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1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y COMUNICACIONES MANUAL DE PRÁCTICAS AVANZADAS DE ENRUTAMIENTO Y CONMUTACIÓN TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y COMUNICACIONES PRESENTA ENRIQUE HIDALGO PEÑA DIRECTOR: ING. CARLOS RODRÍGUEZ FLORES POZA RICA DE HIDALGO, VERACRUZ JULIO DE 2007

2 CONTENIDO CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Justificación Objetivos Características y Funciones Esenciales... 2 CAPÍTULO II: DIRECCIONES IP, SUBREDES Y ESCALABILIDAD DE DIRECCIONES Direcciones IP Clases de direcciones IP Subredes Cómo establecer la máscara de subred VLSM Uso de la máscara de subred de longitud variable (VLSM) Introducción a NAT y PAT Características de NAT y PAT Configuración para Traducción de Direcciones de Red (NAT) Configuración para Traducción de Direcciones de Puerto (PAT) Protocolo de Configuración Dinámica de Hosts (DHCP) Configuración de DHCP CAPÍTULO III ENRUTADORES Y PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO Enrutadores y su Sistema Operativo de Interconexión de Redes (IOS) Protocolo de Información de Enrutamiento (RIP) Mensajes RIP Configuración de RIP Protocolo de Enrutamiento de Gateway Interior (IGRP) Protocolo de Enrutamiento de Gateway Interior Mejorado (EIGRP) Configuración de IGRP y EIGRP Protocolo Primero la Ruta Libre más Corta (OSPF) i

3 3.6 Listas de Control de Acceso (ACL) Máscara Wildcard Tipos de Listas de Control de Acceso Configuración de OSPF con ACL CAPÍTULO IV CONMUTADORES Conmutadores Capa de acceso y conmutadores de capa de acceso Capa de distribución y conmutadores de capa de distribución Capa de Núcleo y Conmutadores de capa de núcleo Protocolo Spanning-Tree (STP) Operación de Spanning-Tree Enlaces Troncales y LAN Virtuales (VLAN) Redes de Área Local Virtuales Enlaces troncales Protocolo de Enlace Troncal de VLAN (VTP) Enrutamiento entre VLAN Implementación del Enrutamiento entre VLAN CAPÍTULO V TECNOLOGÍAS WAN Protocolo Punto a Punto Encapsulamiento en enlaces seriales Arquitectura PPP Sesiones PPP Autenticación PPP Configuración de un enlace con PPP y CHAP Red Digital de Servicios Integrados Canales ISDN Acceso ISDN Frame Relay Descripción de la Tecnología Frame Relay ii

4 5.3.2 Terminología de Frame Relay Topologías Interfaz de Administración Local Configuración de Enlaces con Frame Relay Desafío de habilidades de Networking Capítulo VI APORTACIONES AL DESARROLLO REFERENCIAS SOFTWARE DE PRUEBA ANEXOS A Archivos de configuración del Desafío de Habilidades de Networking B Recuperación de Imagen del IOS en un router Cisco 2620 / 2621 Series C Recuperación de la imagen IOS de un Switch Catalyst D Lista de Acrónimos usados y su traducción al español iii

