encaminament tema 4 el nivell de xarxa - redes.upv.es filerealitzar l'encaminament òptim cap...

Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 1

GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

) ��

��

��

��

��

��!

"��#$�

%��&��'��(��

Tema 4El nivell de Xarxa


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

IntroduccióEl model ISO/OSI: capa de xarxa (N3)

• La principal funció de la capa de xarxa és l'encaminament: fer que les dades puguen fluir entre origen i destinació a través de la malla de nodes de commutació que formen la internet.

• Els nodes de commutació són els equips encarregats de realitzar l'encaminament òptim cap al següent node i s'anomenen encaminadors (routers o gateways)

• El protocol sobre el que resideixen les funcions d'encaminament és el protocol IP

• Els blocs de dades emprats a nivell de xarxa es coneixen com a paquets o datagrames IP.

• Addicionalment, la capa de xarxa té funcions de control de congestió de la xarxa.


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

��

��

��

��

��

��!

"��#$�

%��&��'��(��

El nivell de Xarxa


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Internet

Definició d’ internet

Conjunt de xarxes heterogènies connectades entre si

Interconnexió de xarxes

R RLAN/WAN LAN/WAN

��

xarxes IP

RoutersComputadors (hosts)

LAN/WAN

R


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

– Les xarxes interconnectades poden ser de diferent naturalesa• Escenaris: LAN, MAN, WAN• Tecnologies: Ethernet, ATM, FDDI, etc.• Grandàries: generaran una quantitat de trànsit diversa• Altres consideracions diverses ...

Heterogeneitat de les xarxes

G: GatewayB: Bridge



GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

– Per ocultar l’heterogeneïtat existent, s'ha creat el programari necessari per donar a tot el conjunt una aparença homogènia (arquitectura TCP/IP de Internet)

• Aquest programari ha d’encarregar-se de moltes tasques, entre elles, la més important pot ser la d'encaminar els paquets desde l'or igen fins a la destinació

G: GatewayB: Bridge

Interconnexió de xarxesHeterogeneitat de les xarxes


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

– Internet és una xarxa virtual: admet qualsevol tecnologia de xarxai per tant és independent del maquinari

– Les tasques d'encaminament són dutes a terme pels routers

– Possibilita la comunicació independentment del tipus d'escenaris implicats

LAN -- LANLAN -- WANWAN -- WANLAN -- WAN -- LAN

– Necessitat que hi haja uns dispositius, relés o caixes negres, que moguen la informació d’una xarxa a una altra

RepetidorsPontsRouters (gateways, passarel·les, encaminadors, enrutadors)

Interconnexió de xarxesArquitectura d’ Internet


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Repetidors

• Treballen a nivell 1• Reenvien el senyal amplificat• Transmeten en totes direccions• Uneixen segments de xarxa de la

mateixa tecnologia• No emmagatzemem en cap moment• No proporcionen aïllament entre els

segments. Una fallada es propaga • NO CICLES !

Re

ReReRe



GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Bridges

P

• Treballen a Nivell-2

• Emmagatzemen, analitzen adreça destinaciói retransmeten per la rama adequada

• Només passen trames sense errors

• Pot unir LAN de distinta tecnologia

• Bridged LAN o LAN Esteses

• NO CICLES !



GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Routers Interconnexió de xarxes

– Dispositius de nivell 3

– La seua funció bàsica és la de l'encaminament de paquets en Internet

– Disposen de taules d'encaminament en les que consulten les rutes posibles per arribar a una destinació

– Intercanvien informació entre ells per tindre actualitzades les taules d'encaminament

– Les xarxes IP queden delimitades per l'abast dels routers d'una LAN

– Els routers separen dominis de difusió. Una difusió a totes les màquines d'una xarxa no anirà més enllà del router que la delimita


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Xarxa

Físic

Enllaç

Sessió

Transpor t

Xarxa

Aplicació

Presentació

Físic

Enllaç

Sessió

Transpor t

Xarxa

Aplicació

Presentació

Físic Físic

Enllaç Enllaç

XarxaXarxa

Màquina A Màquina BRouter Router

Routers Interconnexió de xarxes

– Els routers no utilitzen les capes superiors de la pila de protocols per retransmetre paquets


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

��

��

��

��

��

��!

