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1º de Sistemas Microinformáticos en Redes

UT9: Direccionamiento IP Redes Locales

Pascual Cano Molina 10-4-2019

UT9: Direccionamiento IP

Contenido 1.

Introducción ................................................................................................................................................. 2

2.

Organización interna del nivel de red .......................................................................................................... 2

3.

Funciones del nivel de red ............................................................................................................................ 3

4.

Direcciones IPv4 y máscaras de red. ............................................................................................................ 4

5.

4.1.

Clases de redes ..................................................................................................................................... 4

4.2.

Máscaras de red ................................................................................................................................... 7

4.3.

Direcciones especiales. ......................................................................................................................... 7

4.4.

Direcciones IP Privadas ......................................................................................................................... 8

4.5.

Direcciones locales de enlace (link-local) ............................................................................................. 8

4.6.

Direcciones TEST‐NET ........................................................................................................................... 9

4.7.

Direcciones Públicas ............................................................................................................................. 9

4.8.

Proveedores de Servicios de Internet ISP ............................................................................................. 9

Protocolo IP ................................................................................................................................................ 11 5.1.

6.

Datagrama IP ...................................................................................................................................... 11

Tablas de enrutamiento en los dispositivos ............................................................................................... 13 6.1.

Tabla de enrutamiento o Tabla de rutas ............................................................................................ 13

6.2.

Formas de enrutamiento .................................................................................................................... 15

6.3.

Como trabajar con enrutamiento estático ......................................................................................... 15

7.

Fragmentación ............................................................................................................................................ 16

8.

Actividades ................................................................................................................................................. 18

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UT9: Direccionamiento IP

1. Introducción Aquí veremos dos tipos de servicios principales que pueden ofrecer la capa de red: servicio no orientado a la conexión y no fiable (Internet) y servicio orientado a la conexión y fiable (TCP/IP). En el primer caso, si el usuario desea establecer conexiones o llevar a cabo un buen control de errores, debe ser de su responsabilidad llevarlo a cabo, utilizando protocolos más complejos a niveles superiores. Sin embargo, si la subred ya ofrece una comunicación fiable, el usuario no tendrá que preocuparse y podrá utilizar protocolos de capas superiores más sencillos. La capa de red se encarga de llevar los bloques de información desde el origen hasta el destino. Que esos bloques alcancen al receptor puede suponer muchos saltos por estaciones intermedias, característica que diferencia a esta capa con el nivel de enlace de datos, que sólo se preocupa de la comunicación entre estaciones conectadas al mismo cable. En una red local que utiliza un medio compartido, solamente existe una ruta posible para comunicar dos estaciones, el nivel de enlace deberá realizar la tarea de comprobar si el mensaje va destinado a la estación o no, comprobando la dirección MAC del destinatario. Para poder realizar su trabajo convenientemente, la capa de red debe conocer la topología física y seleccionar las mejores rutas a través de ella, también deberá tener en cuenta rutas alternativas a modo de evitar congestionamientos o zonas más saturadas.

2. Organización interna del nivel de red Existen varios mecanismos básicos de comunicación que pueden clasificarse en tres tipos: • Conmutación de circuitos: Técnica utilizado por el sistema telefónico. Para transmitir la información, primero se establece una conexión, se reserva una ruta determinada de la red para uso exclusivo de esta transmisión. Una vez establecida la ruta, la información circula toda junta por ese camino y cuando ya no hay nada que trasmitir se libera la conexión. •

Conmutación de mensajes: El mensaje completo va pasando de un nodo a otro de la red sin que se establezca ninguna conexión ni se reserven rutas por antelación. Cada vez que un mensaje llega a un nodo, éste decide cuál es el mejor camino y lo manda al siguiente. Cada nodo debe tener una gran cantidad de espacio para almacenar los mensajes que se van trasmitiendo.

•

Conmutación de paquetes: Es la más adecuada para transmitir datos. Consiste en que el mensaje a transmitir se divide en bloques más pequeños que son enviados por la red sin establecimiento de conexión. Cada uno de esos fragmentos puede recorrer diferentes rutas y pueden llegar desordenados, los nodos no necesitan gran cantidad de memoria para almacenar los fragmentos.

En una red IPv4, los hosts pueden comunicarse de tres maneras diferentes: • Unicast: el proceso por el cual se envía un paquete de un host a un host individual. • Broadcast: el proceso por el cual se envía un paquete de un host a todos los hosts de la red. • Multicast: el proceso por el cual se envía un paquete de un host a un grupo seleccionado de hosts. Estos tres tipos de comunicación se usan con diferentes objetivos en las redes de datos. En los tres casos, se coloca la dirección IPv4 del host de origen en el encabezado del paquete como la dirección de origen.

