Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones
José Ruiz – Profesor de Ingeniería Telemática
Redes IP: Arquitectura y Protocolos.
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
Departamento deIngeniería Electrónica
y Comunicaciones
Índice
Introducción.
Arquitectura y protocolos.
Nivel Internet: direccionamiento, control y encaminamiento.
Nivel host-to-host: comunicación extremo a extremo
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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y Comunicaciones
Introducción
Accesoa Internet
Red Corporativa
Internet
Red Móvil
Proveedor de Acceso
a Red
PYMERed
de Acceso
ResidenciaParticular
Red deTransporte
Pasarela de Acceso
a Red Fija
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IntroducciónMotivación para la interconexión
• Gran variedad de tecnologías de red (LAN, WAN).Propiedades eléctricas y codificación.
Direccionamiento.Formatos de trama.
• Inexistencia de una tecnología que se adapte a todas las necesidades.Ejemplo: LAN en una oficina, Frame Relay en una red corporativa para comunicar oficinas lejanas geográficamente.Problema: la comunicación sólo es posible dentro de una misma tecnología de red.
Interconectividad
Ofrecer la posibilidad de compartir recursos globales a la vez que se mantiene y preserva la independencia y autonomía de las redes que se interconectan.
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Los usuarios reclaman un acceso universal independiente de la configuración hardware / software de cada máquina y de la tecnología particular de las redes implicadas.
El objetivo es la creación de una red virtual universal con las siguientes propiedades:
• Esquema de direccionamiento global.
• Protocolos comunes e independientes de la tecnología de red.
Al conjunto de redes interconectadas entre sí, tal que cada una posee identidad propia y un conjunto de mecanismos especiales para comunicarse con el resto de las redes, se le denomina internet.
Internet es un conjunto mundial de redes interconectadas con protocolos comunes (TCP/IP) y un direccionamiento universal (IP).
Introducción
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IntroducciónAntecedentes de Internet
• ARPANET creada en 1969 por la Advanced Research Projects Agency del Department of Defense de EEUU, con el objetivo de resistir un ataque militar y restringida a centros con proyectos militares.
• La versatilidad de TCP/IP y su promoción por ARPA provocan un enorme crecimiento de ARPANET.
• En 1984 la NSF (National Science Foundation) creó la red NSFNET abierta a todas las universidades, que se interconectó con ARPANET.
• Gradualmente se conectaron a NSFNET redes regionales y de otros países, creando la Internet.
Gestión de Internet• ISOC (Internet Society), asociación internacional para la promoción de
la tecnología y servicios Internet.• IAB (Internet Architecture Board), consejo para el desarrollo técnico de
Internet.
IRTF (Internet Research Task Force)IETF (Internet Engineering Task Force) RFCs (Request for
Comments).
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Arquitectura y protocolos
Objetivo
• Garantizar la comunicación pese a problemas locales o desconexiones en grandes segmentos de la red, siendo las mismas máquinas conectadas a la red quienes, de forma automática, resuelvan los problemas suscitados.
Basada en la comunicación de tres agentes:
• Procesos.Entidades que desean comunicarse.
• Maquinas (hosts)Lugar donde residen o corren los procesos.
• Redes.La comunicación tiene lugar a través de redes a las que las hosts están unidas.
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Niveles de la arquitectura:
• Nivel de acceso a red.Constituido por la tecnología de la red sobre la que se actúa.
• Nivel Internet.Se ofrece una conectividad global a través de un esquema de direcciones universal que permite a dos máquinas (hosts) radicadas en diferentes localizaciones comunicarse entre sí dentro de la internet.
• Nivel host-to-host.Distingue e identifica a los diferentes procesos o programas de aplicación dentro de una host que intervienen en la comunicación. Proporciona, por tanto, un servicio de transporte de información (fiable o no) que intercambian dos procesos o programas de aplicación radicados en diferentes hosts.
• Nivel de Proceso / Aplicación.Conjunto de protocolos / servicios que permiten compartir recursos.