"��#$�

%��&��'��(��

El nivell de Xarxa


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• El esquema d’adreçament IP és independent de les adreces físiques– Permet la interconnexió de diferents tipus de xarxes– És jeràrquic, per facilitar l’encaminament

• Les adreces IP seran usades per els protocols dels nivells

de xarxa (N3) i superiors, així com les aplicacions

• És un esquema d’adreces virtual (només interpretat pel

programari)

• Usat en totes les comunicacions (no és opcional)

• Adreces compostes per 4 bytes (32 bits)

Adreçament d’IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• Manejar una cadena de 32 bits és molt difícil per als humans

• Per a poder manejar adreces d’IP de manera còmoda

representem les adreces d’IP amb la notació punt decimal:

– es representen com a quatre números decimals obtinguts

dels quatre octets que formen l’adreça d’IP

Adreçament d’IPNotació


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• Una adreça d’IP es divideix en dues parts:

– Prefix: identifica la xarxa

– Sufix: identifica una màquina dins de la xarxa

• Les adreces d’IP són assignades per:

– Prefix: assignat de manera única per un organisme

internacional

– Sufix: assignat per l’administrador local de cada xarxa

Adreçament d’IPNotació


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Classe A

Classe B

Classe C

red

red

Host

Host

xarxa0

Xarxa

Xarxa

adreça multicastClasse D

0 8 16 24 31

1.0.0.0 ….. 126.0.0.0

128.0.0.0 ….. 191.255.0.0

192.0.0.0 ….. 223.255.255.0

224.0.0.0 …… 239.255.255.255

Host 01

011

111 0

Adreçament d’IPClasses d’adreces IP

– Segons la longitud de prefixos i sufixos, les adreces d’IP es divideixen en diferents classes


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• La grandària màxima d’una xarxa ve determinada per la classe d’adreça d’IP que utilize:

– Classe A: xarxes grans

– Classe B: xarxes mitjanes

– Classe C: xarxes menudes

Adreçament d’IPClasses d’adreces IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Adreçament d’IPExemple d'una internet


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Adreces especials

Tot 0s

Tot 0s host

Tot 1s

Aquest host

Host en aquesta xarxa

Difusió limitada

Difusió dirigida Tot 1sxarxa

127 Qualsevol cosaLoopback

Adreçament d’IP

Adreça de xarxa Tot 0sxarxa

– Hi ha unes quantes adreces amb un propòsit específic que no és el d'identificar una màquina


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Adreces especials

• Adreça de xarxaIdentifica una xarxa, no els seus computadors. No pot aparéixer com adreça origen o destinació en cap paquet– Exemple: 158.42.0.0 és l'adreça de xarxa de la UPV

• Aquest hostPot apareixer com adreça origen quan la IP del host no es coneix encara– Exemple: Petició d'IP (DHCPDISCOVER) a un servidor DHCP

• Host en aquesta xarxaEmprada quan el host coneix la seua adreça però no la seua xarxa– Exemple: Adreça font en petició de IP a servidor remot

Adreçament d’IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Adreces especials

• Difusió L imitadaEmprada com adreça destinació per fer arribar un paquet a tots els hosts de la pròpia xarxa. Format decimal: 255.255.255.255– Exemple: Petició DHCPDISCOVER a un servidor DHCP

• Difusió Dir igidaAdreça destinació per fer difusió en la xarxa del prefix. Només s'envia 1 còpia del paquet per internet. La difusió es farà a la xarxa destinació.

– Exemples: 110.255.255.255, 198.210.45.255

• Bucle local (loopback)Permet comunicar aplicacions en xarxa en una mateixa màquina sense eixir al mitja de transmissió. No requereix serveis de N-2– Exemple: 127.0.0.1

Adreçament d’IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Les adreces d’IP identifiquen un punt de connexió en una xarxa, per la qual cosa una màquina pot tenir diverses adreces d’IP distintes

Atenció!!

