Direcciones IP. Identifican unívocamente un punto de acceso (interfaz) a la red. Un router o un host multi-homed tienen varias.

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1 Subnetting 1

2 Direcciones IP Identifican unívocamente un punto de acceso (interfaz) a la red. Un router o un host multi-homed tienen varias. Tienen un significado global en la Internet. Son asignadas por una autoridad central: InterNIC (Internet Network Information Center). Son números de 32 bits, expresados en notación decimal con puntos, byte a byte (p.ej ). Para facilidad de los usuarios, se define un mapping estático de las direcciones IP con nombres mas legibles para las personas (DNS - Domain Name Server). 2

3 Direcciones IP Una dirección IP es independiente de las direcciones físicas de subred Port Proto colo. Direccion IP Identifica a una aplicación en un host Direcciones Lógicas Independientes de la Tecnología de Acceso Proto colo. Direcciones Dependientes de la Tecnología de Acceso Direccion IP Direccion IP Direccion Ethernet Dirección Jerárquica Mapping (p.ej. Tablas) 3

4 Direcciones IP Esquema jerárquico, constan de una parte que indica de cuál red física (net) se trata, y otra que indica la interfaz o punto de conexión a la red (host). En 1984, se agrega una tercer elemento en la jerarquía para lograr mayor flexibilidad (subnets) que se aplica al espacio de host. Los campos que componen la dirección son de longitudes fijas predeterminadas pero actualmente se elimina esta restricción (classless addressing). Las direcciones IP son identificadores en una red virtual; en última instancia deben corresponderse (map) a direcciones físicas de las distintas subredes (X.25, Ethernet, etc.). Este proceso se denomina resolución de direcciones. El protocolo que lo hace posible en Ethernet es ARP. RED HOST 4

5 Direcciones IP Clase Formato Rango Redes/Hosts A 0 RED HOST HOST HOST a / B 10 RED RED HOST HOST a / C 110 RED RED RED HOST a /254 D 1110 ID GRUPO MULTICAST a Multicast E E X P E R I M E N T A L a Existen direcciones especiales, por ejemplo la de loopbak ( ): * Para comunicaciones de procesos en la misma máquina. * Nunca es propagada a la red 5

6 Direcciones IP con significado especial Notación: <Red, Host> <0, 0> Este host en esta subred Source Booteo con Servidor <0, H> Host H en esta red Source Parcialmente inicializado <R, 0> Un host en red R Source <R, H> host H en red R Source/Destination <R, 1> Broadcast dirigido todos los Hosts de la Red Destination <1, 1> Broadcast limitado Destination No propagada por los routers Significados especiales. No pueden usarse para identificar a un host o red en particular 0: este 1: todos Direcciones privadas a (1 clase A) a (16 clases B) a (255 clases C) 6

7 Problemas del esquema de direccionamiento Establecer la red en la dirección IP implica que si un host cambia de red, cambiará su dirección. Prefijos de longitud fija, provocan un uso ineficiente en el espacio de direcciones. Una dirección de clase A sólo se asignará a redes con un elevado número de hosts, y que las direcciones de clase C son adecuadas para redes con pocos hosts. Las redes de tamaño medio (aquellas con más de 254 hosts o en las que se espera que en el futuro haya más de 254 hosts) deben usar direcciones de clase B. El número de redes de tamaño pequeño y medio ha ido creciendo muy rápidamente en los últimos años y se temía que, de haber permitido que se mantuviera este crecimiento, todas las direcciones de clase B se habrían usado para mediados de los '90. Esto se conoce como Problema de vaciamiento de las direcciones IP. Su motivo: falta de escalabilidad. También es necesario realizar cambios de configuración cuando se instala una nueva red física o cuando el crecimiento del número de hosts requiere dividir la red local en dos o más redes. Cabe destacar que, utilizar direcciones clase C produce un incremento de tamaño de tablas de ruteo. Soluciones Estos problemas se solucionan a corto plazo en el contexto de IPv4. Definitivamente solucionados en IPv6. 7

8 Problema de Vaciamiento de Direcciones IP 8

9 Ejemplo de uso de direcciones IP HOST A HOST B RED sl sl0 eth1 ROUT. X HOST C HOST D INTERNET ROUT. Y eth HOST E RED RED Organización con 3 LANs, se solicitan 3 direcciones clase C: , y

10 Conceptos básicos de ruteo (reenvío) Función correspondiente al nivel IP Para un datagrama (originado en el equipo o entrante a un router) debe decidirse, en base a su dirección de destino, hacia qué equipo o router enviarlo. La decisión se toma en base a tablas de ruteo Las tablas pueden ser estáticas o dinámicas (según se utilice o no un protocolo de ruteo) Un equipo que sólo funcione como host no reenvía datagramas TCP, UDP IP Tabla de ruteo eth1 datagram entrante Salida 10

