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Version Mar 30, 2017

Computer Networks I

application

transport

link

physical

network Capa de Red

[email protected]

red

Internet, the IP protocol 2

● Capa de red● Protocolo IP

● Formato● Fragmentación● Direccionamiento

– Con clases– Sin clases

● Configuración de red / Gestión de protocolos● ICMP● DHCP

Preámbulo


Capa de red● Empaquetado:

● Encapsulado de la carga (payload)● Enrutado

● host-to-host: El datagrama puede ir a través de otros hosts (o redes).● Normalmente hay más de un camino posible● Ayuda desde los protocolos de enrutado (no este año)● No orientado a conexión: Los paquetes se enrutan a su destino como

entidades individuales (no relacionadas).● Direccionamiento

● A través de routers que eligen el próximo salto● Basado en tabla de enrutamiento

● No confiable: No se asegura la entrega del paquete ni el orden de llegada. Lleva a cabo un servicio de mejor esfuerzo, donde “mejor” puede no ser nada


Capa de Red


Capa de Red

● Servicio no orientado a conexión

Forwarding


Protocolo IP

“El propósito del Protocolo de Internet IP es mover datagramas a lo largo de un conjunto interconectado de redes”

RFC 791

RFC791RFC791

Todo lo dicho aquí se refiere a la versión 4

de IP

i


Aspectos básicos

IP trata con aspectos fundamentales de la Capa de Red:

● Formato del paquete

● Direccionamiento lógico

● Enrutado de datagramas


Datagrama IPFormato cabecera

Versión Tipo servicio Longitud totalIHL

Identificación

00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 01

1 2 3 4 5 6 7 8 9 02

1 2 3 4 5 6 7 8 9 03

1

DF

MF

Tiempo de vida Protocolo Comprobación cabecera

Dirección lógica origen (IP)

Opciones

Dirección lógica destino (IP)

Fragmentación offset

cabecera Carga (payload)

20 – 60 bytes20 – 65536 bytes

Datagrama IP

20 b

ytes

0 –

40 B


Versión (4 bits): Es la versión del protocolo IP. Es 4 para IPv4 y 6 para IPv6.

IHL (Internet Header Length) (4 bits): Es la longitud de la cabecera en palabras de 32 bits (4 bytes).

Tipo de servicio (8 bits)● Puede usarse para priorizar el tráfico ante la congestión o

diferenciación de servicio. Se llama Calidad de Servicio (QoS).

Longitud total (16 bits)● Longitud total del paquete, incluyendo la cabecera. El máximo

tamaño de un paquete IP es 65.536 bytes.

Datagrama IPFormato cabecera


Identificación (16 bits): Número de Identificación del datagrama. Cuando se fragmenta un paquete, todos los fragmentos del mismo datagrama tienen el mismo valor en este campo.

DF (Don't Fragment) (1 bit). Pide a los routers que no fragmenten el paquete.

MF (More Fragments) (1 bit). Indica que este fragmento no es el último (bit a 1) o sí es el último (bit a 0). En el caso de paquetes no fragmentados, este bit está siempre a 0.

Fragmentación offset (13 bits). Posición del fragmento en el datagrama original. El valor se expresa como un número de palabras de 8 bytes (64 bits). Puede haber como máximo 8192 fragmentos. El primer fragmento y los datagramas no fragmentados tienen siempre un valor 0 en este campo. La longitud del fragmento debe ser múltiplo de 8, excepto para el último, que puede no serlo.

Datagrama IPCabecera (campos de fragmentación)


Tiempo de vida (TTL, Time To Live) (8 bits): Es el máximo tiempo que el paquete puede estar “vivo” en la red.

Cuando un router envía el paquete, decrementa dicho valor en 1. Cuando el TTL alcanza el valor 0, se descarta el paquete

Protocolo (8 bits, 2 bytes): Un código que describe el protocolo de la carga (payload).

● ICMP – 01

● IGMP – 02

● IP – 04

● TCP – 06

● UDP – 17 (Hex. 11)

● OSPF – 89

Todos los protocolos numerados en:http://www.iana.org/assignments/protocol-numbers/protocol-numbers.xml

i

Datagrama IPCabecera

http://www.iana.org/assignments/protocol-numbers/protocol-numbers.xml


Suma de comprobación (16 bits): Se calcula sobre los datos de la cabecera para detectar errores. Se debe recalcular en cada salto.

Origen (32 bits): Dirección IP de la interfaz del host origen.

Destino (32 bits): Dirección IP de la interfaz del host destino.