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3. Funciones del nivel de red Las funciones principales que llevan a cabo los protocolos de nivel de red son los siguientes: Encaminamiento de la información, control de la congestión, calidad del servicio y el direccionamiento. Encaminamiento de la información El objetivo principal de una subred de comunicaciones es facilitar el diálogo entre los dispositivos conectados a ella. Debe encargarse de recoger los fragmentos que dichas estaciones transmiten y conducirlos a través de la red, hasta el destino deseado. Para ello se requiere el uso de procedimientos de encaminamiento que seleccione la ruta más corta, rápida y con mínima utilización de recursos (La selección de una ruta se basa en la elección de la ruta más corta, la que atraviesa menos nodos). Dependiendo del algoritmo de encaminamiento utilizado, la información que utiliza suele almacenarse en tablas de encaminamiento que pueden encontrarse en los nodos de la red. Cada tabla contiene una entrada por cada destino posible y el enlace de salida que debe utilizarse para alcanzar el nodo siguiente de la red. Control de la congestión La congestión es el fenómeno que se produce cuando se concentra gran cantidad de tráfico (paquetes) en una zona determinada de la red y puede afectar a uno o varios nodos. En una red, cada nodo necesita un intervalo de tiempo para procesar los paquetes que le llegan, dirigiéndolos hacia la mejor ruta. Por lo que debe existir un almacén temporal que impida la perdida de los paquetes que llegan mientras se procesa el anterior. Cuando se alcanza el punto de saturación (cuando el almacén temporal o memoria se llena) y el nodo no puede absorber más paquetes, existen dos opciones para paliar esta situación: rechazar los nuevos paquetes que van llegando o ejercer un control más exhaustivo sobre los nodos vecinos impidiendo que envíen nuevos paquetes. Existen dos políticas diferentes para la gestión de la congestión en la red: • Política de ciclo abierto: Su intención no es detectar la congestión, sino evitar que se produzca. Procedimientos: Procedimiento isaritmico y cubo con pérdida (leaky bucket). • Política de ciclo cerrado: Se toman decisiones en función de la congestión, se ocupan de detectar y corregir este problema. Procedimientos: Control de admisión, Paquetes de alerta, Desprendimiento de carga, Congestión en subredes en circuitos virtuales. Calidad del servicio Existen determinados servicios que transmiten datos que por su carácter requieren un nivel de calidad más allá del que se logra mediante el control de la congestión. Un ejemplo de ello sería los servicios de retransmisión de audio o vídeo, que requieren una transmisión rápida y correcta de los datos además de tener un ritmo lo más uniforme posible. Las técnicas aplicadas son muy variadas y podemos mencionar: • Sobreaprovisamiento: Es un sobredimensionado de los enrutadores para tener suficiente capacidad para dar el servicio adecuado. • Buffers: Regula la transmisión multimedia de audio y video, de forma que se disponga de una reserva anticipada de datos para poder suministrarlos en caso de pequeñas interrupciones. • Moderando el tráfico: Se controla el flujo de salida en el servidor. • Cubo de goteo (leaky bucket): Proporciona una transmisión a un ritmo regular, el llenado puede ser irregular pero la salida es constante. • Cubo de goteo con tokens: Variante de la anterior, aunque más flexible.

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UT9: Direccionamiento IP Direccionamiento Para que los protocolos de nivel de red puedan encaminar correctamente los paquetes hacia su destino, es necesario que exista un mecanismo que identifique unívocamente a emisores y receptores. Por lo que toda computadora que necesita comunicarse tendrá una dirección de capa de red (dirección IP) para que las demás computadoras puedan enviar paquetes de datos a esa dirección, esperando que la red entregue el paquete de datos a la computadora correcta. Una característica clave de las direcciones de capa de red es que fueron diseñadas para permitir el agrupamiento lógico de las direcciones. Con las direcciones IP este agrupamiento se llama red o subred. Estos agrupamientos funcionan como códigos postales ya que permiten a los routers enrutar rápidamente montones de paquetes.

4. Direcciones IPv4 y máscaras de red. Protocolo de Internet (IP) es uno de los principales protocolos en el conjunto de protocolos TCP/IP. Este protocolo funciona en la capa de red del modelo OSI y en la capa de Internet del modelo TCP/IP. Por lo tanto, este protocolo tiene la responsabilidad de identificar hosts basados en sus direcciones lógicas y para dirigir los datos entre ellos a través de la red subyacente. IP proporciona un mecanismo para identificar de forma única los hosts por un esquema de direccionamiento IP. IP usa entrega de mejor esfuerzo, es decir, que no garantiza que los paquetes se entregarán al host destino, pero lo hará su mejor para llegar al destino. El sistema de direccionamiento IP es muy peculiar y ampliamente aceptado por la comunidad mundial. Cada dirección IP consta de 32 bits agrupados en grupos de 8 bits. Los números de red los asigna el NIC (Network Information Center) para evitar conflictos. Una dirección IP, por tanto, se expresa con cuatro números decimales separados por puntos. Cada uno de estos números varía entre 0 y 255. Cada host y router de Internet tiene una dirección IP, que codifica su número de red y su número de host. La combinación es única. Las direcciones IP se usan en los campos de dirección de origen y destino de los paquetes IP.

4.1. Clases de redes Como IP es un protocolo pensado para la interconexión de subredes, cada dirección IP codifica una red y un host dentro de esa red. Atendiendo a los primeros bits de cada dirección se averigua el tipo de red de que se trata y de su dirección concreta. Los bits restantes codifican el host de que se trata dentro de esa red. Redes de clase A Se caracterizan porque el primer bit de los 32 que tiene de cada dirección es un “0”. Los 7 bits siguientes codifican la subred y los 24 restantes la identificación del host dentro de esa subred. Los valores posibles para la subred varían entre 1 y 126, que coincide con el valor del primer byte de la dirección, hay 126 subredes posibles de tipo A. Cada una de ellas puede contener 16777214 hosts distintos. Este sistema de direccionamiento se utiliza para subredes muy grandes. El primer bit del primer octeto siempre se establece en 0 (cero). Por lo tanto, el primer octeto varía de 1 - 127, es decir La máscara de subred predeterminada para la clase de dirección IP es 255.0.0.0 que implica que la clase A abordar las redes pueden tener 126 (27-2) y 16777214 hosts (224-2). Dirección IP de Clase A formato es así: 0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH

