 
ISP C
ISP B
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Internet: red de redes
…
…
……
…
…
Si este negocio resulta redituable, surgen naturalmente otros 
ISPs globales 
 
22
TD4 2022TD4 2022
ISP A
 
 
 
ISP C
ISP B
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Internet: red de redes
…
…
……
…
…
Todos estos ISPs globales deben estar interconectados
IXP
Peering entre ISPs
Punto Neutro
(IXP, Internet Exchange Point)
 
 
 
IXP
 
 
 
 
 
 
23
TD4 2022TD4 2022
ISP A
 
 
 
ISP C
ISP B
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Internet: red de redes
acces
s
net
…
…
……
…
…
La jerarquía también contempla ISPs regionales
IXP
 
 
 
 
 
IXP
 
 
 
ISP regional
 
24
TD4 2022TD4 2022
ISP A
 
 
 
ISP C
ISP B
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Internet: red de redes
…
…
……
…
…
Algunas empresas tienen sus propias redes de distribución de contenidos 
conectadas a distintos ISPs (e.g. Google, Akamai, Amazon, Netflix)
IXP
 
 
 
 
 
IXP
 
 
 
 
 Red de distribución de 
contenidos
ISP regional
 
 
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TD4 2022TD4 2022
Internet: red de redes
 ISP ISP ISPISPISPISP ISP ISP
ISP 
regional
ISP 
regional
ISP
(Tier 1)
ISP
(Tier 1)
IXP
 Google
IXPIXP
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TD4 2022TD4 2022
 
 
 
 
 
 
Delays y rutas en Internet
▪ La herramienta traceroute permite delinear la ruta que sigue 
un paquete, ofreciendo estimaciones de delay hacia cada 
router intermedio (hop)
3 paquetes
3 paquetes
3 paquetes
 
 
•Para cada hop i, envía tres paquetes que sólo llegarán hasta i en el 
camino hacia el destino final
•El router i enviará una respuesta acorde
•El remitente mide el tiempo transcurrido entre su paquete y la 
respuesta respectiva
27
Más sobre esto en la práctica!
TD4 2022TD4 2022
Delays y rutas en Internet
▪ La herramienta traceroute permite delinear la ruta que sigue 
un paquete, ofreciendo estimaciones de delay hacia cada 
router intermedio (hop)
28
Más sobre esto en la práctica!
 1 <1 ms <1 ms <1 ms 192.168.0.1
 2 * * * Request timed out.
 3 6 ms 5 ms 6 ms 68.85.162.74
 4 13 ms 8 ms 9 ms pos-0-3-0-0-cr01.newyork.ny.ibone.comcast.net [68.86.90.57]
 5 95 ms 100 ms 90 ms xe-10-1-0.edge1.NewYork2.exampleISP1.net [10.1.169.45]
 6 10 ms 8 ms 9 ms ae-33-89.car3.NewYork1.exampleISP1.net [10.2.16.133]
 7 10 ms 9 ms 10 ms 192.205.33.93
 8 84 ms 86 ms 84 ms tbr2.n54ny.ip.exampleISP2.net [172.25.3.110]
 9 86 ms 86 ms 86 ms cr2.n54ny.ip.exampleISP2.net [172.30.16.133]
 10 85 ms 84 ms 85 ms cr2.wswdc.ip.exampleISP2.net [172.30.3.38]
 11 84 ms 85 ms 84 ms cr1.attga.ip.exampleISP2.net [172.30.1.173]
 12 85 ms 86 ms 84 ms cr2.dlstx.ip.exampleISP2.net [172.30.28.174]
 13 84 ms 84 ms 84 ms cr2.la2ca.ip.exampleISP2.net [172.30.28.178]
 14 107 ms 84 ms 85 ms gar5.la2ca.ip.exampleISP2.net [172.30.129.25]
 15 85 ms 85 ms 85 ms 172.30.255.74
 16 85 ms 86 ms 84 ms mdf001c7613r03-gig-10-1.lax1.example.com [10.10.193.242]
 17 * * * Request timed out.
 18 * * * Request timed out.
 19 * * * Request timed out.
Hop RTT1RTT2 RTT3 Name [IP Address]
TD4 2022TD4 2022
 