Adreçament d’IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Adreces privades

� Les adreces privades son un conjunt d'adreçes que poden ser usades per qualsevol en una xarxa privada

� S’han reservat (RFC1918) els tres blocs d’adreces IP següents per a xarxes privades:

10.0.0.0 - 10.255.255.255

172.16.0.0 - 172.31.255.255 192.168.0.0 - 192.168.255.255

� El primer bloc és una única adreça de xarxa de classe A� El segon bloc és un conjunt de 16 adreces de xarxes

contigües de classe B� El tercer bloc és un conjunt de 256 adreces de xarxa

contigües de classe C

Adreçament d’IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

� Els routers no les encaminen. Per tant, no poden ser referenciades directament des de fora de la xarxa privada � Els paquets que ixen d'una xarxa privada porten com a origen l'adreça del router

� Avantatges: estalvi d'adreces, no té cost, “ ideal para el hogar” , etc.� Desavantatges: les màquines de la xarxa privada no poden tindre entitat

pròpia en Internet. La configuració adecuada del router pot permetre l'accés des de l'exterior a determinats serveis en determinades màquines

Adreces privades Adreçament d’IP

router ��

172.16.2.6

172.16.2.2

172.16.2.3

172.16.2.4

172.16.2.5

172.16.2.1 210.66.11.52


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Màscares de xarxa

� Associada a una adreça IP es defineix una màscara xarxa (netmask) per a determinar els bits corresponents a l’ identificador de xarxa

� Fent una operació AND entre els bits de la màscara de xarxa i els d'una adreça IP podem extraure l’ identificador de xarxa d’aquesta adreça IP

11111111.11111111.00000000.00000000255.255.0.0

10011000.00101010.00000100.00000010158.42.4.2 IP

Netmask

Adreçament d’IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

��

��

��

��

��

��!

"��#$�

%��&��'��(��

El nivell de Xarxa


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

TCP UDP

ICMP

driver targeta de xarxaAccésa la xarxa

Xarxa

Transport

Aplicacions

Nivell Físic

Telnet WWW Time

Nivell 2

Nivell 3

Nivell4

Nivell 5

Nivell 1mitjà de transmissió

Dinsd’unaxarxalocal

Entre diversesxarxeslocals

ARP

IP

Protocol IPRecordatori

Arquitectura TCP/IP: nivells


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Dades

Dades

Dades

Dades

Dades

CapçaleraTCP

CapçaleraUDP

CapçaleraTCP o UDP

CapçaleraTCP o UDP

CapçaleraIP

CapçaleraIP

Capçaleratrama

Cua trama

Accés a la xarxaTrama

XarxaDatagrama IP

Datagrama UDP

TransportSegment TCP

AplicacióDades

Arquitectura TCP/IP: encapsulament

Protocol IPRecordatori


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• Les aplicacions enviem els seus missatges emprant un dels dos protocols de nivell de transport disponibles TCP o UDP

• Els missatges TCP i UDP s’envien a través d’IP

• A la recepció el passament de missatges és a la inversa

IP

Port 2

TCP o UDP Demultiplexació en ports

Port nPort 1

Protocol IPInterficíes N5-N4-N3


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• El protocol IP determina les regles d’intercanvi de datagrames entre ordinadors:– Unitat bàsica de transferència de dades: datagrama– Format, normes de processament de paquets, condicions

d’error, etc.– Encaminament: decidir a quin node reenviarà el datagrama

(next hop) si n'hi ha diverses possibilitats

• No es manté cap tipus de connexió entre els extrems emissor i receptor (datagrama)

• No hi ha garantia d’entrega ni de seqüenciament. Així, la entrega pot ser desordenada � Internet és una xarxa poc fiable

Protocol IPCaracterístiques del protocol IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

0 4 8 16 19 24 31

vers longc tipus servei longitud total

identificació flags offset fragment

temps vida protocol checksum de la capçalera

adreça IP destinació

adreça IP font

DADES

opcions IP (variable) emplenament

capç

aler

a

Format del datagrama IP El datagrama IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Descripció dels camps

Versió

• Versió del protocol IP. 4 bits.Valor 4

Longitud de la capçalera

• Grandària de la capçalera del datagrama en paraules de 32 bits (valor mínim = 5)