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UT9: Direccionamiento IP Redes de clase B Se caracterizan porque los 2 primeros bits de la dirección son “10”. Los 14 bits siguientes codifican la subred, desde 128 A 191 para el primer byte de la dirección, por tanto son posibles 16384 subredes de tipo B. Cada una de estas subredes puede contener 65534 hosts distintos codificados por los 16 bits restantes. Una dirección IP a la cual pertenece a la clase B tiene los dos primeros bits del primer octeto de 10, es decir

Direcciones IP de Clase B rango de 128.0 .x.x a 191.255 .x.x. La máscara de subred predeterminada de la Clase B es 255.255.x.x. Clase B tiene 16384 (214) direcciones de red y 65534 (216-2) direcciones de host. Dirección IP de Clase B formato es: 10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH Redes de clase C Se caracterizan por tener sus 3 primeros bits con el valor “110”. Los 21 bits siguientes codifican la subred y los 8 restantes el host dentro de la subred. El primer byte de la dirección de una subred de clase C tiene un valor comprendido entre 192 y 223. Es posible codificar 2097151 subredes distintas de 254 hosts distintos cada una. El primer octeto de IP de Clase C tiene sus primeros 3 bits a 110, es decir: Las direcciones IP Clase C de 192.0.0.x a 192.255.255.x. La máscara de subred predeterminada de la Clase C es 255.255.255.x. Clase C tiene (221) = 2097152 de direcciones de red y (28-2) = 254 las direcciones de host. Dirección IP de Clase C formato: 110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH Redes de clase D Cuando el campo de dirección comienza por la secuencia “1110”, se entiende que los 28 bits restantes codifican una dirección multidifusión, es decir, una dirección especial en donde el destinatario no es único. Los cuatro primeros bits del primer octeto de la en la Clase D las direcciones IP se establece en 1110, dando una serie de: Clase D tiene la dirección IP 224.0.0.0 a 239.255.255.255 de. Clase D es reservado para la multidifusión. Los datos de la multidifusión no están destinados para un host en particular, por eso no hay necesidad de extraer direcciones de host de la dirección IP, y la clase D no tiene ninguna máscara de subred. El rango de direcciones multicast se subdivide en diferentes tipos de direcciones: direcciones de enlace local reservadas y direcciones agrupadas globalmente. Un tipo adicional de dirección multicast son las direcciones agrupadas administrativamente, también llamadas direcciones de agrupamiento limitado. Las direcciones IPv4 multicast de 224.0.0.0 a 224.0.0.255 son direcciones de enlace local reservadas. Estas direcciones se utilizarán con grupos multicast en una red local. Los paquetes enviados a estos destinos siempre se transmiten con un valor de período de vida (TTL) de 1. Por lo tanto, un router conectado a la red local nunca debería enviarlos. Un uso común de las direcciones link‐local reservadas se da en los protocolos de enrutamiento usando transmisión multicast para intercambiar información de enrutamiento. Las direcciones agrupadas globalmente son de 224.0.1.0 a 238.255.255.255. Se les puede usar para transmitir datos en Internet mediante multicast. Por ejemplo, 224.0.1.1 ha sido reservada para el Protocolo de hora de red (NTP) para sincronizar los relojes con la hora del día de los dispositivos de la red.

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UT9: Direccionamiento IP Redes de clase E Comienza por la secuencia “11110”, se reservan para protocolos especiales, como los de administración de grupos de internet, multitransmisión y otras futuras implementaciones

Las direcciones IP de esta clase va de 240.0.0.0 a 255.255.255.254 . Como Clase D, también esta clase no está equipada con máscara de subred. Actualmente, estas direcciones se mencionan como reservadas para uso futuro (RFC 3330). Esto sugiere que podrían convertirse en direcciones utilizables. En la actualidad, no es posible utilizarlas en redes IPv4. Sin embargo, estas direcciones podrían utilizarse con fines de investigación o experimentación.

Esquema general de clases

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UT9: Direccionamiento IP

4.2.

Máscaras de red

Una máscara de red es una secuencia de 32bits que sirve para distinguir con facilidad qué parte de una dirección codifica la red y qué parte el host. Una máscara se construye poniendo a 1 los bits que pertenecen a la red y a 0 los bits que pertenecen a la identificación del host. Este modo de asignación permite multiplicar extraordinariamente los distintos tipos de redes. Así una red de: Clase A tendrá la máscara: 11111111 00000000 00000000 00000000 – 255.0.0.0 Clase B tendrá la máscara: 11111111 11111111 00000000 00000000 – 255.255.0.0 Clase C tendrá la máscara: 11111111 11111111 11111111 00000000 – 255.255.255.0

4.3.

Direcciones especiales.

Dentro del rango de direcciones de cada red IPv4, existen tres tipos de direcciones: • Dirección de red: la dirección en la que se hace referencia a la red. • Dirección de broadcast: una dirección especial que se utiliza para enviar datos a todos los hosts de • Direcciones host: las direcciones asignadas a los dispositivos finales de la red.

•

Ruta predeterminada: 0.0.0.0 se usa por las estaciones cuando están siendo arrancadas (hasta que se completa la carga del sistema operativo), pero no se usa después. Se usa como ruta "comodín" cuando no se dispone de una ruta más específica.

•

Las direcciones con 0 como número de red se refieren, que este host forma parte a la red actual. Estas direcciones permiten que las máquinas se refieran a su propia red sin saber su número (pero tienen que saber su clase para saber cuántos ceros hay que incluir) Las direcciones IP con número de estación todo ceros (en binario) se refieren a la red actual (una red también debe tener una dirección IP por cuestiones de encaminamiento). El uso de esta dirección también reserva todas las direcciones en el bloque de direcciones 0.0.0.0 ‐ 0.255.255.255 (0.0.0.0 /8).