Arquitectura y protocolos
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Aplicación
Host-Host
Internet
Nivel de Acceso a Red
Sis
tem
a O
pera
tivo
Host
Aplicación
Host-Host
Internet
Nivel de Acceso a Red
Sistem
a Operativo
Host
RED REDDireccionamiento
Internet
NAP 1 NAP 2
Esquemáticamente
Arquitectura y protocolos
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Protocolos
ARP Address Resolution Protocol
EGP Exterior Gateway Protocol
FTP File Transfer Protocol
ICMP Internet Control Message Protocol
IGP Interior Gateway Protocol
IP Internet Protocol
RARP Reverse Address Resolution Protocol
SMTP Simple Mail Transfer Protocol
SNMP Simple Network Management Protocol
TCP Transmission Control Protocol
UDP User Datagram Protocol
Nivel de Aplicación (mensaje)
Nivel Host-Host (segmento)
Nivel Internet
(datagrama)
Nivel de Acceso a
Red (trama)
TELNET FTP SMTP
TCP UDP
IGP IP ARP RARP
CSMA/CD, Token Ring, X.25, ISDN, ATM, etc
ICMP
EGP
SNMP
Arquitectura y protocolos
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Nivel Internet
Protocolo IP
• Protocolo de nivel de red, situado en la parte alta de este nivel. Proporciona, de este modo, independencia de la tecnología de red empleada.
• Ofrece conectividad global a través de un esquema de direcciones universal, permitiendo a las unidades de datos viajar a través de la internet hasta llegar al destino final.
• Proporciona un servicio sin conexión (datagrama). IP no establece una conexión lógica entre hosts, no garantiza que todas las unidades de datos sean entregadas y tampoco que aquellas que son entregadas estén ordenadas correctamente.
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Nivel Internet: direccionamiento IP
Identificadores universales.
Virtual• Interpretado por el software.
• Independiente del direccionamiento hardware.
Identifican una conexión de un nodo.
Dirección consta de 32 bits, conceptualmente dividido en dos campos:
• Identificador de red (netid).
• Identificador de nodo (hostid).
Representación:• Notación decimal tomando cada 8 bits como un número decimal y
separando los dígitos decimales por puntos
1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1
155 . 210 . 38 . 241
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Clases de direcciones
Identificador de red (netid) Identificador de nodo (hostid)
0 ID red ID nodo
1 0 ID red ID nodo
1 1 0 ID red ID nodo
1 1 1 0 Dirección Multicast
1 1 1 1 0 Reservado para usos futuros
Clase A
Clase B
Clase C
Clase D
Clase E
1
2
3
4
5
8
16
24
32
32
32
32
32
Pocas redes (126)
16.777.214 nodos por red
Redes medianas (16.382)
65532 nodos por red
Muchas redes (2.097.150)
254 nodos por red
1.0.0.0 ... 126.0.0.0
128.1.0.0 ... 191.254.0.0
192.0.1.0 ... 223.255.254.0
224.0.0.0 ... 239.255.255.0
Nivel Internet: direccionamiento IP
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Direcciones especiales
netid Todo 0s
netid Todo 1s
Todo 1s
Todo 0s
127 Cualquier dígito
Todo 0s hostid
Este host
Host en esta red
Dirección de red
Difusión directa
Difusión limitada
Dirección de loopback
Utilizadas como dirección fuente en el arranque del sistema
Se refiere únicamente a la red y no a sus nodos.
Envío de un paquete a todos los nodos de la red netid.
Envío de un paquete a todos los nodos de su red durante el arranque del sistema
Utilizada para pruebas
Nivel Internet: direccionamiento IP
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Un router conectando tres LANs
IP: 193.146.62.7Router: 193.146.62.1
IP: 193.146.62.12Router. 193.146.62.1
IP: 193.146.62.215Router: 193.146.62.1
147.156.0.1
IP: 147.156.145.17Router: 147.156.0.1
LAN A147.156.0.0
LAN C193.146.62.0
LAN B213.15.1.0
193.146.62.1
213.15.1.1
IP: 213.15.1.2Router: 213.15.1.1
IP: 213.15.1.3Router: 213.15.1.1
Al estar todas las redes directamente conectadas no hacen
falta rutas
IP: 147.156.13.5Router: 147.156.0.1
IP: 147.156.24.12Router: 147.156.0.1
Nivel Internet: direccionamiento IP
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Conexión de dos LANs mediante línea serie.