Datagrama IPCabecera


Fragmentación IP

● Los routers IP envían datagramas entre distintas redes.● El tamaño máximo de la trama, Maximum Transfer Unit

(MTU) puede cambiar de una red a otra. Por ejemplo, en tramas Ethernet el tamaño máximo es 1500 bytes

MTU: 1000 MTU: 500

● Los paquetes se deben “trocear” para los routers.

● Sólo el host destino puede reensamblar los fragmentos.


Fragmentación IP Ejemplo

MTU: 5000

MTU: 2500 MTU: 2500

MTU: 820

f.1 y f.3

f.2

origen

destinoR1

R2

R5

R3

MTU: 1420

R4

Envío de un datagrama de 4000 B en tres fragmentos. Los numerados 1 y 3 por R3(limitado a 1400 B) y el numerado 2 por R4-R5 (limitado a 800 B)

15

Fragmentación IP Ejemplo con MTU=1420 (20+1400)

16

Fragmentación IP Ejemplo

Computer Networks I 17

● La dirección IP es un número entero de 32 bits.● La dirección identifica un punto de conexión (un

NIC, Number Interface Card).● La dirección IP es un número universal único.● El espacio de direccionamiento es 232 =

4.294.967.296● Un único host puede tener varias interfaces y, por

tanto, varias direcciones IP, una por cada interfaz conectada

Direccionamiento IP


Direccionamiento IP

● Tres tipos de notación


Direccionamiento IP

● Direccionamiento jerárquico● NetID, identifica la red, asignada por una

autoridad mundial, IANA (Internet Assigned Number Authoriry)

● HostID, identifica a un host dentro de una red.


Direccionamiento con clases

● División original del direccionamiento de Internet


● El direccionamiento con clases es poco flexible.● El direccionamiento sin clases permite definir bloques de

longitud variable de cualquier tamaño (potencia de 2).● La primera dirección y la máscara definen el bloque ● Implica problemas de enrutado, resueltos por CIDR

(Class Inter Domain Routing).

•Normalmente usamos direccionamiento sin clases •Entonces tenemos SIEMPRE que añadir máscara de red

Direccionamiento sin clases


Extracción Inform. Direccion.Ejemplo: 167.199.170.X / 27

● Nº de direcciones disponibles en la red: 232-27=25=32● Primera dirección: 10100111.11000111.10101010.01000000

(direc. red) 167 . 199 . 170 . 64

● Última dirección: 10100111.11000111.10101010.01011111 (direc. broadcast) 167 . 199 . 170 . 95

● Una dirección: 10100111.11000111.10101010.01010010 (cualquiera) 167 . 199 . 170 . 82


0100 0011 1101 0101 1010 1100

161 67 213 172

1111 1111 1111 1111 1111 1110 0000 0000Máscara

0000 00001010 0001 0100 0011 1101 0100Dirección de red

1010 0001

La máscara es un entero de 32 bits que define la red.

DireccionamientoMáscara de red

Es una red clase BPero...

i

dirección red = [dirección host] AND [máscara]

Dirección host: 161.67.213.172

Máscara 255.255.254.0

Dirección de red: 161.67.212.0 con máscara 255.255.254.0


Direccionamiento sin clasesEjemploDireccionamiento sin clasesEjemplo

Ejemplo: 205.16.37.39. En este ejemplo, n=28

Máscara: 255.255.255.240

Primera: (205.16.37.39)AND(255.255.255.240)= 205.16.37.32

Última: (205.16.37.39)OR(255.255.255.240)'= 205.16.37.47

Tamaño: 232-n = 16 o bien 47 - 32 + 1= 16

La primera dirección y la última NO se usan para hosts


Máscaras por defecto para las tres clases

255 0 0 0A 255 255 0 0B

255 255 255 0C

● La máscara es necesaria porque no usamos direccionamiento con clases normalmente (obsoleto).

● La máscara 255.255.240.0 equivale a /20









DireccionamientoMáscara de red


Subredes● Problema: Las redes clase A y B están infrautilizadas.● Solución: Dividirlas en subredes más pequeñas. Parte de

identificador del host se usa para identificar la subred.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0 1 2 3 4 5 6 7 8 91

0 1 2 3 4 5 6 7 8 92

0 13

host id10 net id

sub-net id

● La figura muestra una subred con 4 bits de identificación.

Por tanto, hay 16 subredes con 212-2 hosts cada una de ellas.

RFC950RFC950


Subredes

141.14.0.2 141.14.0.3 141.14.0.253 141.14.0.254

141.14.0.1

Internet

Network: 141.14.0.0/24

● El número de subredes debe ser potencia de 2.

● Se puede aplicar a cualquier bloque no usado.

● Es una decisión local que toma el administrador. No se ve hacia afuera.