Longitud

• Longitud total del datagrama. S’expressa amb octets, inclou tant la capçalera com l’àrea de dades. Grandària màxima = 65.535 octets

El datagrama IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Tipus de Servei

• Permet a l’usuari sol·licitar les condicions desitjades de retard, amplada de banda i fiabilitat– bits 0,1,2: prioritat del datagrama

– bit 3: baix retard

– bit 4: alta velocitat

– bit 5: elevada fiabilitat

• Aquests valors poden servir d’ajuda en les decisions d’encaminament

• Però ... no es garanteix el tipus de servei requerit

El datagrama IPDescripció dels camps


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Temps de vida (TTL, Time To Live)

• Els datagrames tenen un temps limitat de permanència en la Internet

• Finalitat: Evitar que, per un mal encaminament, estiguen fent voltes en la Internet sense arribar a la destinació

• Cada retransmissió del datagrama (en cada passarel·la) ha de decrementar aquest camp

• En arribar a zero el datagrama es descarta i ja no és retransmès



GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

TCPUDPICMP

IP

Protocol

• Indica el protocol del nivell superior a què van destinades les dades.

• S’utilitza per a desmultiplexar els paquets.



GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Checksum

• Inclou sols la capçaleraOpcions

• No sempre està present i s’ inclou amb finalitat de verificació del funcionament de la xarxa

• Té longitud variable– Determina la grandària del camp d’emplenament

• Permeten a l’emissor d’un datagrama:– Sol·licitar un registre dels diferents routers pels quals passa el

datagrama en el seu trànsit cap a la destinació– Especificar la ruta a seguir pel datagrama– Sol·licitar un registre de l’ instant en què el router processa el

datagrama



GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Fragmentació de datagrames

• Els datagrames IP han de ser transmesos a través del servei que proporciona la xarxa física a què està connectat l’ordinador

• Totes les tecnologies de xarxa imposen limitacions a la grandària màxima dels paquets (MTU: Maximum transfer Unit)

• MTU en Ethernet: 1500 bytes (camp de dades de una trama Ethernet)

• Si el datagrama “ cap” en una trama no hi ha fragmentació (datagrama<=MTU)Si “no cap” s'ha de fragmentar

El datagrama IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)


• El problema de la fragmentació pot apareixer en el trànsit entre dues xarxes físiques diferents � fragmentaran els routers

El datagrama IP

RLAN/WAN LAN/WAN

MTU=1500 MTU=900


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)


En fragmentar un datagrama es copien la majoria dels camps de la capçalera:

• El camp d’ identificació permet identificar tots els fragments d’un mateix datagrama

• El camp longitud en un fragment indica la longitud del fragment esmentat

• Dos bits en el camp de flags:– Do not fragment (DF): El datagrama no pot ser fragmentat

– More fragments (MF): El fragment no es l’últim de la sèrie

• El desplaçament del fragment (en múltiples de 8 bytes) indica la posició del fragment dins el datagrama original

• Sols es reassembla en la destinació (es miraran els camps adreça font, identificació, flags i desplaçament de fragment)

El datagrama IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Red 2MTU=620

Router 1 Router 2

Host AHost B

Fragmentación en el router 1 al enviar datagramas superiores a 600, desde elhost A hasta el host B

Red 3MTU=1500Red 1

MTU=1500

MTU = 1500 octets

dades 1(600 octets)

dades 2(600 octets)

dades 3(200 octets)

lon. total1420

identific.32

DF=0MF=0

MTU = 620 octetsdades 1lon. total

620identific.

32DF=0MF=1

offset 0

dades 2lon. total

620identific.

32DF=0MF=1

offset 75(600)

dades 3lon. total

220identific.

32DF=0MF=0

offset 150(1200)

El datagrama IPFragmentació de datagrames: Exemple

Capçalera IP = 20 octets(sense opcions)


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

��

��

��

��

��

��!