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Las direcciones con número de estación todo a unos (en binario) se utilizan para difusión (broadcast), es decir, enviar mensajes a todas las estaciones dentro de la misma red (es decir, para todas las estaciones que tienen el mismo identificador de número de red).

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La dirección que consiste solamente en 1’s permite la difusión de la red local.

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Las direcciones con un número de red propio y solamente 1´s en el campo de host permite que las máquinas envíen paquetes de difusión a LAN distantes desde cualquier parte de Internet.

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UT9: Direccionamiento IP •

Direcciones Loopback: Todas las direcciones de la forma 127.xx.yy.zz se reservan para pruebas de realimentación. Los paquetes enviados a esta dirección no se colocan en el medio físico, se procesan localmente y se tratan como paquetes de entrada. Es una dirección especial que los hosts utilizan para dirigir el tráfico hacia ellos mismos. La dirección 127.0.0.1 se reserva para especificar la estación actual, de forma que puede referirse a ella cuando se desea especificar el ordenador local (al igual que podría utilizar la dirección IP asignada). También es posible hacer ping a la dirección de loopback para probar la configuración de TCP/IP en el host local. A pesar de que sólo se usa la dirección única 127.0.0.1, se reservan las direcciones 127.0.0.0 a 127.255.255.255. Cualquier dirección dentro de este bloque producirá un loop back dentro del host local. Las direcciones dentro de este bloque no deben figurar en ninguna red.

4.4.

Direcciones IP Privadas

Cada una de las clases de direcciones IP, (A, B y C) tiene algunas direcciones reservadas como direcciones IP privadas. Estas IPs se puede utilizar dentro de una red, como en el campus, de la compañía y son privadas. Estas direcciones no se pueden utilizar en Internet, ya que los paquetes que contienen las direcciones privadas son eliminados por los routers. 10.0.0.0 – 10.255.255.255 172.16.0.0 – 172.31.255.255 192.168.0.0 – 192.168.255.255

10.0.0.0/8 172.16.0.0/12 192.168.0.0/16

Con el fin de comunicarse con el mundo exterior, estas direcciones IP debe tener para ser traducido a algunas direcciones IP públicas mediante proceso de NAT, o mediante un servidor Proxy Web. El encaminador sustituye las direcciones de origen y destino de los equipos de la red interna por la dirección externa del dispositivo (ya que es una dirección válida en el exterior de la red) de forma que las direcciones internas de la LAN quedan ocultas al exterior. Al mismo tiempo, el encaminador recuerda los paquetes enviados para sustituir las direcciones de destino en caso de que se reciban paquetes de respuesta desde la red externa. Gracias al uso del protocolo NAT, se extiende el espacio de direcciones que puede asignarse a las estaciones de Internet. El único propósito de crear una gama de direcciones privadas de asignación del control es por el ya limitado conjunto de direcciones ipv4. Mediante el uso de un rango de direcciones privadas de LAN, el requerimiento de direcciones IPv4 a nivel mundial ha disminuido significativamente. También ha ayudado a retrasar el agotamiento de las direcciones ipv4.

4.5.

Direcciones locales de enlace (link-local)

En el caso de que un host no es capaz de obtener una dirección IP de un servidor de DHCP y que no se ha asignado ninguna dirección IP de forma manual. El sistema operativo puede asignar automáticamente una dirección al host local en entornos donde no se dispone de una configuración IP. Se puede usar también una red de punto a punto. Dirección de vínculo local oscila entre 169.254.0.0 - 169.254.255.255 (169.254.0.0 /16) Si el servidor DHCP no está disponible, el segmento no será capaz de comunicarse con cualquier otro. Windows y otros Sistemas Operativos admite una funcionalidad de autoconfiguración de dirección IP local de enlace. Cada máquina host elige al azar una dirección IP de la mencionada y, a continuación, comprueba para determinar por medio de la ARP, si algún otro host no ha configurado a sí mismo con la misma dirección IP. Una vez todos los hosts están utilizando las direcciones locales de enlace de la misma gama, se pueden comunicar con los demás.

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UT9: Direccionamiento IP La comunicación mediante direcciones link‐local IPv4 sólo es adecuada para comunicarse con otros dispositivos conectados a la misma red. Un host no debe enviar un paquete con una dirección de destino link‐ local IPv4 a ningún router para ser reenviado, y debería establecer el TTL de IPv4 para estos paquetes en 1. Las direcciones link‐local no proporcionan servicios fuera de la red local. Sin embargo, muchas aplicaciones de cliente/servidor y punto a punto funcionarán correctamente con direcciones de enlace local IPv4.

4.6.

Direcciones TEST‐NET

Se establece el bloque de direcciones de 192.0.2.0 a 192.0.2.255 (192.0.2.0 /24) para fines de enseñanza y aprendizaje. Estas direcciones pueden usarse en ejemplos de documentación y redes. Los dispositivos de red aceptarán estas direcciones en su configuración. A menudo puede encontrar que estas direcciones se usan con los nombres de dominio example.com o example.net en la documentación de las RFC, del fabricante y del protocolo. Las direcciones dentro de este bloque no deben aparecer en Internet.

4.7.