● Ejemplo: Hacer subredes en la red adjunta para obtener 4 bloques:


141.14.0.62

141.14.0.1

Subnet: 141.14.0.0/26X.X.X.00000000Bcast: 141.0.0.63X.X.X. 00111111

141.14.0.3141.14.0.2 141.14.0.126141.14.0.67141.14.0.66

141.14.0.190

141.14.0.129

141.14.0.131141.14.0.130 141.14.0.254

141.14.0.193

141.14.0.195141.14.0.194

Internet

141.14.0.65

Red original divididaen 4 subredes iguales

Subredes(continuación ejemplo)





Divide la red 200.10.10.0/24 en 3 subredes, una con 120 y las otras 2 con 60 hosts.

Subred 0: Dirección red: 200.10.10.0 /25Soporta 126 hosts

Subred 1:

Dirección red: 200.10.10.128 /26Soporta 62 hosts

Subred 2:

Dirección red: 200.10.10.192 /26Soporta 62 hosts

Variable Length Subnet Mask (VLSM)Ejemplo 1Variable Length Subnet Mask (VLSM)Ejemplo 1

200.10.10.0/24:

200.10.10.0/25

200.10.10.128/25

200.10.10.128/26

200.10.10.192/26

200.10.10.0/24:

200.10.10.0/25

200.10.10.128/25

200.10.10.128/26

200.10.10.192/26

0XXX XXXX

10XX XXXX

11XX XXXX

0XXX XXXX

10XX XXXX

11XX XXXX


Variable Length Subnet Mask (VLSM)Ejemplo 2

Divide la red 172.16.14.0/24 para conseguir 8 subredes de distintos tamaños.

172.16.14.0/24 172.16.14.0/26172.16.14.64/26

172.16.14.128/26

172.16.14.192/26 172.16.14.192/27

172.16.14.224/27 172.16.14.224/30

172.16.14.244/30

172.16.14.232/30

172.16.14.236/30

172.16.14.240/30

172.16.14.228/30

172.16.14.248/30

172.16.14.252/30

Nota: Se han marcado 3 subredes /26, 1 subred /27 y 4 subredes /30.Ninguna de los subredes marcadas pertenece a otra subred de tamaño superiorNo hay direcciones repetidas en las 8 subredes marcadas

Se han marcado:62 direcciones válidas de hosts de la subred 172.16.14.0/26 (desde 172.16.14.1 hasta 172.16.14.62)62 direcciones válidas de hosts de la subred 172.16.14.64/26 (desde 172.16.14.65 hasta 172.16.14.126)62 direcciones válidas de hosts de la subred 172.16.14.128/26 (desde 172.16.14.129 hasta 172.16.14.190)30 direcciones válidas de hosts de la subred 172.16.14.192/27 (desde 172.16.14.193 hasta 172.16.14.222)2 direcciones válidas de hosts de la subred 172.16.14.224/30 (desde 172.16.14.225 hasta 172.16.14.226)2 direcciones válidas de hosts de la subred 172.16.14.228/30 (desde 172.16.14.229 hasta 172.16.14.230)2 direcciones válidas de hosts de la subred 172.16.14.232/30 (desde 172.16.14.233 hasta 172.16.14.234)2 direcciones válidas de hosts de la subred 172.16.14.236/30 (desde 172.16.14.237 hasta 172.16.14.238)

TOTAL: 224 direcciones válidas de hosts


Cita 8 lugares de España de distintos “tamaños”España Galicia

Comunidad Madrid

Andalucía

Castilla La Mancha Toledo

Ciudad Real Almagro

Alcázar

Puertollano

Tomelloso

Manzanares

Valdepeñas

Nota: Se han marcado 3 comunidades autónomas, 1 provincia y 4 municipios.Ninguno de los lugares marcados pertenece a otro marcado de “tamaño” superior

Nota: Por simplicidad, no se han puesto TODOS los casos posibles

COMUNIDADES AUTÓNOMAS

PROVINCIAS

MUNICIPIOS

Cita 8 lugares de España de distintos “tamaños”España Galicia

Comunidad Madrid

Andalucía

Castilla La Mancha Toledo

Ciudad Real Almagro

Alcázar

Puertollano

Tomelloso

Manzanares

Valdepeñas

Nota: Se han marcado 3 comunidades autónomas, 1 provincia y 4 municipios.Ninguno de los lugares marcados pertenece a otro marcado de “tamaño” superior

Nota: Por simplicidad, no se han puesto TODOS los casos posibles

COMUNIDADES AUTÓNOMAS

PROVINCIAS

MUNICIPIOS

Variable Length Subnet Mask (VLSM)Ejemplo 2 (símil geográfico)


● Es una forma de autoasignarse direcciones IP sin el protocolo DHCP u otro servicio externo.