11 Tablas de ruteo *Ejemplo para router Y Tabla de ruteo Red de destino d/i dir. router interface i d d eth1 Red de destino: Red de destino del datagrama d/i: indica si el datagrama debe será enviado a su dirección de destino o a un router intermedio dir. router: dirección del router a través del cual se accederá a la red destino interface: salida física (p.ej. LAN Ethernet) por la cual se debe enviar el datagram Tablas ARP p/cada interface Interface Dirección IP Dir. de red ee.ee.ee.ee.ee.ee cc.cc.cc.cc.cc.cc xx.xx.xx.xx.xx.xx Interface eth1 D irecció n IP D ir. d e red b b.b b.b b.b b.b b.b b 11

12 Algoritmo simplificado de ruteo Extraer dirección de destino del datagrem entrante=dd Determinar direccion de red destino del dg entrante=dr Envío de datagrama: Acceder a tabla ARP de interface en tabla de ruteo Obtener dirección de hardware correspondiente a dir. IP Encapsular el datagrana original en la trama, con dirección de hardware destino igual a la accedida en la tabla DR es red directa Si No DD es diección. específicade host No DR está en tabla de ruteo No Existe default route Si Si Si Enviar datagram a dirección de destino (DD) Enviar datagram a dirección de router en la tabla Enviar datagram a dirección de router en la tabla Enviar datagram a dirección de router asociado a def. route Ruta específica: permite especificar un host en la tabla de ruteo Default route: un router al que se envían todos los datagramas con direcciones no conocidas. Permite no tener que especificar todas las direcciones de red IP de la Internet Error, destino no alcanzable Fin 12

13 Ejemplo: contenido de tablas de ruteo HOST A HOST B HOST C sl0 sl eth INTERNET ROUT. X ROUT. Y HOST E eth HOST D RED RED RED ROUTER X RED DEST D/I ROUTER IF D D eth I eth1 default I sl0 DIR. IP DH ha hb eth1 DIR. IP DH hy hc he sl0 DIR. IP DH hi ROUTER Y ROUTER EN INTERNET HOSTS A O B RED DEST D/I ROUTER IF I D D eth1 default I DIR. IP DH hx hc he eth1 DIR. IP DH hd RED DEST D/I ROUTER IF I sl I sl I sl0 default I xx.xx.xx.xx iiii sl0 (host A) DIR. IP DH DIR. IP DH hx RED DEST D/I ROUTER IF D default I hb 13

14 Subnetting Objetivo: Compartir una dirección de red IP entre varias redes físicas. Especialmente cuando hay que realizar cambios por crecimiento del número de redes o de hosts. Beneficios Uso eficiente de direcciones IP (referido a no desperdiciar direcciones) Salvar limitaciones de hardware (distintos tipos de red, cantidad máxima de nodos soportados, distancia) División en subredes de acuerdo a la estructura de la organización Características Agregado de un nivel jerárquico en la dirección IP Invisible para los routers externos => No se adicionan rutas. Implementación a través de máscaras de subred Mejoras Restricción en el uso de máscaras para facilitar la administración al crecer la red (flexibilidad) VLSM (Variable Length Subnet Mask) para aprovechar las direcciones 14

15 Subnetting Se agrega un nivel jerárquico en la dirección, sólo interpretado localmente Dirección IP (sin subnetting) Red Host Dirección IP (con subnetting) Red Subred Host Significado global Significado local Cantidad de bits asignada al campo subred No se hace especificación en la norma original (RFC 950) acerca de si todas las subredes de una red deben tener la misma longitud Puede generar ambigüedades pues existen protocolos que no lo soportan (RIPv1) Posición del campo subred No se especifica (RFC 950) la ubicación de los campos Subred y Host Se recomienda que dichos campos estén compuestos de bits contiguos En la práctica, se utilizan de la manera que se ve en la figura 15

16 Subnetting. Máscaras Máscara de subred Utilizada para indicar cuáles bits de una dirección IP corresponden a red y cuáles a host Número de 32 bits, expresado en notación decimal con puntos, como una dirección IP Los bits en 1 de la máscara indican que los correspondientes bits de una dirección IP conforman la dirección de red, los bits en 0 indican host El router tendrá en cuenta la máscara de subred para tomar las decisiones de ruteo Dada una dirección IP(D_IP): Dir. de red = (D_IP) AND MASCARA Ejemplo: Una red clase C es dividida de manera tal que se utilizan 3 bits para subred y 5 bits para host. Máscara: (dec) (bin) La dirección IP: , en este contexto significa: red , host 2 16