"��#$�

%��&��'��(��

El nivell de Xarxa


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

) camp de dades del datagrama

6 6 2 46-1500 4

capçalera

tipus (0x800) CRCAdr. Físicadestinació

Adr. Físicafont camp de dades de la trama

El datagrama s’envia encapsulat en el camp de dades d’una trama

Encaminament IP

La trama és el bloc d'informació que viatjarà finalmenta través del mitjà de comunicació

Encapsulament


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Encaminament IP

• Les adreces físiques, també conegudes com MAC o hardware, identifiquen unívocament un adaptador de xarxa

• Per poder enviar una trama una màquina ha de conéixer l'adreça física de la màquina destinació

• Si les aplicacions, nivell de transport i nivell de xarxa treballen amb adreces IP, com es pot conéixer les adreces físiques?

• Existeix un protocol anomenat ARP (Adress Resolution Protocol) que facilita la traducció entre una adreça IP i la seua adreça física associada

Només és possible coneixer les adreces físiques de les màquines de la pròpia xarxa, MAI les d'una altra xarxa

Adreces físiques i protocol ARP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• La divisió entre xarxes IP està determinada pels routers ja que aquests defineixen dominis de difusió diferents

• Dos hosts poden comunicar-se directament només si comparteixen la mateixa xarxa (diàleg directe)– En aquest cas, l’emissor encapsula el datagrama en una trama,

esbrina l’adreça física de la destinació (mitjançant el protocol ARP) i li envia directament la trama.

• Quan la destinació no està en la mateixa xarxa que l’origen s’ha d’enviar el datagrama al router (diàleg indirecte)– El procés és paregut, però ara l’adreça física destinació és la

del router

Encaminament IPDiàlegs directe i indirecte


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Exemples d'encaminament

Red 1132.58.0.0

Red 225.0.0.0

Router 1

132.58.0.2

25.0.0.1

25.0.0.3

Host A Host B

Host C

132.58.10.12132.58.0.11

A B

A C

IP dest C IP orig. A dadesHw dest R1 Hw orig. A 0x800

IP dest C IP orig. A dadesHw dest C Hw orig.R1 0x800

capçalera IP

IP dest B IP orig. A dadesHw dest B Hw orig. A 0x800

datagrama IPcapçalera trama

Encaminament IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Taules d’encaminament

• Element primordial en l’encaminament IP. Contenen informació sobre les possibles destinacions i com podem arribar-hi

• On es troben? – Als routers i hosts

• Com han de ser? – Compactes i menudes (en la mesura del possible) per a un

funcionament més eficient – Només amb informació sobre xarxes destinació i sobre

passarel·les que ens condueixen fins a aquestes

Encaminament IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Taules d’encaminament

Tipus d’entrades en la taula d’encaminament:

• Parelles (adr. xarxa destinació, router següent (next hop))

– Tot el trànsit a aquesta sol seguir el mateix camí– La ruta de A a B pot diferir de la de B a A

• Rutes per defecte: No apareix la xarxa destinació explícitament en la taula. – Útil quan la connexió a la resta de la Internet és única

• Ruta específica per a alguns hosts determinats. Respon a propostes de control i seguretat

Encaminament IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Taules d’encaminament: exemple

Taula d’encaminament del router 2

15.0.0.0 entrega directa


142.58.0.0

96.0.0.0 15.0.0.6

12.0.0.1

destinació ruta

Red 315.0.0.0

Red 496.0.0.0

Red 1142.58.0.0

Red 212.0.0.0

Router 1

Router 2Router 3142.58.0.2

12.0.0.1

12.0.0.3

15.0.0.3

15.0.0.6

96.0.0.1

Host A

12.1.1.1

Taula d’encaminament del host A

142.58.0.0 12.0.0.1

12.0.0.3default

destinació router


Encaminament IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Processament d’un datagrama IP

• És necessari tenir en compte que:– Un ordinador (host o router) amb múltiples connexions de

xarxa tindrà diverses adreces IP, i s’hauran de comprovar totes per veure si ell és la destinació

– S’ha de considerar també les adreces de difusió com a adreces destinació pròpies

– Les adreces de bucle (127.* .* .* ) també es consideren adreces pròpies

Encaminament IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Problemes amb l’adreçament IP

• El creixement exponencial d’ Internet ha provocat seriosos problemes a l’hora d’assignar adreces.– Els routers requereixen taules d’encaminament

excessivament grans.– L’adreçament tradicional amb classes de tipus A i B

proporciona un ús ineficient de les adreces• No és habitual connectar 224 o 216 hosts a una mateixa

xarxa local.– Cada vegada queden menys adreces disponibles (sobretot

de tipus A i B)

• Per tal d’alleugerir aquests problemes s’han proposat algunes tècniques com ara subnetting i supernetting.