165.12.0.2Router 165.12.0.1
165.12.0.1
165.12.0.3Router 165.12.0.1
192.168.2.1
A 213.1.1.0 por 192.168.2.2
LAN A165.12.0.0
LAN B213.1.1.0
213.1.1.1
213.1.1.2Router 213.1.1.1
213.1.1.3Router 213.1.1.1
192.168.2.2
A 165.12.0.0 por 192.168.2.1
Red 192.168.2.0
X
Y
Nivel Internet: direccionamiento IP
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Conexión a Internet de oficina principal y sucursal
193.146.62.7Router 193.146.62.1
193.146.62.1
193.146.62.12Router 193.146.62.1
193.146.62.215Router: 193.146.62.1
147.156.13.5Router 147.156.0.1
147.156.0.1
147.156.24.12Router 147.156.0.1
147.156.145.17Router 147.156.0.1
Internet
192.168.0.1
192.168.0.2192.168.1.2
A 0.0.0.0 por 192.168.0.2
A 193.146.62.0 por 192.168.0.1A 0.0.0.0 por 192.168.1.1
192.168.1.1
Oficina Principal
147.156.0.0
Sucursal 193.146.62.0
A 147.156.0.0 por 192.168.1.2A 193.146.62.0 por 192.168.1.2..................................................................................................
X
YZ
Nivel Internet: direccionamiento IP
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Direcciones reservadas y privadas
Red o rango Uso
127.0.0.0 Reservado (fin clase A)
128.0.0.0 Reservado (inicio Clase B)
191.255.0.0 Reservado (fin clase B)
192.0.0.0 Reservado (inicio Clase C)
224.0.0.0 Reservado (inicio Clase D)
240.0.0.0 – 255.255.255.254 Reservado (clase E)
10.0.0.0 Privado
172.16.0.0 – 172.31.0.0 Privado
192.168.0.0 – 192.168.255.0 Privado
Nivel Internet: direccionamiento IP
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Utilidad de las direcciones privadas (Network Address Translation)
172.16.1.10
NAT
172.16.1.2
Empresa X172.16.0.0
147.156.1.2
Empresa Y147.156.0.0
Internet
147.156.1.10
NAT
147.156.1.10
130.15.12.27202.34.98.10
152.48.7.5
172.16.1.1
Router 172.16.1.1
Router 172.16.1.1
147.156.1.1
Router 147.156.1.1
Router 147.156.1.1
A B
Nivel Internet: direccionamiento IP
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Mapeo de direcciones• Las direcciones IP se pueden mapear en un nombre y en
una ruta siendo más inteligibles a nivel humano.
• Mapeo plano o fichero residente en el nodo (fichero hosts).
155.210.29.190 gtc1
155.210.29.191 gtc2
• Servicio de nombres DNS (Domain Name System).
Sintaxis para los nombres.
Reglas de delegación de autoridad (esquema jerárquico de nombres).Sistema de computación distribuido que relaciona nombres y direcciones.Ejemplo: tele2.cps.unizar.es
Nivel Internet: direccionamiento IP
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Problemática y limitaciones• En el esquema original de direccionamiento IP cada red
física tiene asignada una dirección de red IP única, siendo su principal debilidad el crecimiento.
• Esta debilidad crea la siguiente problemática:
Espacio de direcciones insuficiente
Tablas de encaminamiento pueden llegar a ser enormes.
• ¿Cómo se puede minimizar el número de direcciones de red asignadas, en especial las de tipo B, sin destruir el esquema de direccionamiento original?.
Asignación de más de una red física a una dirección de red IP.
Minimización de asignaciones de direcciones de tipo B, utilizando direcciones de tipo C.Nueva versión del protocolo IP (IPng).
Nivel Internet: direccionamiento IP
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Problemática y limitaciones (cont.)
• Direccionamiento de subred
• Direccionamiento de superred.
• NAT (Network Address Translation)
• IPng (IPv6)
Nivel Internet: direccionamiento IP
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Subred• Este tipo de direccionamiento evita la sobrecarga de los
routers y minimiza la asignación de direcciones de red.• Divide una red IP en partes más pequeñas permitiendo
una organización jerárquica de la misma.
• Una red compleja (con subredes) es vista desde fuera como una única red.
• Mascara de red:Distingue entre bits de hostid y bits de subnetidNúmero de 32 bits que fija a 1 los bits correspondientes a red y a 0 los bits correspondientes a máquinas. Ejemplo para una clase B que destina el tercer octeto para subredes:
11111111 11111111 11111111 00000000255.255.255.0
Parte de red Parte Local
Parte de red Subred Parte Local
1 0 netid subnetid hostid
Clase B modificada2 16 32
Nivel Internet: direccionamiento IP
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RED147.156.0.0
LAN A147.156.0.0
LAN D147.156.192.0
Internet
LAN B147.156.64.0
LAN C147.156.128.0
147 . 156 Subred Host
Máscara: 11111111 . 11111111 . 11 000000 . 00000000
255 . 255 . 192 . 0
16 bits 2 bits 14 bits
Bits subred Subred Máscara Rango
00 (0) 147.156.0.0 255.255.192.0 147.156.0.0 – 147.156.63.255
01 (64) 147.156.64.0 255.255.192.0 147.156.64.0 – 147.156.127.255
10 (128) 147.156.128.0 255.255.192.0 147.156.128.0 – 147.156.191.255
11 (192) 147.156.192.0 255.255.192.0 147.156.192.0 – 147.156.255.255
Nivel Internet: direccionamiento IPSubred. Ejemplo
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Nivel Internet: direccionamiento IP
Ejemplo de configuración IP de una máquina.