5 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN Una de las áreas más importantes de las Telecomunicaciones es la de las Redes de Computadoras y es una de las que han cambiando drásticamente y en muy poco tiempo debido al impacto que ha tenido la implementación de la Internet que en pocos años ha alcanzado niveles de evolución impresionantes, lo mismo que las redes de área local (LAN) y de área amplia (WAN) de las que, por supuesto, surge Internet. Al hablar de los principios que dan lugar a las redes de computadoras se deben tener en cuenta dos tecnologías fundamentales en este ámbito: el Enrutamiento y la Conmutación, que son básicamente quienes permiten que las redes intercambien datos de manera exitosa. Aunado a esas dos tecnologías hay que hacer mención también del direccionamiento IP, de la división en subredes, y de la escalabilidad de direccionamiento IP a través del Protocolo de Configuración Dinámica de Hosts (DHCP) que ayuda a facilitar la administración de direcciones, y las Traducciones de Direcciones de Red (NAT) y de Puerto (PAT) con lo cual se logra direccionar redes privadas hacia redes públicas. Por último, y sin restarles importancia, quedan las tecnologías de Red de Área Amplia, que nos permiten interconectar redes LAN, según los propósitos y necesidades de las empresas. 1.1 Justificación La justificación del presente manual recae en el hecho de que las prácticas de laboratorio contenidas en la currícula de la Academia de Cisco se refieren de manera escueta al tema que se está estudiando en el capítulo que se encuentra leyendo el estudiante. Debido a eso, conforme se va avanzando en el estudio de los temas subsecuentes se corre el riesgo de que el conocimiento obtenido de los temas anteriores quede rezagado, lo cual hace que las habilidades requeridas no se desarrollen de manera óptima para alcanzar el nivel necesario para presentar el examen de Certificación. Dentro del contenido de la currícula existen actividades de laboratorio que no ilustran de manera amplia el tema que las refiere; es por eso que este manual está enfocado a la práctica, y presenta una alternativa para aprender sobre estas tecnologías para complementar el aprendizaje obtenido por otros medios, ya sean de manera autodidacta, en la escuela o en cursos de capacitación; y en un momento dado poder profundizar de manera avanzada en el conocimiento de estos temas, que resulta tan importante para las personas que les interesa desarrollarse profesionalmente en el área de las Tecnologías de la Información. 1

6 1.2 Objetivos El presente manual tiene como objetivos afianzar y ampliar el conocimiento obtenido por los alumnos del Programa Cisco Networking Academy de la FIEC, UV para desarrollar las habilidades necesarias al presentar el examen de Certificación CCNA. Mejorar las aptitudes prácticas de los estudiantes de esta Academia al ofrecer nuevas actividades de laboratorio que interrelacionan los temas vistos en clase y en los laboratorios del curso. Servir como referencia a los estudiantes que no pertenecen a la Academia de Cisco pero que tengan nociones básicas de redes y que desean profundizar de manera autodidacta sobre las Tecnologías de la Información, Conmutación y Enrutamiento. Dar mayor uso al equipo de laboratorio de Cisco existente en la Facultad. 1.3 Características y Funciones Esenciales La función de este manual es primordialmente reforzar la destreza práctica de los alumnos que sean candidatos a la Certificación CCNA de Cisco Systems, ofrecer una alternativa para prepararse y tiene como finalidad aumentar la posibilidad de los sustentantes de aprobar el examen en la medida en que sus habilidades se incrementen con las actividades que aquí se proponen. Este manual, por lo tanto, presenta ejercicios prácticos resueltos donde además se explica detalladamente cada respuesta. La forma en que se proveen los ejercicios tiene un orden lógico de aprendizaje que permite adquirir, desarrollar y perfeccionar las habilidades de las que hemos estado haciendo mención en los apartados anteriores. Además al final del manual se presenta un ejercicio sin respuestas para que los lectores demuestren sus habilidades. Las ubicaciones de las redes son ciudades de Veracruz, en algunos casos, o escuelas. Esto es con la intención de ofrecer un contexto más real al escenario de los ejercicios. De acuerdo con lo anteriormente dicho, es deseable que el lector posea conocimientos de básicos a medios sobre el diseño, implementación, mantenimiento y operación de Redes, así como de configuración de equipos Cisco (especialmente Routers 2600 Series y Switches Catalyst 2900 Series), por lo que se encontrará con que algunas partes de las actividades prácticas no tienen referencia dentro de este manual. Así, se espera que el mismo se encuentre como una herramienta útil en la complementación y profundización de conocimientos en el campo de las Redes. 2