Direcciones Públicas

Una compañía u organización que desea acceder a la red mediante hosts desde Internet debe tener un bloque de direcciones públicas asignado. El uso de estas direcciones públicas es regulado y la compañía u organización debe tener un bloque de direcciones asignado. Esto es lo que sucede con las direcciones IPv4, IPv6 y multicast. La Autoridad de números asignados de Internet (IANA) (http://www.iana.net) es un soporte maestro de direcciones IP. Las direcciones IP multicast se obtienen directamente de la IANA. Hasta mediados de los años noventa, todo el espacio de direcciones IPv4 era directamente administrado por la IANA. En ese entonces, se asignó el resto del espacio de direcciones IPv4 a otros diversos registros para que realicen la administración de áreas regionales o con propósitos particulares. Estas compañías de registro se llaman registros regionales de Internet (RIR). Cuando un RIR requiere más direcciones IP para distribuirlas o asignarlas dentro de su región, la IANA distribuye direcciones IPv6 a los RIR en función de sus necesidades establecidas. Los principales registros son: • • • • •

AfriNIC (African Network Information Centre), región África APNIC (Asia Pacific Network Information Centre), región Asia/Pacífico ARIN (American Registry for Internet Numbers), región América del Norte LACNIC (Regional Latin‐American and Caribbean IP Address Registry), América Latina y algunas islas del Caribe RIPE NCC (Reseaux IP Europeans), Europa, Medio Oriente y Asia Central

4.8.

Proveedores de Servicios de Internet ISP

La mayoría de las compañías u organizaciones obtiene sus bloques de direcciones IPv4 de un ISP. Un ISP generalmente suministrará una pequeña cantidad de direcciones IPv4 utilizables (6 ó 14) a sus clientes como parte de los servicios. Se pueden obtener bloques mayores de direcciones de acuerdo con la justificación de las necesidades y con un costo adicional por el servicio. En cierto sentido, el ISP presta o alquila estas direcciones a la organización. Si se elige cambiar la conectividad de Internet a otro ISP, el nuevo ISP suministrará direcciones de los bloques de direcciones que ellos poseen, y el ISP anterior devuelve los bloques prestados a su asignación para prestarlos nuevamente a otro cliente. pág. 9

UT9: Direccionamiento IP Servicios del ISP Para tener acceso a los servicios de Internet, tenemos que conectar nuestra red de datos a Internet usando un proveedor de servicios de Internet (ISP). Los ISP poseen sus propios conjuntos de redes internas de datos para administrar la conectividad a Internet y proporcionar servicios relacionados. Entre los servicios que un ISP generalmente ofrece a sus clientes se encuentran los servicios DNS, servicios de correo electrónico y un sitio Web. Dependiendo del nivel de servicio requerido y disponible, los clientes usan diferentes niveles de un ISP.

Niveles del ISP Los ISP se designan mediante una jerarquía basada en su nivel de conectividad al backbone de Internet. Cada nivel inferior obtiene conectividad al backbone por medio de la conexión a un ISP de nivel superior. Nivel 1 En la parte superior de la jerarquía de ISP están los ISP de nivel 1. Éstos son grandes ISP a nivel nacional o internacional que se conectan directamente al backbone de Internet. Los clientes de ISP de nivel 1 son ISP de menor nivel o grandes compañías y organizaciones. Debido a que se encuentran en la cima de la conectividad a Internet, ofrecen conexiones y servicios altamente confiables. Las principales ventajas para los clientes de ISP de nivel 1 son la confiabilidad y la velocidad. Debido a que estos clientes están a sólo una conexión de distancia de Internet, hay menos oportunidades de que se produzcan fallas o cuellos de botella en el tráfico. La desventaja para los clientes de ISP de nivel 1 es el costo elevado.

Nivel 2 Los ISP de nivel 2 adquieren su servicio de Internet de los ISP de nivel 1. Los ISP de nivel 2 generalmente se centran en los clientes empresa. Los ISP de nivel 2 normalmente ofrecen más servicios que los ISP de los otros dos niveles. Estos ISP de nivel 2 suelen tener recursos para ofrecer sus propios servicios como DNS, servidores de correo electrónico y servidores web. Otros servicios ofrecidos por los ISP de nivel 2 pueden incluir desarrollo y mantenimiento de sitios web, e‐commerce/e‐business y VoIP. La principal desventaja de los ISP de nivel 2, comparados con los ISP de nivel 1, es el acceso más lento a Internet. Como los IPS de Nivel 2 están al menos a una conexión más lejos de la red troncal de Internet, tienden a tener menor confiabilidad que los IPS de Nivel 1.

Nivel 3 Los ISP de nivel 3 compran su servicio de Internet de los ISP de nivel 2. El objetivo de estos ISP son los mercados minoristas y del hogar en una ubicación específica. Típicamente, los clientes del nivel 3 no necesitan muchos de los servicios requeridos por los clientes del nivel 2. Su necesidad principal es conectividad y soporte. Estos clientes a menudo tienen conocimiento escaso o nulo sobre computación o redes. Los ISP de nivel 3 suelen incluir la conectividad a Internet como parte del contrato de servicios de red y computación para los clientes. A pesar de que pueden tener un menor ancho de banda y menos confiabilidad que los proveedores de nivel 1 y 2, suelen ser buenas opciones para pequeñas y medianas empresas.

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UT9: Direccionamiento IP

5. Protocolo IP Internet es un conjunto de redes diferentes que comparten una pila de protocolos comunes. Cada una de estas redes es administrada por una entidad diferente: universidades, redes académicas nacionales, ISPs (Internet Service Providers), operadores, empresas multinacionales, etc. Como consecuencia de esto las políticas de uso son muy variadas. Técnicamente a nivel de red Internet puede definirse como un conjunto de redes o sistemas autónomos conectados entre sí que utilizan el protocolo de red IP. IP es una red de datagramas, no orientada a conexión, con servicio “best effort”, es decir, no ofrece Calidad y servicio. La entrega de los paquetes no está garantizada ya que, en momentos de congestión, estos pueden ser descartados sin previo aviso por los routers que se encuentren en el trayecto. En una red IP toda la información viaja en paquetes o datagramas IP. Esto es: cualquier información de control que tenga que intercambiarse (routing dinámico, mensajes de error, etc.) y los datos de nivel superior.