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Nivel Internet: direccionamiento IP
Subred. Consideraciones• Red 147.156.0.0, máscara 255.255.255.0.
• 256 subredes (de 147.156.0.0 a 147.156.255.0) pero
¿Dirección 147.156.0.0 identifica red o subred?¿Dirección 147.156.255.255 identifica broadcast en la red o en la subred?
• Solución: no utilizar la primera y la última subred (las que tienen el campo subred todo a ceros o todo a unos).
• Esta norma se puede infringir (se hace a menudo) con la declaración de ‘subnet zero’
• Permite aprovechar mejor el espacio disponible (Ej. Red 147.156.0.0 con máscara 255.255.128.0)
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Nivel Internet: direccionamiento IP
Posibles subredes de una red de clase C.
Bitssubred
Nºsubredes
Nº subredes (subnet zero)
Bits host
Nº hosts
MáscaraÚltimo byte de la
máscara en binario
0 0 0 8 254 255.255.255.0 00000000
1 0 2 7 126 255.255.255.128 10000000
2 2 4 6 62 255.255.255.192 11000000
3 6 8 5 30 255.255.255.224 11100000
4 14 16 4 14 255.255.255.240 11110000
5 30 32 3 6 255.255.255.248 11111000
6 62 64 2 2 255.255.255.252 11111100
7 126 128 1 0 255.255.255.254 11111110
8 254 256 0 0 255.255.255.255 11111111
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Nivel Internet: direccionamiento IP
Encaminamiento de dos subredes
158.42.20.12255.255.255.0
158.42.20.1255.255.255.0
158.42.30.1255.255.255.0
158.42.30.12255.255.255.0
A 158.42.30.0 255.255.255.0 por 192.168.1.2
192.168.1.1255.255.255.252
192.168.1.2255.255.255.252
A 158.42.20.0 255.255.255.0 por 192.168.1.1
Subred de cuatro direcciones
(192.168.1.0 - 192.168.1.3)158.42.30.25
255.255.255.0
LAN A 158.42.20.0
255.255.255.0
LAN B 158.42.30.0
255.255.255.0
X Y
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Nivel Internet: direccionamiento IP
Conexión a Internet de oficina principal y sucursal configurando subredes
147.156.176.7/20Router 147.156.176.1
147.156.176.1/20
147.156.183.5/20Router 147.156.176.1
147.156.191.12/20Router: 147.156.176.1
147.156.13.5/17Router 147.156.0.1
147.156.0.1/17
147.156.24.12/17Router 147.156.0.1
147.156.14.17/17Router 147.156.0.1
Internet
192.168.0.1/30
192.168.0.2/30192.168.1.2/30
A 0.0.0.0/0 por 192.168.0.2
A 147.156.176.0/20 por 192.168.0.1A 0.0.0.0/0 por 192.168.1.1
192.168.1.1/30
Oficina Principal
147.156.0.0/17
Sucursal 147.156.176.0/20
A 147.156.0.0/16 por 192.168.1.2....................................................................................................
X
YZ
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Superred (CIDR)
• Problema: agotamiento del espacio de direcciones IP
• Causa: existen menos de 17 mil direcciones de clase B (más solicitadas) y más de 2 millones de clase C (menos solicitadas).
• Solución: asignar grupos de clases C a una organización.
• Nuevo problema: explosión de las tablas de rutas.
• Nueva solución: considerar un grupo contiguo de redes clase C como una sola red. Hacer superredes.
• Ampliada al resto del espacio de direcciones a esta técnica se le denomina CIDR (Classless InterDomain Routing).
Nivel Internet: direccionamiento IP
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PrefijoNotación Decimal
DireccionesIndividuales Redes IP
Ejemplo superred (CIDR).