● El host elige una dirección en el bloque 169.254/16 (tipo 169.254.X.Y) usando un número pseudoaleatorio.

● Estas direcciones sólo son válidas para comunicar con vecinos (mismo enlace físico o lógico).

● No son direcciones enrutables.

Direccionamiento de enlace local

RFC3927RFC3927


Direcciones especiales

0.0.0.0

00 ... 00XX ... XX

Este host (cualquier interfaz)

Esta red

11 ... 11XX ... XX Todos los hosts de esta red

XX ... XX00 ... 00 Un host de esta red

01111111.X.X.XInterfaz virtual interna (loopback): 127.0.0.1

11111111.11111111.11111111.11111111 Todos los hosts: 255.255.255.255

RFC3330RFC3330


Algunos bloques están reservados para direccionamiento privado (administrados de forma privada). Los paquetes con una dirección de destino privada nunca deben salir de la red.

10.0.0.0-10.255.255.255 (10/8 prefijo)● (16.777.216 hosts en 1 bloque de 24 bits)

172.16.0.0 -172.31.255.255 (172.16/12 prefijo) ● (1.048.576 hosts en 1 bloque de 20 bits)

192.168.0.0-192.168.255.255(192.168/16 prefijo)● (65.536 hosts en 1 bloque de 16 bits)

Direcciones privadas RFC1918RFC1918


Es un protocolo de la capa de red. Complementa al protocolo IP para suministrar:● Informes sobre aspectos de la entrega del paquete IP.● Pide información variada sobre routers y hosts.

Los mensajes ICMP se encapsulan en paquetes IP.

Cabecera trama Carga trama Cola trama

Cabecera IP Carga IP

Cabecera ICMP Datos ICMP

ICMP Internet Control Message Protocol

RFC792RFC792


Tipos de mensajes:

Errores● Destino inalcanzable● Frenar origen● Tiempo excedido● Problema de parámetros● Redirección

Datos (tamaño variable)

Resto de cabecera

Tipo Suma comprobación

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 91

0 1 2 3 4 5 6 7 8 92

0 130

Código

Peticiones● Eco (solicitud y respuesta)● Marca de tiempo (solicitud y respuesta)● Dirección de máscara (solicitud y

respuesta)● Solicitud de router o anuncio

Formato del mensaje ICMP


● Los mensajes de error ICMP se envían SIEMPRE al host origen.

● ICMP nunca corrige, sólo informa.● Algunos casos que no provocan errores ICMP:

● En respuesta a un datagrama que lleve un mensaje de error ICMP.● Para un datagrama fragmentado que no sea el primer fragmento.● Para un datagrama que tenga una dirección multicast.● Para un datagrama que tenga una dirección especial, como 127.0.0.1

● Los mensajes de error ICMP incluyen en su campo de datos la cabecera del paquete original y los 8 primeros bytes de los datos del datagrama

Errores ICMP


Errores ICMP

Destino inalcanzable● Enviado por un router (o un host destino) para indicar que el paquete IP

no se ha entregado.● El mensaje incluye un motivo (16 códigos distintos).

Frenar origen● Es un mecanismo básico de control de flujo / congestión

● Necesita que el origen disminuya la tasa de datos.

Tiempo excedido● Enviado por un router para indicar que el tiempo de vida TTL del paquete

se ha hecho 0● Enviado por un host destino si no llegan todos los fragmentos en un cierto

tiempo.


Errores ICMP

Problema de parámetros● Enviado por el router o el host destino si el paquete

está corrupto o si se han perdido campos.

Redirección● Enviado por los routers a los hosts para indicar que

había un primer router mejor que él.● El host puede usar dicha información para

actualizar su tabla de enrutamiento.


Peticiones ICMP

Eco ● Usado para verificar la conectividad a nivel de red. Cuando un host

(o router) recibe una solicitud de Eco, debe responder con una respuesta al mismo.

Marca de tiempo● Se puede usar para medir tiempo de latencia entre hosts remotos.

Máscara de dirección● Los hosts pueden preguntar acerca de máscaras de red a routers.

Solicitud a router● Los hosts pueden pedir a los routers locales que digan que están ahí.

Los routers responden con su identificación.


Formato mensaje DHCPDynamic Host Configuration Protocol

El Protocolo DHCP es un protocolo de cliente/servidor que automáticamente proporciona un host IP con su dirección IP y otra información de configuración relacionada como la máscara de subred y puerta de enlace por defecto


Operaciones DHCP

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