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8 CAPÍTULO II: DIRECCIONES IP, SUBREDES Y ESCALABILIDAD DE DIRECCIONES. 2.1 Direcciones IP Cuando se requiere que dos dispositivos se comuniquen entre sí dentro de una red, es necesario que se puedan localizar e identificar entre sí. Para ello se les asigna una dirección que identifique a cada dispositivo dentro de la red. Todos los dispositivos de red cuentan también con una dirección exclusiva, llamada dirección MAC o dirección física, la cual es asignada por el fabricante de la tarjeta de interfaz de red (NIC). La dirección IP es una secuencia de unos y ceros binarios y tiene una longitud de 32 bits. Debido a que es muy difícil manejar la dirección IP en su formato binario, generalmente se presenta en forma de cuatro números decimales separados por puntos. Cada número decimal es conocido como octeto, debido a que siempre es el equivalente de un número binario de ocho bits. Además, de esta forma es más fácil comprender los patrones numéricos y así se evitan los errores por transposición Clases de direcciones IP Existen tipos diferentes de direcciones IP, para clasificarlas según sus tamaños, los cuales se enuncian a continuación: Clase A: Se usa para admitir redes de tamaño extremadamente grande, con más de 16 millones de hosts. Estas direcciones utilizan sólo el primer octeto para indicar la porción de red. Se identifican porque el primer bit del primer octeto es siempre 0, lo cual da un rango de entre 0 y 127, estos dos números quedan reservados. La dirección se usa para pruebas loopback. Así, todas las direcciones que comiencen con 1 y hasta 126 son de clase A. Clase B: Este tipo de direcciones soporta redes de tamaño moderado a grande. Se usan los primeros dos octetos para identificar la red. Los dos bits más significativos siempre son 10 binario y su rango es de 128 a 191. Clase C: Esta clase de dirección proporciona un espacio de direccionamiento de 254 hosts. Comienza siempre con el binario 110 y su rango es de 192 a 223. Clase D: Esta clase se creó con la finalidad de permitir multicast, así una sola estación puede transmitir simultáneamente una sola corriente de datos a múltiples 4

9 receptores. Los primeros bits de este tipo de dirección siempre son 1110 binario, lo que proporciona un rango de 224 y 239. Clase E: Esta clase de direcciones se definió y reservó para uso en las investigaciones de la Fuerza de Tareas de Ingeniería de Internet (IETF) y no se emiten para su uso en Internet. Sus primeros cuatro bits son todos unos y su rango es de 240 a 255. La figura 2.1 muestra la estructura de las direcciones según su clase. Fig. 2.1 Distribución de las porciones de red y host en las direcciones IP según sus clases. 2.2 Subredes Para crear la estructura de subred, los bits de host se deben reasignar como bits de subred. Este proceso es a veces denominado "pedir bits prestados". El punto de inicio de este proceso se encuentra siempre en el bit de host del extremo izquierdo, aquel que se encuentra más cerca del octeto de red. Las direcciones IP incluyen la porción de red clase A, clase B o clase C además de un campo de subred y un campo de host. Ambos campos se crean a partir de la porción de host original de la dirección IP. Esto se hace mediante la reasignación de bits de la parte de host a la parte original de red de la dirección. La capacidad de dividir la porción de host original de la dirección en nuevas subredes y campos de host ofrece flexibilidad de direccionamiento al administrador 5

10 de la red. Además de contar con flexibilidad, la división en subredes permite que el administrador de la red brinde contención de broadcast y seguridad de bajo nivel en la LAN debido a que el acceso a las otras subredes está disponible solamente a través de los servicios de un enrutador. 6