5.1.

Datagrama IP

0 4 8 16 19 24 31 Vers. HLEN Tipo Servicio Longitud Total Identificación Flags Desplaz. Fragmento Protocolo Checksum de la Cabecera TTL Dirección IP Fuente Dirección IP Destino Opciones IP (variable) Relleno DATOS

Cabecera normal

Cabecera

El paquete IP tiene dos partes: encabezado y texto. El encabezado tiene una parte fija de 20 bytes y una opcional de entre 0 y 40 bytes, pero siempre es un múltiplo de 4.

Los campos son los siguientes: Versión: 4 bits que permiten codificar los valores de las distintas versiones de IP. La versión actualmente es la 4, pero se empezó ya a extender el uso de la versión 6 con una estructura de paquete diferente a la de la figura. IHL o HLEN: 4 bits que especifican la longitud del encabezado, pues este puede variar debido a la presencia de campos opcionales. Se codifica en palabras de 32 bits, donde la longitud mínima es 5 y la máxima 15, que equivale a 40 bytes de información opcional. La longitud del encabezado siempre es un múltiplo de 32 bits, por lo que se puede añadir un relleno al final del encabezado. Tipo de Servicio: 8 bits. Permite establecer que calidad de servicio requiere el paquete. Se pueden establecer varios tipos de confiabilidad y velocidad (ej. rapidez en vez de confiabilidad para aplicaciones como audio o video, confiabilidad para transferencia de archivos, etc.). Este campo tiene subcampos de importancia: P (precedencia) son 3 bits de prioridad, un Flag tres bits D, T y R que permite especificar que importa más: Retardo, Throughput o Confiabilidad. tres primeros bits indican la prioridad 0= menor y 7 = mayor. D = 1 solicitud de bajo retardo T = 0 solicitud de alta capacidad

R = 1 solicitud de alta fiabilidad pág. 11

UT9: Direccionamiento IP Long. Total: 16 bits que indican la longitud total del datagrama IP, en octetos. Hasta un máximo de 65.535 bytes. Los datagramas IP no pueden tener menos de 576 octetos. Cuando el datagrama no quepa en alguno de los protocolos usados en alguna red, habrá que fragmentarlo. Si se fragmenta un datagrama, todos los fragmentos llevarán el mismo identificador. Identificación: 16 bits. Este campo permite al destino determinar a que paquete pertenece el fragmento que recientemente ha llegado a él. Está relacionado con la fragmentación de paquetes. FLAGS: • DF (Don't Fragment): 1 bit, indica no fragmentar el paquete. Normalmente estará a cero. El destino no puede montar el datagrama de nuevo. • MF (More Fragments): 1 bit, indica que vienen más fragmentos. Si el fragmento es el último del datagrama original estará a cero, el resto a uno. Offset o Desplazamiento del Fragmento: 13 bits para indicar a que parte del paquete total pertenece el fragmento que se está recibiendo. Si el datagrama no está fragmentado es igual a cero. TTL (Time to live): 8 bits que permiten descartar un paquete una vez que ha dado un número excesivo de saltos o ha pasado un tiempo excesivo viajando por la red. Es un contador regresivo que indica el tiempo de vida restante del datagrama medido en segundos, de forma que si su valor llega a cero el paquete debe ser descartado. Esto permite evitar que se produzcan loops y un paquete pueda permanecer “flotando” indefinidamente en la red. Protocolo: 8 bits que especifican a que protocolo de nivel de transporte al que debe ser entregado el datagrama. La tabla de protocolos válidos y sus correspondientes números son controlados por el IANA (Internet Assigned Number Authority). Para TCP = 6

Checksum: 16 bits que sirven para detectar errores en el encabezado del paquete. El checksum permite evitar en el paquete una alteración en alguno de los campos del encabezado que pudiera producirse, por ejemplo, por un problema de hardware en un router. El checksum sólo cubre el encabezado del paquete, no los datos. El campo checksum se ha de recalcular en cada salto, ya que al menos el TTL cambia. pág. 12

UT9: Direccionamiento IP Dirección IP Fuente: 32 bits que corresponden a la dirección IP origen. Dirección IP Destino: 32 bits que corresponden a la dirección IP destino. Opciones: campo de longitud variable que no siempre está soportado en los routers y se utiliza muy raramente. Fue diseñado para permitir expansiones al protocolo, experimentos, etc. Es de tamaño variable, comenzando siempre por un byte de codificación, y siempre son rellenadas a múltiplos de 4 bytes. Entre las opciones destacables están: •

Record Route que pide a cada router por el que pasa el paquete que anote en el encabezado su dirección, obteniéndose un trazado de la ruta seguida (como máximo pueden registrarse 9 direcciones).

•

Timestamp actúa de manera similar a record route, pero además de anotar la dirección IP de cada router atravesado se anota en otro campo de 32 bits el instante en que el paquete pasa por dicho router.

•

Source Routing permite al emisor especificar la ruta que debe seguir el paquete hasta llegar a su destino. Existen dos variantes: strict source routing que especifica la ruta exacta salto a salto, de modo que si en algún caso la ruta marcada no es factible por algún motivo se producirá un error. La segunda es loose source routing donde se dicen los routers por los que debe pasar el paquete, pero se da libertad a la red para que use otros routers cuando lo considere conveniente.