 
Tasa de transferencia (throughput)
▪ Es la cantidad efectiva de bits por unidad de tiempo (b/s) a la que 
se está recibiendo un archivo. 
• instantáneo: en un punto dado del tiempo
•medio: a lo largo de un período de tiempo prolongado
servidor:
archivo de F bits a 
transmitir al cliente
enlace con capacidad
 R
s 
bits/s
enlace con capacidad
 R
c 
bits/sarchivo (fluido) a 
enviar
 “caño” que 
transporta fluidos a
 R
s 
bits/s
 “caño” que 
transporta fluidos a
 R
c 
bits/s
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TD4 2022TD4 2022
Throughput
Rs < Rc ¿Cuál es el throughput end-to-end medio?
 R
s 
bits/s
R
c 
bits/s
Rs > Rc ¿Cuál es el throughput end-to-end medio?
enlace que limita el throughput end-to-end
Cuello de botella - bottleneck
R
s 
bits/s
 R
c 
bits/s
30
TD4 2022TD4 2022
Throughput: ejemplo basado en Internet
10 conexiones comparten de 
forma equitativa el enlace 
backbone de R bits/s
R
s
R
s
R
s
R
c
R
c
R
c
R
▪ Throughput por conexión 
min(R
c 
,R
s 
,R/10)
▪ En la práctica, R
c
 o R
s
 suelen 
ser los cuellos de botella
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TD4 2022TD4 2022
Protocolos, capas y estructura 
Las redes son complejas y contemplan diversos elementos:
▪hosts
▪routers
▪enlaces (de distintos tipos)
▪aplicaciones
▪protocolos
▪hardware, software
¿Cómo podemos organizar la 
estructura de una red de 
computadoras?
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TD4 2022TD4 2022
Organización en capas (layers)
Enfoque para abordar el diseño de sistemas complejos
▪ Una estructura explícita permite identificar y vincular los 
componentes del sistema
• Modelo de referencia organizado en capas
▪ La modularización facilita el mantenimiento del sistema
• Los cambios en las implementaciones de una capa son 
transparentes para el resto del sistema
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TD4 2022TD4 2022
Un vuelo en capas
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Ticket (comprar)
Valijas (despachar)
Puertas (abordar)
Pista (despegar)
Avión (ruteo)
Ticket (reclamar)
Valijas (retirar)
Puertas (bajar)
Pista (aterrizar)
Avión (ruteo)Avión (ruteo)
Aeropuerto de salida Aeropuerto de llegadaControladores de tráfico aéreo
TD4 2022TD4 2022
Stack de protocolos de Internet
▪ Capa de aplicación
• Soporte para aplicaciones (HTTP, FTP, IMAP, SMTP, DNS)
▪ Capa de transporte
• Transferencia de datos entre procesos (TCP, UDP)
▪ Capa de red
• Ruteo de datagramas de origen a destino (IP, OSPF, 
BGP)
▪ Capa de enlace
• Transferencia de datos entre dispositivos de red 
adyacentes (Ethernet, 802.11 (WiFi))
▪ Capa física
• Transferencia de bits en el medio físico
enlace
aplicación
red
transporte
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
35
TD4 2022TD4 2022
Servicios, capas y encapsulamiento
origen
▪ El protocolo de transporte encapsula el 
mensaje M de la capa superior con un 
header Ht: segmento de la capa de 
transporte
aplicación
transporte
red
enlace
física
destino
aplicación
transporte
red
enlace
física
El protocolo de transporte transmite M desde un 
proceso a otro en el destino usando servicios de la 
capa de red
Las apps intercambian mensajes para implementar 
servicios usando servicios de la capa de transporte
M
36
Ht M
TD4 2022TD4 2022
Servicios, capas y encapsulamiento
▪ El protocolo de red encapsula el segmento 
[Ht | M] con un header Hn : datagrama de la 
capa de red
MHn
El protocolo de red transmite el segmento [Ht | M] de un host a otro usando servicios de la capa de enlace
37
destino
aplicación
transporte
red
enlace
física
origen
aplicación
transporte
red
enlace
física
M
El protocolo de transporte transmite M desde un 
proceso a otro en el destino usando servicios de la 
capa de red
Ht M
Ht
TD4 2022TD4 2022
Servicios, capas y encapsulamiento
▪ El protocolo de enlace encapsula el 
datagrama [Hn| [Ht |M] con un header Hl : 
frame de la capa de enlace
El protocolo de enlace transmite el datagrama
[Hn| [Ht |M] hacia un nodo adyacente usando servicios de la capa física
M
M
H
t
H
n
38
origen
aplicación
transporte
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
destino
El protocolo de red transmite el segmento [Ht | M] de un host a otro usando servicios de la capa de enlace
M
Ht M
MHn Ht
HtHnHl
TD4 2022TD4 2022
 