11 2.2.1 Cómo establecer la máscara de subred La selección del número de bits a utilizar en el proceso de división en subredes dependerá del número máximo de hosts que se requiere por subred. La máscara de subred da al router la información necesaria para determinar en qué red y subred se encuentra un host determinado y se crea mediante el uso de unos binarios en los bits de red. Los bits de subred se determinan mediante la suma de los valores de las posiciones donde se colocaron estos bits. Si se pidieron prestados tres bits, la máscara para direcciones de clase C sería Esta máscara se puede representar con una barra inclinada seguida por el número de bits que se tomaron prestados del campo de host, por ejemplo /27. Para determinar el número de bits que se deberán utilizar, el diseñador de redes calcula cuántos hosts necesita la subred más grande y el número de subredes necesarias. Como ejemplo, la red requiere de 6 subredes con 25 usuarios cada una. El número de subredes que se pueden usar es igual a dos a la potencia del número de bits asignados a subred, menos dos. La razón de restar dos es por las direcciones reservadas de ID de red y la dirección de broadcast. (2 potencia de bits prestados ) 2 = subredes utilizables (2 3 ) 2 = 6 El número de hosts utilizables = dos elevado a la potencia de los bits restantes, menos dos (direcciones reservadas para el ID de subred y el broadcast de subred) (2 potencia de los bits restantes del host ) 2 = hosts utilizables (2 5 ) 2 = 30 El tomar prestados el número adecuado de bits para obtener un número determinado de subredes y de hosts por subred puede generar el desperdicio de direcciones válidas en algunas subredes. La habilidad de usar estas direcciones no la proporciona un enrutamiento con distinción de clase. Sin embargo, el enrutamiento sin distinción de clase permite el uso de estas direcciones. 7

12 2.3 VLSM A medida que las subredes IP han crecido, los administradores han buscado formas de utilizar su espacio de direccionamiento con más eficiencia. A continuación se presenta una técnica que se denomina VLSM (Variable Lenght Subnet Mask o Máscara de Subred de Longitud Variable). Con VLSM, un administrador de red puede usar una máscara larga en las redes con pocos hosts, y una máscara corta en las subredes con muchos hosts. Para poder implementarlo, un administrador de red debe usar un protocolo de enrutamiento que brinde soporte para él, como RIPv2, OSPF, o EIGRP. VLSM permite que una organización utilice más de una máscara de subred dentro del mismo espacio de direccionamiento de red. La implementación de VLSM maximiza la eficiencia del direccionamiento y con frecuencia se conoce como división de subredes en subredes. Un protocolo de enrutamiento que admite VLSM le confiere al administrador de red la libertad para usar distintas máscaras de subred para redes que se encuentran dentro de un sistema autónomo, pudiendo usar una máscara de 30 bits para las conexiones de punto a punto, una máscara de 24 bits para las redes de usuario e incluso una máscara de 22 bits para las redes con hasta 1000 usuarios. En el pasado, se suponía que la primera y la última subred no debían utilizarse. El uso de la primera subred, conocida como la subred cero, no se recomendaba debido a la confusión que podría producirse si una red y una subred tuvieran la misma dirección. Este concepto también se aplicaba al uso de la última subred, conocida como la subred de unos. Con la evolución de las tecnologías de red y el agotamiento de las direcciones IP, el uso de la primera y la última subred se ha convertido en una práctica aceptable si se utilizan junto con VLSM. Los routers Cisco con la versión 12.0 o posterior del IOS Cisco, utilizan la subred cero por defecto. Además VLSM promueve la unificación o el resumen de rutas. El resumen de ruta o la súper red, sólo es posible si los routers de una red utilizan un protocolo de enrutamiento sin clase, como por ejemplo OSPF o EIGRP. Estos protocolos llevan un prefijo que consiste en una dirección IP de 32 bits y una máscara de bits en las actualizaciones de enrutamiento. VLSM aumenta la flexibilidad del resumen de ruta porque utiliza los bits de mayor peso comunes a la izquierda, aun cuando las redes no sean contiguas. Siempre hay que recordar que es importante diseñar un esquema de direccionamiento que permita el crecimiento y no implique el desperdicio de direcciones. Con el siguiente ejercicio se analiza la manera de usar VLSM para evitar el desperdicio de direcciones al asignar subredes y cómo calcular el resumen de ruta. 8