6. Tablas de enrutamiento en los dispositivos Los routers y dispositivos finales difieren de los switches, ya que los switches envían tramas Ethernet comparando la dirección MAC del destino de la trama con la tabla de direcciones MAC del Switch, mientras que los routers/dispositivos finales envían paquetes comparando la dirección IP de destino con la tabla de enrutamiento IP del router/dispositivo final. Los routers tienen interfaces Ethernet, interfaces WAN serie y otras interfaces con las que conectar vía cable o DSL a Internet. Los routers comprenden cómo enviar datos a los dispositivos conectados a estos tipos de interfaces diferentes, mientras que los switches se centran únicamente en enviar tramas Ethernet. Un enrutador o router es capaz de leer las IP de los “paquetes” y localizar la manera de que un “paquete” llegue a su destino. Lógicamente estamos trabajando a nivel 3 del modelo OSI (red). Además, los routers son capaces de elegir una ruta u otra en función de distintos parámetros que le harán elegir la mejor entrega (“best effort”). Para ello consulta su TABLA DE RUTAS, que no es más que un espacio de almacenamiento en el que tiene asociadas unas rutas de red a una interfaz concreta. Si no posee esa ruta, usaría ICMP para indicarle al emisor la imposibilidad de llegar al destino y destruye el paquete.

6.1.

Tabla de enrutamiento o Tabla de rutas

Una tabla de encaminamiento, también conocido como una tabla de enrutamiento, es un documento electrónico que almacena las rutas a los diferentes nodos en una red. Los nodos pueden ser cualquier tipo de dispositivo electrónico conectado a la red. La Tabla de encaminamiento generalmente se almacena en un router o en una red en forma de una base de datos o archivo. Cuando los datos deben ser enviados desde un nodo a otro de la red, se hace referencia a la tabla de encaminamiento con el fin de encontrar la mejor ruta para la transferencia de datos.

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UT9: Direccionamiento IP Los parámetros a configurar en una tabla de enrutamiento son: • • • • •

DESTINO DE RED: Redes o direcciones a las que el enrutador puede encaminar paquetes. MÁSCARA DE RED: Identifica la clase de red. PUERTA DE ACCESO: Dirección accesible directamente al router, por donde enviará los paquetes en busca de su destino. Es la IP del siguiente router al cual se le enviará los paquetes. INTERFAZ: Dirección IP de la interfaz de red por la que se envía los paquetes para alcanzar un destino determinado. METRICA: Valor que se asocia a una ruta para elegirla antes que otra en función de parámetros como el número de routers a travesar para llegar al destino, saturación de la red, etc. A MENOR MÉTRICA MAYOR PRIORIDAD.

Ejemplo: Las tablas de rutas no son exclusivas de los routers, cada estación o host tiene su propia tabla de rutas que puede visualizarse a través del comando “route print” o “netstat -r”.

OPERACIONES CON LA TABLA DE RUTAS Cuando una máquina va a mandar un “paquete”, mira su tabla de rutas para averiguar si conoce ese destino de red. Si conoce el destino encamina el paquete hacia la interfaz asociada. Si no lo conoce, encamina el paquete hacia la NIC asociada a la red 0.0.0.0. (puerta de enlace predeterminada), si esta no está configurada, devolverá un mensaje de error. LAS TABLAS DE RUTAS SE GUARDAN EN RAM, al arrancar el equipo se examinan las redes y se establecen las entradas de la tabla de rutas. Si añadimos entradas “manualmente”, estas no perduran en el reinicio de la máquina, a no ser que se hagan persistentes.

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UT9: Direccionamiento IP

6.2.

Formas de enrutamiento

Se conocen dos formas de crear rutas en la tabla de enrutamiento: •

Enrutamiento estático: Es cuando el administrador edita la tabla de rutas y escribe nuevas rutas de forma directa para añadir acceso a nuevas redes, nuevas puertas de enlace, etc.

•

Enrutamiento dinámico: Uso de un protocolo de enrutamiento dinámico que cumple con las siguientes funciones: ▪ Es capaz de elegir dinámicamente la mejor ruta para un paquete IP. ▪ Actualiza sus tablas de rutas de manera automática, comunicando con otros routers con los que se “pasa” información. ▪ Ahorra una gran cantidad de trabajo de administración, pues cada modificación de rutas es actualizada automáticamente y comunicada al resto de los routers.

6.3. • • • a) b) c)

Como trabajar con enrutamiento estático

Primero debemos asignar IPs a todos los dispositivos de la red. Segundo identificar claramente la ip de red de cada segmento. Tercero crear las tablas de enrutamiento en cada router, los parámetros a configurar son: Red → se indica la dirección IP de la red que queremos acceder. Máscara → máscara que indica la clase de red a la que queremos acceder. Salto → De todas las direcciones IP que puede tener un segundo router que está conectado de forma directa con la red a crear su ruta, elegimos la de aquella interfaz que se conecta directamente con nuestro router. Si la red está en el mismo router el salto es: 0.0.0.0

Ejemplo:

Tabla enrutamiento del Router0

Tabla enrutamiento del Router1

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UT9: Direccionamiento IP

7. Fragmentación El tamaño de un paquete IP se especifica en un campo de dos bytes, por lo que su valor máximo es de 65535 bytes. Sin embargo, muy pocos protocolos o tecnologías a nivel de enlace admiten enviar tramas de semejante tamaño. Normalmente el nivel de enlace no fragmenta, por lo que tendrá que ser IP el que adapte el tamaño de los paquetes para que quepan en las tramas del nivel de enlace. Por lo tanto, en la práctica el tamaño máximo del paquete viene determinado por el tamaño máximo de trama característico de la red utilizada. Este tamaño máximo de paquete se conoce como MTU o Maximum Transfer Unit. Existen dos situaciones en que se produce fragmentación: •

La primera, denominada fragmentación en ruta, se produce cuando un paquete es creado por un host en una red con un valor determinado de MTU y en su camino hacia el host de destino ha de pasar por otra red con una MTU menor. En estos casos, el router que hace la transición a la red de MTU menor ha de fragmentar los paquetes para que no excedan el tamaño de la nueva red.