Nivel Internet: direccionamiento IP
Red IP inicial Prefijo Notación decimal Equivalencia binaria 200.25.16.0 /21 255.255.248.011001000.00011001.00010000.00000000
Organización A
Organización B
Organización C
Organización D
Internet
Proveedor de servicios
Internet
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Organización A
“200.25.17.25”
Proveedor de servicios Internet
1Internet
Proveedor de servicios Internet
2
Una única ruta anunciada
Ejemplo superred (CIDR) (cont.).
• Problema: información almacenada en los routers crece.
Un registro por organización Varios por organización
Nivel Internet: direccionamiento IP
Además de asignar grupos de redes C a las organizaciones se hace un reparto por continentes y países.
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Traducción de direcciones (NAT)
• Consiste en traducir una dirección IP en otra de acuerdo con cierta tabla de equivalencias.
• Uso:
Nivel Internet: direccionamiento IP
RouterNAT Internet
Direccionamiento públicoDireccionamiento privado10.0.0.0/8
172.16.0.0/12192.168.0.0/16
Tabla de traducción
ServidorWeb
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Tipos de NAT
• Según los campos que se modifican:
NAT Básico. Sólo se cambia la dirección IP.
NAPT (Network Address Port Translation). Se modifica la dirección IP y el número de puerto TCP o UDP.
• Según la temporalidad de correspondencia:
Estático. La tabla de conversión se introduce en la configuración del NAT y no se modifica dinámicamente
Dinámico. La tabla de conversión se crea y modifica sobre la marcha en función del tráfico recibido. Las direcciones pueden reutilizarse. Requiere mantener en el NAT información de estado
Nivel Internet: direccionamiento IP
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192.168.0.3
192.168.0.2Router
NAT
205.197.101.111
207.29.194.84
Internet
192.168.0.1 206.245.160.1
Tabla NAT estáticaDentro Fuera
192.168.0.x 206.245.160.x
Origen: 192.168.0.2:1108Destino: 207.29.194.84:80
Origen: 192.168.0.3:1108Destino: 205.197.101.111:21
Origen: 206.245.160.2:1108Destino: 207.29.194.84:80
Origen: 206.245.160.3:1108Destino: 205.197.101.111:21
Cliente
Cliente
ServidorWeb
ServidorFTP
NAT básico estático
Nivel Internet: direccionamiento IP
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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192.168.0.3
192.168.0.2
205.197.101.111
207.29.194.84
Internet
192.168.0.1 206.245.160.1
Origen: 192.168.0.2:1108Destino: 207.29.194.84:80
Origen: 192.168.0.3:1108Destino: 205.197.101.111:21
Origen: 206.245.160.5:1108Destino: 207.29.194.84:80
Origen: 206.245.160.6:1108Destino: 205.197.101.111:21
Rango NAT: 206.245.160.5-10
Tabla NAT dinámicaDentro Fuera
RouterNAT
Cliente
Cliente
ServidorWeb
ServidorFTP
192.168.0.2 206.245.160.5192.168.0.3 206.245.160.6
NAT básico dinámico
Nivel Internet: direccionamiento IP
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
Departamento deIngeniería Electrónica
y Comunicaciones
192.168.0.3
192.168.0.2
205.197.101.111
207.29.194.84
Internet
192.168.0.1 206.245.160.1
Origen: 192.168.0.2:1108Destino: 207.29.194.84:80
Origen: 192.168.0.3:1108Destino: 205.197.101.111:21
Origen: 206.245.160.1:61001Destino: 207.29.194.84:80
Origen: 206.245.160.1:61002Destino: 205.197.101.111:21
Tabla NAPT dinámicaDentro Fuera
RouterNAT
Cliente
Cliente
ServidorWeb
ServidorFTP
192.168.0.2:1108 61001192.168.0.3:1108 61002
NAPT dinámico
Nivel Internet: direccionamiento IP
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
Departamento deIngeniería Electrónica
y Comunicaciones
RouterNAT
Internet
192.168.0.1 206.245.160.1
192.168.0.5209.15.7.2
Origen: 209.15.7.2:1067Destino: 192.168.0.5:80
Origen: 209.15.7.2:1067Destino: 206.245.160.1:80
Tabla NAPT estáticaDentro Fuera192.168.0.4:21 21192.168.0.5:80 80
192.168.0.4
211.23.5.6
Origen: 211.23.5.6:1084Destino: 192.168.0.4:21
Origen: 211.23.5.6:1084Destino: 206.245.160.1:21
ServidorWeb
ServidorFTP
Cliente
Cliente
Nivel Internet: direccionamiento IPNAPT estático
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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IPv6• Utiliza direcciones de 128 bits.