 
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
Encapsulamiento: 
vista end-to-endorigen
M
segmento H
datagrama
destino
M
M
M M
M
M
router
switch
mensaje M
M
frame
enlace
física
39
M
Ht
Ht
Ht
Ht
Ht
Ht
Ht
Ht
Hn
Hn
Hn
Hn
Hn
Hl
Hn
Hl
Hl
TD4 2022TD4 2022
Historia de Internet
▪ 1961: Kleinrock (MIT) muestra 
eficacia utilizando teoría de colas
▪ 1964: Paul Baran (RAND Institute) 
investiga sobre su uso en redes 
militares.
▪ 1967: surgimiento de ARPAnet 
(ancestro de la Internet moderna)
▪ 1969: primer switch de ARPAnet 
operacional (cuatro nodos al final 
del año)
1961-1972: principios de conmutación de paquetes
40
TD4 2022TD4 2022
Historia de Internet
1961-1972: principios de conmutación de paquetes
41
▪ 1972: 
• Primera demo pública de 
ARPAnet (15 nodos)
• Uso de NCP (Network Control 
Protocol): protocolo entre hosts
• Primer software de e-mails sobre 
NCP
TD4 2022TD4 2022
Historia de Internet
▪ 1970s: surgen otras redes como 
ALOHAnet (red satelital para 
conectar universidades en 
Hawaii)
▪ 1974: Cerf y Kahn delinean 
fundamentos de interconexión 
de redes –internetting
▪ 1975: Ethernet (Xerox PARC)
▪ 1979: ARPAnet alcanza los 200 
nodos
1972-1980: redes propietarias e Internetworking
Principios de internetworking 
de Cerf y Kahn:
▪ Minimalismo y autonomía
▪ Servicio best-effort
▪ Ruteo stateless
▪ Control descentralizado
Los principios definen la 
arquitectura de la Internet 
moderna (TCP)
42
TD4 2022TD4 2022
Historia de Internet
▪ 1983: despliegue de TCP/IP 
(reemplazo de NCP)
▪ 1982: definición de SMTP (e-mail)
▪ 1983: DNS (traducción de 
nombres a IPs)
▪ 1985: FTP (transferencia de 
archivos)
▪ 1988: control de congestión en 
TCP
▪ Nuevas redes a nivel nacional: 
CSNET, BITNET, NSFNET, Minitel 
(Francia)
▪ 100k hosts conectados a la 
“Internet” pública (confederación 
de redes)
1980-1990: proliferación de redes
43
TD4 2022TD4 2022
Historia de Internet
▪ Principios de 1990s: ARPAnet 
decomisada
▪ 1991: NSF permite usos 
comerciales de NSFnet 
(decomisada en 1995)
▪ Principios de 1990s: la Web
• Hipertexto [Bush 1945, Nelson 
1960’s]
• HTML, HTTP: Berners-Lee
• 1994: Mosaic (Netscape)
• Fines de 1990s: comercialización de 
la Web
1990, 2000s: el boom de Internet
44
TD4 2022TD4 2022
Historia de Internet
Fines de 1990s – 2000s:
▪Nuevas aplicaciones: mensajería 
instantánea, P2P file sharing 
(Napster)
▪Más atención a seguridad en redes
▪Alrededor de 50 millones de hosts 
(más de 100 millones de usuarios)
▪Enlaces backbone con velocidades 
en los Gbps
1990, 2000s: el boom de Internet
45
TD4 2022TD4 2022
Historia de Internet
▪ Despliegue masivo de accesos de banda ancha en hogares (10-100s 
Mbps)
▪ Acceso inalámbrico de alta velocidad (WiFi, 4G/5G)
▪ Redes de proveedores de servicios y contenidos (e.g. Google)
• Conexiones próximas a usuarios finales: acceso “instantáneo” a 
contenido multimedia, redes sociales, etc.
▪ Servicios en la nube (e.g. AWS, GCP)
▪ Surgimiento de smartphones: más dispositivos móviles que fijos en 
Internet more mobile than fixed devices on Internet (2017)
▪ ~18 miles de millones de dispositivos conectados a Internet (2017)
2005-presente: escalabilidad, movilidad, la nube
46