•

La segunda, llamada fragmentación en origen, se produce como consecuencia del diseño de la aplicación. Por ejemplo, muchas implementaciones de NFS generan paquetes de 8 Kbytes de datos (8212 bytes con el encabezado IP). Un host en una red Ethernet que utilice NFS tendrá que fragmentar cada paquete en seis fragmentos antes de enviarlo aún, cuando el host de origen y destino se encuentren ambos en el mismo segmento Ethernet.

La fragmentación se realiza cortando la parte de datos del paquete en trozos del tamaño máximo permitido por la nueva red. Todos los campos del encabezado del paquete original se repiten en los fragmentos, excepto aquellos que se emplean para distinguirlos entre sí. Una vez fragmentado, un paquete no se reensambla hasta que llegue al host de destino aún, cuando en el trayecto pase a través de redes que admitan una MTU mayor. Los estándares Internet recomiendan que todas las redes que soporten TCP/IP tengan una MTU de al menos 576 bytes, condición que cumplen la mayoría de las redes. La MTU mínima imprescindible para funcionar en TCP/IP es de 68 bytes, valor que corresponde a 60 bytes de encabezado (el máximo con todos los campos opcionales) y 8 bytes de datos, que es el fragmento mínimo de datos que puede hacerse. El campo identificación del encabezado IP es usado por el emisor para marcar cada paquete emitido. De esta forma, en caso de que se produzca fragmentación, el receptor podrá reconocer las partes que corresponden al mismo paquete, ya que todas irán acompañadas de la misma identificación. El bit DF cuando está a 1 indica a los routers que este paquete no debe fragmentarse. Normalmente esto se hace por uno de los dos motivos siguientes: 1. El receptor no está capacitado para reensamblar los fragmentos. 2. Cuando se aplica la técnica de descubrimiento de MTU del trayecto o “path MTU discovery”. Esta técnica consiste en que el host de origen envía un paquete del tamaño máximo al host de destino con el bit DF en 1. Si el paquete no puede pasar en algún punto del trayecto el router correspondiente genera un mensaje de error que es devuelto al host emisor. Entonces, éste envía otro paquete más pequeño, también con el bit DF en 1. El Offset del Fragmento sirve para indicar, en el caso de que el paquete sea un fragmento, en qué posición del original se sitúan los datos que contiene el fragmento actual. Los cortes siempre se realizan en múltiplo de 8 bytes, que es la unidad elemental de fragmentación, por lo que este campo cuenta los bytes en grupos de 8. Como los fragmentos de un paquete pueden llegar desordenados a su destino, el receptor podrá identificarlos gracias al campo Identificación. La longitud total del paquete puede calcularla cuando recibe el último fragmento, que está identificado por el bit MF en 0.

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UT9: Direccionamiento IP Cuando se fragmenta un paquete, el host receptor retiene en su buffer los fragmentos y los reensambla cuando los ha recibido todos. Si alguno de los fragmentos de un paquete se pierde, el resto terminarán desapareciendo a medida que agoten su TTL. Tamaño de los MTU según el protocolo de enlace utilizado:

El valor de MTU para protocolos comunes del nivel de Enlace.

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UT9: Direccionamiento IP 8. Actividades 1. Dadas las siguientes direcciones IP identifica el nº bits utilizados para la red y host, mascara de red, dirección de red a la que pertenece cada host. a) 10.248.63.11 b) 192.168.12.144 c) 126.243.86.15 d) 189.34.12.230 2. Calcular la dirección de red, dirección de difusión, clase, y máscara a partir de las siguientes direcciones IP: Dirección

Clase

Máscara

Red

Difusión

18.120.16.250 155.4.220.39 194.209.14.33 190.33.109.133

3. Calcular la dirección de red, dirección de difusión, clase, y máscara a partir de las siguientes direcciones IP: Dirección 18.0.0.0

Clase

Máscara

1ª IP para host

Ultima IP para host

Difusión

155.4.0.0 194.209.14.0 224.0.1.0 4. Cual de las siguientes direcciones son públicas y cuales son privadas:

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UT9: Direccionamiento IP 5. Según el siguiente esquema de redes se pide: a) Asignar las direcciones IP que faltan, teniendo en cuenta que la máscara. b) Crea las tablas de enrutamiento estáticas de todos los routers. c) Realiza este esquema en Paquet Tracer y comprueba que se comunican.

LAN 192.168.20.0

LAN 45.0.0.0

LAN 168.18.0.0

LAN 192.168.200.0

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UT9: Direccionamiento IP 6. Según el siguiente esquema de redes se pide: a) Asignar las direcciones IP que faltan, teniendo en cuenta que la máscara. b) Crea las tablas de enrutamiento estáticas de todos los routers. c) Realiza este esquema en Paquet Tracer y comprueba que se comunican.

LAN 172.32.0.0

CG LAN 10.0.0.0

CC

LAN 192.168.0.0

LAN 172.16.0.0

7. Se quiere enviar un paquete IP con un tamaño de 65535 bytes a través de una red Ethernet DIX. Indica el número de paquetes IP que hay que fragmentar en relación al MTU o Maximum Transfer Unit que permite esta red. Además, indica los datos que se incluirán en los campos de todos los datagramas IP que se envían.

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