• La representación textual de estas direcciones tiene el formato x:x:x:x:x:x:x:x, donde x es un valor en hexadecimal.
• Ejemplo:
1080 : 0 : 0 : 0 : 8 : 800 : 200C : 417A 1080 : : 8 : 800 : 200C : 417A
0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 13 . 1 . 68 . 3 :: 13 . 1 . 68 . 3
• La dirección loopback es:
0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 1.
Nivel Internet: direccionamiento IP
Situación
Prefijo (binario)
Fracción de espacio de direcciones
Reservado 0000 0000 1/256 No asignado 0000 0001 1/256 Reservado para NSAP 0000 001 1/128 Reservado para IPX 0000 010 1/128 No asignado 0000 011 1/128 No asignado 0000 1 1/32 No asignado 0001 1/16 No asignado 001 1/8 Unicast de Proveedores 010 1/8 No asignado 011 1/8 Unicast Geográfico 100 1/8 No asignado 101 1/8 No asignado 110 1/8 No asignado 1110 1/16 No asignado 1111 0 1/32 No asignado 1111 10 1/64 No asignado 1111 110 1/128 No asignado 1111 1110 0 1/512 Enlaces locales 1111 1110 10 1/1024 Site Local 1111 1110 11 1/1024 Multicast 1111 1111 1/256
Asignación de direcciones
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: control
Protocolos de control en Internet
• ICMP (Internet Control Message Protocol)
Protocolo que informa sobre errores y situaciones anómalas.
• ARP (Address Resolution Protocol)
Protocolo que asocia direcciones IP a direcciones físicas.
• RARP (Reverse Address Resolution Protocol), BOOTP (Bootstrap Protocol) y DHCP (Dynamic Host Control Protocol)
Protocolos que permiten adquirir / obtener direcciones IP.
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: control
Protocolo ICMP
• Informa a la fuente original del mensaje sobre situaciones de error o anómalas, siendo esta fuente la que debe referir los errores a niveles superiores que adoptarán las acciones a llevar a cabo.
• ¿Cómo distinguir el paquete que ha provocado la incidencia, si en ese momento se habían enviado diversos paquetes a distintos destinos?.
• Los mensajes ICMP están encapsulados en el campo de datos del datagrama IP.
CABECERA IP ICMP TRATADO COMO DATO
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: control
Mensajes ICMP
Mensaje Explicación
Destination UnreachableRed, host, protocolo o puerto inaccesible o desconocido
Source quenchEjerce control de flujo sobre el emisor en casos de congestión. No se utiliza.
Echo request /replyTest de alcanzabilidad o comprobación de la comunicación (comando ping).
Time exceededDatagrama descartado por agotamiento del TTL (comando traceroute)
Redirect El router nos sugiere un camino más óptimo
Timestamp request /replyPermite conocer el tiempo de ida y vuelta de un mensaje.
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: control
Mensajes Echo Request /Reply
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: control
Mensaje Time Exceeded
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: control
Protocolo ARP
• Una host que desea comunicarse con otra host, dentro de la misma red física, debe conocer su dirección física. ¿Como se asocia la dirección física de una host con su dirección IP?.
Host 1Dir IP : IP1
Dir Física: P1
Host 2Dir IP : IP2
Dir Física: ?
REDA CB D
REDA CB D
• ARP permite resolver este problema mapeando direcciones IP y direcciones físicas. El funcionamiento de ARP es el
siguiente: Si A quiere comunicarse con B, envía un paquete especial de broadcast preguntando por la dirección física asociada a la dirección IP de B.
B responde enviándole su dirección física.
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: control
Tabla ARP (cache)
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: control
Protocolo RARP
• Permite averiguar la dirección IP a partir de dirección física.
• El host envía un mensaje broadcast dirigido al servidor RARP; este busca en sus tablas y devuelve un mensaje con la dirección IP.
• El servidor RARP ha de tener registrados todos los equipos que deban arrancar de esta forma
• Problemas de RARP:
Devuelve únicamente la dirección IP.
El servidor RARP ha de estar en la misma LAN que el cliente.
No puede utilizarse en redes con asignación dinámica de direcciones físicas
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: control
Protocolo BOOTP
• Función análoga a RARP, pero:
Permite suministrar todos los parámetros de configuración al cliente.
El servidor y el cliente pueden estar en LANs diferentes.