Encaminament IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Subxarxes (Subnetting)

LAN

Router

131.107.0.0LAN

LAN

131.107.32.0

131.107.128.0

131.107.64.0

Màscara de subxarxa : 11111111 11111111 11100000 00000000

Fins a 8 subxarxes de 213 hoses

Router

131.107.0.0

LAN131.107.0.0

Màscara de xarxa B estàndard: 11111111 11111111 00000000 00000000

�Una de les solucions que es proposen consisteix a fragmentar una xarxa IP en subxarxes (Subnetting) � Perquè això no signifique modificar IP s’utilitzen màscares de xarxa.

Encaminament IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Superxarxes (Supernetting)

• Agrupa adreces consecutives de xarxes de classe C per a assignar-les a una xarxa IP. – Això permet assignar espai d’adreces a organitzacions

segons les seues necessitats.– Millor ús de l’espai d’adreces IP

• Exemple:

193.40.128.0193.40.129.0

193.40.142.0193.40.143.0

.

.

.

Adreça xarxa 193.40.128.0

Nre. de hosts4094

11000001 00101000 10000000 0000000011000001 00101000 10000001 00000000

11000001 00101000 10001111 0000000011000001 00101000 10001110 00000000

.

.

.

Màscara: 255.255.240.0 o 193.40.128.0 /20

Encaminament IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

CIDR (Classless Inter-Domain Routing)

• Permet reduir la grandària de les taules d’encaminament dels routers– Afegeix la informació de màscara a les taules d’encaminament

Router A

LAN

Router C

LAN

INTERNET

Router B

LAN

LAN

12.107.64.0 /24

12.107.65.0 /24

12.107.66.0 /24

193.40.129.0 /24

193.40.130.0 /24

193.40.131.0 /24

193.40.128.0 /22 Router B12.0.0.0 /8 Router COmissió Internet

193.40.128.0 /22 DirectaOmissió Router A

12.107.64.0 /24 Directa12.107.65.0 /24 Directa12.107.66.0 /24 DirectaOmissió Router A

193.40.128.0 /24

Encaminament IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Actualització de rutes

• La topologia y les condicions de la xarxa canvienAixò obliga els routers a esbrinar noves rutes

• Els routers intercanvien informació per a mantenir actualitzades les taules d’encaminament.

• No ∃ cap protocol obligatori per a actualitzar les taules d’encaminament d’ IP

• Hi ha diversos i s’anomenen IGP: Interior Gateway Protocol

• Els més populars:

– RIP: Routing Information Protocol (protocol de vector de distàncies)

– OSPF: Open Shortest Path First (protocol d’estat de l’enllaç)

Encaminament IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

��

��

��

��

��

��

"��#$�

%��&��'��(��

El nivell de Xarxa


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Per què una nova versió?

• Internet està creixent exponencialment (la seua grandària es duplica en menys d’un any)– Les adreces actuals s’estan esgotant: Es necessita un espai

d’adreces molt més ampli.

• Adreces Ipv4 de 32 bits (4 bytes) ≅ 4×109 adreces

• Ipv6: Format de capçalera més flexible:– Menys camps fixos que en IPv4– Capçaleres d’extensió opcionals

• Ipv6: Suport de trànsit multimèdia.– Permet definir fluxos de trànsit amb distints nivells de prioritat

• Ipv6: Integració de serveis de seguretat.– Autentificació (MD5), xifratge (DES), etc..