17 Subnetting. Direcciones especiales Se conserva el significado de las direcciones especiales: No se puede utilizar los valores 0 (todos ceros) ó 1 (todos unos) en los campos subred o host Pérdida de direcciones utilizables, dependiendo de la longitud de máscara utilizada Direcciones especiales utilizadas <Red> <Subred> <Host> < R > < 0 > < 0 > este Host en esta Subred (bootp) < R > < 0 > < H > Host H en esta Subred < R > < 1 > < 1 > Todos los hosts en todas las subredes. Broadcast en la Red, si los routers internos lo permiten < R > < S > < 1 > Todos los hosts de la Subred S. Broadcast en la Subred S. < R > < S > < H > Host H de la Subred S 17

18 Subnetting. Ejemplo HOST A HOST B INTERNET HOST C sl0 sl0 eth1 HOST D ROUT. X ROUT. Y HOST E eth SUBRED SUBRED SUBRED Para las tres redes, se dispone de una única dirección clase C: Crecimiento previsto: hasta 5 subredes de no más de 20 hosts cada una Máscara utilizada: (3 bits para subred = 6 subredes) Subredes: 001 CA CA CA CA CA A CA C Subredes utilizadas: , ,

19 Subnetting. Ejemplo HOST A HOST B INTERNET HOST C sl0 sl0 eth1 HOST D ROUT. X ROUT. Y HOST E eth SUBRED ROUTER X SUBRED RED DEST D/I ROUTER MASCARA IF D D eth I eth1 default I sl0 SUBRED ROUTER Y RED DEST D/I ROUTER MASCARA IF I D D eth1 default I ROUTER INTERNET RED DEST D/I ROUTER M ASCARA IF I sl0 HOST A ó B RED DEST D/I ROUTER MASCARA IF D I I default I

20 Subnetting. Algoritmo de reenvío. Extraer dirección de destino del datagrem entrante=dd Acceder a próxima entrada en tabla de ruteo (T(máscara) AND DD ) == T(red) No Si DESTINO = Router de tabla No Fin tabla de ruteo No Si Existe default route Si Error, destino no alcanzable DESTINO = default route Enviar a DESTINO Fin 20

21 Subnetting. Configuración Ejemplo:configuración de Router Y en Linux: ifconfig netmask Configuración de interfaces ifconfig eth netmask route add -net netmask Rutas locales route add -net netmask route add -net gw netmask Ruta específica a una red vía gateway route add default gw Ruta por defecto vía gateway 21

22 Subnetting. Tablas de Ruteo Las tablas globales no crecen. Los avisos de ruta de todas las subredes internas se combinan en una sola línea de la Tabla. El administrador puede desarrollar redes internas adicionales sin tener que solicitar nuevas direcciones IP. 22

23 Subnetting: Asignación de direcciones de subred Asignación de números de subred Debe estimarse con exactitud el crecimiento de la red Si aumenta en más de lo previsto la cantidad de subredes o de hosts, se deberá reestructurar la asignación de subredes, con el consiguiente overhead de administración Asignación alternativa Permite variar la cantidad de bits asignados a los campos subred y host, sin necesidad de modificar direcciones de subred El campo host ocupa los bits de la derecha, los hosts se numeran de 1 en adelante, siendo los bits más significativos los de la izquierda El campo subred ocupa los bits de la izquierda, utilizando una imagen espejo (se intercambia el bit de extrema derecha con el de extrema izquierda y así sucesivamente) 23

24 Subnetting. Asignación de direcciones de subred Asignación del campo Host de la dirección IP de una red clase C, para 4 bits de subred y 4 de host: Subred 1 Subred 2 Subred 3 Subred 4 Subred 5 Subred Si subred 1 crece y llega a tener más de 14 hosts, se deberá cambiar la máscara de subred: 3 bits para subred, 5 bits para host. Consecuencia: Sólo reasignación de máscaras: Subred 1 Subred 2 Subred 3 Subred 4 Subred 5 Subred Comparación de ambos esquemas de asignación Normal 0 s 1 s y 0 s 0 s 1 s y 0 s Flexible 1 s y 0 s 0 s 0 s 1 s y 0 s Zona de crecimiento de subred Zona de crecimiento de host Zona común de crecimiento de subred y host 24

25 Subnetting: Uso efectivo del espacio de direccionamiento El uso de subnetting lleva implícito un desaprovechamiento del espacio de direcciones, cuya magnitud depende de la configuración utilizada. Por ejemplo, para una red de clase C Largo de máscara Máscara (hex) # bits para host # hosts por subnet # bits para subnet # subnets # total de direcciones 25 FF FF FF FF FF FF C FF FF FF E FF FF FF F FF FF FF F FF FF FF FC FF FF FF FE