• Es preciso registrar en el servidor todas las direcciones físicas que vayan a usar el servicio.
• A cada dirección física se le asigna de forma estática una dirección IP (correspondencia biunívoca).
• Pensado para configuraciones estáticas.
• Si el servidor BOOTP es remoto algún router de la LAN tendrá la misión de redirigir las peticiones al servidor
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: control
Protocolo DHCP
• Como BOOTP pero en vez de dar direcciones IP ‘en propiedad’ las alquila.
• El ‘alquiler’ puede ser:
Manual: asignación de una dirección especifica para una máquina específica (equivale a BOOTP).
Automático: permite asignar direcciones permanentes (también estático).
Dinámico: asigna una dirección durante un tiempo limitado (pool de direcciones
• Es lo más parecido a la autoconfiguración
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: encaminamiento
Arquitectura y terminología
Sistema AutónomoConjunto de redes interconectadas por routers homogéneos y gestionadas por una única entidad administrativa
Internet Backbone
SistemaAutónomo
X
SistemaAutónomo
Y
SistemaAutónomo
Z
Routers interiores
Routers exteriores
IGP
IGP
IGP
EGP
EGP
EGP
Protocolos de encaminamiento: Interior Gateway Protocol. En un AS -> RIP, OSPF. Exterior Gateway Protocol. Entre Ass -> EGP, BGP.
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: encaminamiento
Ejemplo de AS: RedIRIS (AS = 766)
• Red nacional de I+D iniciada en 1988 bajo el patrocinio del PNID (Plan Nacional de Investigación y Desarrollo)
• 2003: puesta en marcha de la nueva RedIRIS2 con enlaces de alta y muy alta capacidad (155 Mbps, 622 Mbps y 2,5 Gbps)
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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y Comunicaciones
Nivel Internet: encaminamiento
RedIRIS. Conexiones externas.Europa (GEANT, red académica).Resto de España: Espanix (punto neutro) y Telefónica.Internet Global (EEUU y resto del mundo)
Espanix
T.data
ISP
ISP
2,5 Gbps (Global Crossing)
R&D
3 x 2,5 Gbps
155 Mbps155Mbps
2,5 Gbps
622 Mbps (Telia) RedIRIS
InternetGlobal
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel Internet: encaminamiento
Espanix Punto de interconexión neutro en España: facilitan el intercambio de tráfico entre ISPs.
BTCable &Wireless Colt Comunitel
EunetGOYA
Fujitsu-ICL Medusa
Global One
IBM Integ. Services
IPFnetRetevisiónTelefónica
Trans. Datos
Unisource
Wisper
ESPANIX
CIX: Commercial Internet Exchange
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel host-to-host
Protocolo IP • Proporciona comunicación máquina a máquina.
Protocolo de nivel host-to-host• Proporciona comunicación aplicación a aplicación.
• Necesidad de un mecanismo de direccionamiento adicional para identificar a las aplicaciones.
Comunicación extremo a extremo
APAP
• Dos protocolos de transporte:
TCP (Transmission Control Protocol).UDP (User Datagram Protocol).
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel host-to-host
Identificación de una aplicación • No puede utilizarse la dirección IP
No hay campo asignado.
• No puede utilizarse un valor asociado al proceso o aplicación y relacionado con el sistema operativo.
Los procesos son creados y destruidos dinámicamente.
Coarta la posibilidad de reemplazar estos procesos que reciben datos sin informar al proceso fuente de los datos.
El proceso fuente no tiene porque saber el proceso que implementa las funciones requeridas en destino.
• Debe poder utilizarse en todas las máquinas (sistemas operativos).
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel host-to-host
Identificación de una aplicación (cont.)• Cada host posee un conjunto de puntos destino
denominados puertos, identificados con un número entero positivo.
• El sistema operativo local es el encargado de proporcionar un mecanismo de interfaz que identifica y permite el acceso de los procesos a los puertos.
• Los puertos utilizan un buffer tal que el software del protocolo, localizado en el sistema operativo, sitúa los datagramas que llegan en una cola de espera hasta que el proceso de aplicación los extrae.
• Para comunicarse con un proceso de aplicación en un host destino, una fuente necesita conocer su dirección IP y el número de puerto.