IPv6


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Adreces IPv6

• Adreces de 128 bits (16 bytes) ≅ 6×1023 adreces per m2 de la Terra

• No hi ha classes d’adreces

• La separació entre prefix (xarxa) i sufix (host) pot estar a qualsevol lloc– No es dedueix de la mateixa adreça, sempre s’ha d’ indicar la

longitud del prefix (màscara de xarxa)

• Adreces especials

– Unicast: adreça d’un computador

– Multicast: adreça d’un grup d’ordinadors (totes)

– Anycast: adreça d’un grup d’ordinadors (qualsevol del grup)

IPv6


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Adreces IPv6

• Notació:– Massa llarga en decimal

104.230.140.100.255.255.255.255.0.0.17.128.150.10.255.255– S’utilitzarà representació hexadecimal

68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:96A:FFFF– Els camps consecutius a 0 poden comprimir-se:

FF05:0:0:0:0:0:0:B3 ⇒ FF05::B3El símbol :: sols pot aparèixer una vegada en una adreça.

• Incorpora adreces d’ IPv4: ::128.10.2.1El símbol :: sols pot aparèixer una vegada en una adreça.

• Les adreces poden tenir diferents nivells de jerarquia.

Id. subredId. Proveed. Id. suscriptor Id. node010

IPv6


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Nova capçalera

• Capçalera de grandària fixa: extensions de capçalera opcionals

• Next header : Protocol de nivell superior

• Payload Length: longitud total del datagrama

• Hot limit: Temps de vida (TTL)

• Pr ior ity/Flow label: Etiqueta de prioritat/flux: Qualitat de servei

• No hi ha Checksum: relegat al nivell d’enllaç

• No hi ha fragmentació: descobriment de mínim MTU en origen

Capçalera IPv6(40 bytes)

IPv6

Priority Flow Label

Payload Length Next Header

Version

Hop Limit

Source Address

Destination Address


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Transició de la v4 a la v6

• S’ha previst una fase de transició, durant la qual puguen conviure ambdós protocols

• Durant el transitori:– Les adreces antigues poden codificar-se fàcilment com

a adreces noves– Es permetran dispositius capaços d’encaminar paquets

IPv6 i IPv4– Les estacions podran utilitzar els dos protocols– L’ús de túnels permetrà encapsular trànsit IPv6 que ha

de travessar zones IPv4

IPv6


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

��

��

��

��

��

��!

��!"�

%��&��'��(��

El nivell de Xarxa


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• A Internet no disposem de mecanismes hardware per a

comprovar la connectivitat

• La detecció d’errors i problemes es converteix en una feina

difícil i complexa, per a la qual IP no proporciona eines

• Introduirem un nou mòdul (que es considera part d’IP): el

protocol ICMP (Internet Control Message Protocol)

• Aquest protocol permet als routers i als hosts enviar missatges

de control a altres routers o hosts

Protocol ICMP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• ICMP ens permet saber, per exemple, perquè no s’ha entregat

un datagrama (no hi ha ruta, la destinació no respon, esgotat

el temps de vida, etc.)

• Informa sobre errors només a l’origen del datagrama

• No corregeix el problema (només n’informa)

• Els missatges ICMP viatgen en el camp de dades d’un

datagrama d’IP

Protocol ICMP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• Els missatges ICMP s’encapsulen en datagrames d’IP. No obstant això, ICMP no es considera un protocol de nivell superior a IP

Encapsulament d’un missatge ICMP Protocol ICMP

Capçalerade la trama

Camp de dades de la trama

Capçalera Dades ICMP ICMP

Capça. del Camp de dades deldatagrama datagrama IP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• Cada missatge ICMP té el seu propi format, però tots comencen amb els mateixos camps:

– tipus (8 bits): Identifica el tipus de missatge.

– codi (8 bits): Més informació sobre el tipus de missatge.

– checksum (16 bits): Sobretot el missatge ICMP.

• Alguns missatges inclouen informació complementària.– En cas que informen sobre errades, inclouen la capçalera i els

primers 64 bits (8 bytes) de dades del datagrama que va causar el problema.

tipus codi checksum

dades ICMP (segons tipus)

dades opcionals

Protocol ICMPFormat dels missatges ICMP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• El tipus de missatge en determina el significat i el format

• Entre els principals tenim:

Tipus Missatge ICMP

0

3

4

8

11

Contestació d'eco

Destinació inassolible

Paquet de restricció

Petició d'eco

Temps excedit en datagrama

Tipus de missatges ICMP Protocol ICMP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Missatges d’eco (petició i resposta)

• La màquina que fa un echo request es posa a l'espera de rebre un echo response

L’ordre ping

• Es basa en l’ús de missatges de petició i resposta d’eco.

