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Version Mar 22, 2018

Computer Networks I

application

transport

link

physical

network

Capa de Red

[email protected]

red

2

Capa de red

Protocolo IP

Formato

Fragmentación

Direccionamiento

Con clases

Sin clases

Configuración de red / Gestión de protocolos

ICMP

DHCP

Preámbulo

3

Capa de red

Empaquetado:

Encapsulado de la carga útil (payload)

Enrutado

host-to-host: El datagrama puede ir a través de otros routers

Normalmente hay más de un camino posible

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 ser “nada”

4

Capa de Red

5

Capa de Red

Servicio no orientado a conexión

Forwarding

6

Protocolo IP

“El propósito del Protocolo de Internet IP es moverdatagramas a lo largo de un conjunto interconectado deredes”

RFC 791

RFC

791

Todo lo dicho aquí se refiere a la

versión 4 de IP

i

7

Aspectos básicos

IP trata con aspectos fundamentales de la Capa de Red:

Formato del paquete

Direccionamiento lógico

Enrutado de datagramas

8

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 útil (payload)

20 – 60 bytes

20 – 65536 bytes

Datagrama IP

20 b

yte

s0 –

40 B

9

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

10

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

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

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

Fragmentación offset (13 bits). Posición del fragmento (bloque de 8bytes o 64 bits) en el datagrama original. Puede haber como máximo8192 posiciones. El primer fragmento y los datagramas nofragmentados tienen siempre un valor 0 en este campo. La longitud delfragmento en bytes debe ser múltiplo de 8, excepto para el último,que puede no serlo.

Datagrama IPCabecera (campos de fragmentación)

11

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

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

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

ICMP – 01

IGMP – 02

IP – 04

TCP – 06

UDP – 17 (Hexadecimal 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

12

Suma de comprobación (16 bits): Se calcula sobre losdatos de la cabecera para detectar errores. Se deberecalcular en cada salto.

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

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

Datagrama IPCabecera

13

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, entramas 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.

14

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

17

La dirección IP es un número entero de 32 bits.

La dirección identifica un punto de conexión (unNIC, 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, portanto, varias direcciones IP, una por cada interfazconectada

Direccionamiento IP

18

Direccionamiento IP

Tres tipos de notación

19

Direccionamiento IP

Direccionamiento jerárquico

NetID, identifica la red, asignada por unaautoridad mundial, IANA (Internet AssignedNumber Authoriry)

HostID, identifica a un host dentro de una red.

20

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

01111111.00000000.00000000.00000001Interfaz virtual interna(loopback): 127.0.0.1

11111111.11111111.11111111.11111111 Todos los hosts: 255.255.255.255

RFC

3330

21

Direccionamiento con clases

División original del direccionamiento de Internet

22

El direccionamiento con clases es poco flexible.

El direccionamiento sin clases permite definir bloques delongitud 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

23

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

24

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

25

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

26

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

27

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(192.168/16prefijo)

(65.536 hosts en 1 bloque de 16 bits)

Direcciones privadas RFC 1918

28

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

RFC 3927

29

n bits -> 2n subneti

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.

RFC 950

RFC 1878

30

Subredes

141.14.0.2 141.14.0.3 141.14.0.253 141.14.0.254

141.14.0.1

Internet

Red: 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:

31

141.14.0.62

141.14.0.1

Subnet: 141.14.0.0/26X.X.X.00000000

Bcast: 141.0.0.63

X.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)

Subnet: 141.14.0.128/26X.X.X.10000000

Bcast: 141.0.0.191

X.X.X. 10111111

Subnet: 141.14.0.192/26X.X.X.11000000

Bcast: 141.0.0.255

X.X.X. 11111111

Subnet: 141.14.0.64/26X.X.X.01000000

Bcast: 141.0.0.127

X.X.X. 01111111

32

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 /25

Soporta 126 hosts

Subred 1:

Dirección red: 200.10.10.128 /26

Soporta 62 hosts

Subred 2:

Dirección red: 200.10.10.192 /26

Soporta 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

0XXX XXXX

10XX XXXX

11XX XXXX

33

Variable Length Subnet Mask (VLSM)Ejemplo 2

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

172.16.14.0/24 172.16.14.0/26

172.16.14.64/26

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 superior

No 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)








TOTAL: 224 direcciones válidas de hosts

34

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)

35

Encaminamiento jerárquico con proveedores ISP

36

Ejemplo (I)

Como ejemplo de un encaminamiento jerárquico,consideremos la Figura anterior. Un ISP regional tiene16.384 direcciones que empiezan en 120.14.64.0. El ISPregional ha decidido dividir este bloque en cuatrosubbloques, cada uno con 4.096 direcciones. Tres de estossubbloques se asignan a tres ISP locales; el segundosubbloque se reserva para uso futuro. Observar que lamáscara para cada bloque es /20 porque la máscara delbloque era /18 y se divide en 4 bloques.

El primer ISP local (ISP1 local) ha dividido su subbloqueasignado en 8 subbloques más pequeños y ha asignadocada uno de ellos a un ISP de barrio. Cada ISP de barrioproporciona servicios a 128 hogares, usando cada unocuatro direcciones.

37

Ejemplo (II)

El segundo ISP local (ISP2 local) ha dividido subloque en 4 bloques y ha asignado lasdirecciones a cuatro grandes organizaciones,cada una con 1.024 direcciones y máscara /22

El tercer ISP local (ISP3 local) ha dividido subloque en 16 bloques y ha asignado cadabloque a una pequeña organización. Cada unade las pequeñas organizaciones tiene 256direcciones, y su máscara es /24.

38

Ejemplo (III)

Todos los routers que envían un paquete con dirección destinocomprendida entre 120.14.64.0 y 120.14.127.255 llegan a esteISP regional.

El ISP regional envía cada paquete con direccióncomprendida entre 120.14.64.0 a 120.14.79.255 al ISP1 local,120.14.96.0 a 120.14.111.255 al ISP2 local y 120.14.112.0 a120.14.127.255 al ISP3 local

El ISP1 local envía cada paquete con direccionescomprendidas entre 120.14.64.0 a 120.14.65.255 a ISP1 debarrio, … 120.14.78.0 a 120.14.79.255 a ISP8 de barrio

ISP1 de barrio envía cada paquete con direccionescomprendidas entre 120.14.64.0 a 120.14.64.3 a Hogar 1,120.14.64.4 a 120.14.64.7 a Hogar 2, … 120.14.65.252 a120.14.65.255 a Hogar 128

39

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.

Cabeceratrama Carga trama Cola trama

Cabecera IP Carga IP

Cabecera ICMP

Datos ICMP

ICMPInternet Control Message Protocol

RFC 792

40

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

41

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 (I)

42

Errores ICMP (II)

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.

43

Errores ICMP (III)

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.

44

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.

45

Protocolo DHCP: funcionamiento (Dynamic Host Configuration Protocol)

Quiero una IP

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46

Formato mensaje DHCP

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