26 Direccionamiento IP Direccionamiento jerárquico: <prefijo, host> prefijo: utilizado por los routers para determinar paths para direcciones no locales host: utilizado para ubicar el equipo local Prefijo Compuesto por una dirección IP y una indicación de la cantidad de bits contiguos, a izquierda que lo componen Longitud determinada por contexto clase de dirección (A, B o C) máscara de subred (extensión a derecha del prefijo de clase) Indicado como una dirección IP, seguido de la cantidad de bits que lo componen Clase C: /24 Clase B: /16 Clase A: /8 26

27 Ejercicios A una empresa se le ha asignado el conjunto de direcciones IP /24 y precisa definir 6 subredes, la mayor de las cuales requiere soporte para 25 hosts. 1) Determinar el número de bits requeridos para definir 6 subredes. Si se eligieran 3 bits, se pueden numerar hasta 8 subredes y quedarían dos sin usar, para uso posible en el futuro por crecimiento. Se pasaría del prefijo /24 a uno extendido /27, cuya máscara sería

28 Ejercicios 2) Las 8 subredes se numeran de 0 a 7. En general, para definir la Subred #n, el administrador toma la representacióm binaria de n en el campo de nº de subred. Por ejemplo, la Subnet #6, sería la (110). Entonces: Base Net: = /24 Subnet #0: = /27 Subnet #1: = /27 Subnet #2: = /27 Subnet #3: = /27 Subnet #4: = /27 Subnet #5: = /27 Subnet #6: = /27 Subnet #7: = /27 Una manera fácil de comprobar si la numeración es correcta es asegurarse que todas las subredes sean múltiplos de la Subnet #1. En este caso: 32, 64, 96,... 28

29 Ejercicios. Subnet todos 0 s Cuando se definió la técnica de subnetting en la RFC 950, se prohibió el uso de all- 0s y all-1s como numeración de subnet para eliminar aquellas situaciones que pudieran generar confusión en los llamados classful routers. En la actualidad, los routers pueden ser classless y classful al mismo tiempo (podrían correr RIP-1 que es un protocolo classful al mismo tiempo que BGP-4 que es classless). Con respecto a la subnet all-0s un router requiere que cada actualización de la tabla de ruteo incluya el par route/<prefix-length> para poder diferenciar entre la ruta a la subred all-0s y la ruta a la red completa. Por ejemplo, RIP-1 no provee máscara o longitud de prefijo con cada ruta, entonces un aviso para la subnet /27 es idéntico a un aviso para la red /24. 29

30 Ejercicios. Subnet todos 1 s Con respecto a la subnet all-1s, también se requiere la información de la longitud del prefijo para poder distinguir entre un broadcast dirigido se debería enviar sólo a la subred all-1s o a la red completa. Por ejemplo puede haber confusión si la dirección de broadcast ( ) es usada para la red completa /24 o la subred all-1s /27. Con el desarrollo de protocolos de ruteo que suministran la máscara o prefijo con cada ruta, el espacio definido para las subredes all-0s y all-1s es factible de ser utilizado. 30

31 Ejercicios 3) El campo de numeración de hosts no puede contener las direcciones all 0-bits u all 1-bits. La primera identifica a la red o subred base, mientras que la segunda es la dirección de broadcast de la red o subred. En el ejemplo hay 5 bits disponibles para hosts. Entonces cada subred representa un bloque de 30 direcciones (2 5-2 = 30). Los hosts se numerarán de 1 a 30. Como en la numeración de subredes, en general el Host #n se corresponderá con el equivalente binario de n. Por ejemplo, el Host #15 de la Subnet #2, será el de representación binaria (01111 ) en el campo de host de 5-bits de la Subnet #2. Así: Subnet #2: = /27 Host #1: = /27 Host #2: = /27 Host #3: = /27 Host #4: = /27 Host #5: = /27.. Host #15: = /27 Host #16: = /27.. Host #27: = /27 Host #28: = /27 Host #29: = /27 Host #30: = /27 31

32 Ejercicios Subnet #6: = /27 Host #1: = /27 Host #2: = /27 Host #3: = /27 Host #4: = /27 Host #5: = /27.. Host #15: = /27 Host #16: = /27.. Host #27: = /27 Host #28: = /27 Host #29: = /27 Host #30: = /27 32

33 Ejercicios La dirección de broadcast para la Subnet #2 es: = Note que esta dirección es un número menos que la dirección base de la Subnet #3 ( ). En términos generales la dirección de broadcast de la Subnet #n es uno menos que la dirección base de la Subnet #(n+1). La dirección de broadcast de la Subnet #6 es: = Y la dirección base de la Subnet #7 ( ). 33

34 Bibliografía 34

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