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel host-to-host
Multiplexación / demultiplexación
AP 1 AP 2 AP 3 AP 3 AP 4 AP 5
UDP TCP
IP
1 23 4 5
6
17 6
Nivel de enlace (Eth)
Nivel de red (IP)
Nivel de transporte
Nivel de aplicación
CRC
Datagrama IPMAC Etype 0800
Segmento TCPIP Prot. 6
Datos AplicaciónTCP Port 2
AP3Port 3
AP2Port 2
AP1Port 1
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel host-to-host
¿Cómo contactan dos aplicaciones?• Una aplicación:
Empieza la ejecución primero.
Espera pasivamente en un puerto fijo.
• Otra aplicación:
Empieza la ejecución después.
Establece contacto con la primera aplicación.
• Esta es la interacción cliente – servidor.
• Servidor (apertura pasiva).
• Cliente (apertura activa).
• La información fluye en ambos sentidos, normalmente.
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel host-to-host
Asignación de puertos a aplicaciones
• Servidor:
Sigue generalmente un estándar.
Siempre utiliza los mismos números de puerto.
Generalmente, utiliza los números de puerto bajos. Por debajo del 1024, puertos bien conocidos o ya asignados.
• Cliente:
El sistema operativo le asigna un número de puerto que esté libre.
Utiliza números de puerto mayores de 1024.
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel host-to-host
• Ejemplo:
DNS usa el puerto 53. La aplicación cliente que pregunta el nombre obtiene (de su S.O.) el puerto 28900 (por ejemplo).
El datagrama UDP enviado de la aplicación al servidor DNS tiene el puerto fuente 28900 y el puerto destino 53.
El datagrama de respuesta desde el servidor tiene el puerto fuente 53 y el puerto destino 28900
5 Remote Job Entry 68 BOOTP Client
7 No operación 69 Trivial File Transfer Protocol
20 FTP (Default Data) 103 X.400
21 FTP (control)113 Authentication Service
23 TELNET 123 Network Time Protocol
25 SMTP 129 Password Generator Protocol
53 Domain Name Server 161 SNMP Agent Port
67 BOOTP Server 162 SNMP Management Station Port
Números de puerto asignados
Asignación de puertos a aplicaciones (cont.)
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel host-to-host
Servidores secuenciales vs. concurrentes• Servidores secuenciales.
Procesan una solicitud cada vez.
Las peticiones que llegan mientras se está atendiendo a otra se encolan.
• Servidores concurrentes.
Pueden atender a varios clientes al mismo tiempo.
Son mas complejos y utilizan más recursos del sistema.
Servidores con conexión vs. sin conexión• Los servidores con conexión utilizan TCP.
La aplicación requiere fiabilidad.
• Los servidores sin conexión utilizan UDP.
La aplicación no requiere fiabilidad.
Aplicaciones en tiempo real.
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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Nivel host-to-host
Comando netstat
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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y Comunicaciones
Nivel host-to-host
Puertos, conexiones y puntos extremos
• En TCP un puerto no corresponde a un único proceso. De este modo un proceso servidor que utiliza un puerto dado puede servir a más de un proceso cliente por ese mismo puerto (concurrencia).
• TCP utiliza la conexión, no el puerto del protocolo, como su abstracción fundamental; las conexiones se identifican por medio de un par de puntos extremos.
• Un punto extremo (socket) está formado por la dirección IP de un host dado y un puerto TCP. Ejemplo: 155.210.38.3, 23
• Una conexión está formada entonces por la dirección IP y un puerto TCP de un host y, la dirección IP y un puerto TCP en otro host.
• Como TCP identifica una conexión por medio de un par de puntos extremos, varias conexiones en la misma máquina pueden compartir un número de puerto TCP.
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
Departamento deIngeniería Electrónica
y Comunicaciones
Nivel host-to-host
Distinción de clientes en un servidor concurrente
Cliente
IP 147.156.1.202
Servidor
IP 147.156.1.25
Port23
Socket: 147.156.1.25.23
Socket: 147.156.1.202.1038
Port1039
Port1038
Socket: 147.156.1.202.1039
Cliente
IP 147.156.1.202Servidor
IP 147.156.1.25
Port23 Conexión TCP
Cliente
IP 158.42.3.47
Conexión TCP
Socket: 147.156.1.25.23
Socket: 147.156.1.202.1038
Socket: 158.42.3.47.1038
Port 1038
Port 1038
Redes IP: Arquitectura y Protocolos
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y Comunicaciones
Distinción de clientes en un servidor concurrente (cont.)
• Se atienden varias conexiones simultáneamente a través de distintos procesos hijos.
• El proceso creado (proceso hijo) es una copia del proceso creador (proceso padre).
Nivel host-to-host
MsockSsock