• És utilitzada per administradors i usuaris per a detectar problemes en la xarxa.

• Permet :– comprovar si la destinació està activa.– comprovar que hi ha una ruta fins a aquest.– mesurar el temps d’ ”anada” i “ tornada” .– estimar la fiabilitat de la ruta.

Protocol ICMPTipus de missatges ICMP


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• Missatge de destinació inassolibleEnviat per un router quan no pot enviar o entregar un datagrama IP– Per exemple: xarxa inassolible, host inassolible, fragmentació

necessària i flag DF activat, xarxa desconeguda.

• Missatge de readreçamentL’empren els routers per advertir un host de l’existència d’una ruta millor per a assolir una destinació determinada



GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• Paquet de restr icció (source quench)

– És enviat per un router quan té problemes a causa de la recepció d’un nombre excessiu de datagrames (congestió en la xarxa)

– La recepció d’un paquet de restricció en una màquina provocarà una reducció en l’enviament de datagrames

• Missatge Time Exceeded

– Poden ser enviats per routers i hosts:

• routers: quan descarten un datagrama en finalitzar el seu temps de vida (TTL)

• hosts: en ocórrer un timeout mentre s’esperen els fragments per a reassemblar un datagrama.

– El camp codi explica quin dels dos successos ha ocorregut



GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

��

��

��

��

��

��!

"��#$�

#��$��%��&��

El nivell de Xarxa


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• 1962 – 1969:– A principi dels 60 es concep per primera vegada la idea d’ Internet.

Sota el lideratge d’un projecte d’ investigació, Advanced Research Project Agency (ARPA), del Departament de Defensa dels EUA. L’objectiu final va ser compartir els recursos de supercomputació entre la comunitat científica dels EUA.

• 1971:– ARPANET creix a un total de 23 nodes que connecten universitats

i centres d’ investigació governamentals al llarg dels EUA.• 1973:

– ARPANET estableix enllaços internacionals amb University College a Londres i amb l’assentament de radars de la corona Noruega.

• 1983:– TCP/IP es converteix en el llenguatge universal d’ Internet

Història d'Internet


GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

• 1991:– Naix el World Wide Web!

• Principi dels 90:– “The Bangeman Report” : Al Gore i la Comunitat Europea

uneixen esforços i iniciatives per a construir l’ “Autopista de la informació”

• 1994:– Pizza Hut anuncia la possibilitat de fer una comanda a través

dels seus servidors web �• 1996:

�Telecommunications Reform Act: El mercat de les telecomunicacions s’allibera

– Prop de 55 milions de nodes estan accessibles en Internet. Internet s’expandeix al llarg del globus.

Tim Berners-Lee



GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Usuaris Internet http://www.exitoexportador.com/stats.htm



GYU

RL -

Esc

ola

Tècn

ica

Supe

rioria

d’E

ngin

yeria

del

Dis

seny

(UPV

)

Fòrums oficials i industrials

• Organismes oficials de regularització en Internet: IAB, IRTF, IETF, ITU (abans CCITT) en l’àmbit europeu, ISO és un membre de ITU-T i inclou ANSI, AENOR, UNI, DIN... Altres: IEEE, ACM, NIST...

• Fòrums industrials: Consisteixen en la creació de grups d’ interès sobre una tecnologia per part d’empreses i operadors de telecomunicacions– Van nàixer com a represàlia a la lentitud de ITU-T i ISO en

l’aprovació d’estàndards internacionals (ex. RDSI)

– Alguns exemples:

• El ATM forum

• El Frame Relay forum

• El Gigabit Ethernet forum

• El ADSL forum (ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Loop)


encaminament tema 4 el nivell de xarxa - redes.upv.es filerealitzar l'encaminament òptim cap...

Documents