13 2.3.1 Uso de la máscara de subred de longitud variable (VLSM). Situación: Una empresa acaba de recibir la dirección IP de clase C /24 y le han pedido que asigne ese espacio de direcciones sin desperdicios, para lo cual usted decide recurrir al uso de VLSM para poder cumplir el objetivo. La compañía tiene cuatro oficinas ubicadas en Poza Rica, Tampico, Veracruz y Xalapa. En Poza Rica se requiere que haya 28 hosts; en Tampico, 10; en Veracruz, 10 y en Xalapa 12, como se indica en la figura 2.2. Fig. 2.2 Red Corporativa en la que se habrá de aplicar la distribución de direcciones IP mediante VLSM. Objetivo: Aplicar la técnica de VLSM para asignar eficientemente el espacio de direccionamiento de la dirección IP Clase C /24. Calcular la dirección del Resumen de Ruta. 9

14 Paso 1 Ordenar de mayor a menor los requerimientos de espacio de las subredes y definir cuántos bits se usarán para representar las direcciones de host. Poza Rica: 28 hosts 5 bits (Ya que 2 5 =32). Xalapa: 12 hosts 4 bits (Ya que 2 4 =16). Tampico: 10 hosts 4 bits (Ya que 2 4 =16). Veracruz: 10 hosts 4 bits (Ya que 2 4 =16). Al asignar subredes con VLSM es necesario comenzar por la subred que tendrá mayor número de hosts y seguir en orden descendente. Así, las demás subredes quedarán con espacio suficiente. Paso 2 Asignar la primera subred a aquella que requiera mayor espacio. En este caso, la subred Poza_Rica es la que requiere mayor espacio, al tener una demanda de 28 hosts. Para este caso, como usted utiliza cinco bits para representar la subred le permite tener hasta 30 direcciones utilizables (recuerde que la primera y la última no se usan), siendo idóneo para la subred que se está asignando. La dirección de red /24, queda ahora como /27, ya que como sólo se usan 5 bits de la porción de hosts, nos quedan tres para la porción de red, y el prefijo de máscara de subred pasa de /24 a /27 y genera ocho subredes del mismo tamaño (30 hosts) revise la tabla 2.1: /24 Nuevo Prefijo de Red ID de Subred Subredes Rango de direcciones para la subred / (Dirección de red) (Dirección de Broadcast) Tabla 2.1 Aplicación de la máscara /27 a

15 Paso 3 Documentar la subred. Lo siguiente que debe hacer es tomar la subred 0 y asignarla a Poza Rica, y anotar su dirección de red y su rango útil de direcciones como se muestra en la tabla 2.2. Poza Rica Dirección de Red Máscara de Subred Rango útil de direccionamiento a Tabla 2.2 Espacio de direccionamiento de la Subred Poza Rica Paso 4 Continuar asignando las subredes de acuerdo a sus requerimientos de espacio. La siguiente subred en tamaño es Xalapa que requiere 12 hosts y como se estableció antes, cuatro bits representarán a los hosts. Proceda a tomar la siguiente subred libre de la tabla anterior. Cabe mencionar que el espacio de direcciones restante va a ser dividido en 14 subredes de 16 hosts cada una, por lo que no se anotarán todas, sólo la que esté asignando y las siguientes dos y dando continuidad a los ID de red. La tabla 2.3 muestra la nueva disposición del espacio de direcciones. Nuevo Prefijo de Red ID de Subred Subredes Rango de direcciones para la subred / (Dirección de red) (Dirección de Broadcast) Tabla 2.3 Reasignación del espacio de direcciones con máscara /28 De nueva cuenta, se documenta esta subred (Tabla 2.4). Xalapa Dirección de Red Máscara de Subred Rango útil de direccionamiento hasta

16 Tabla 2.4 Espacio de direcciones de la subred Xalapa Continúe con la siguiente subred, que podría ser Tampico, o bien, Veracruz, ya que ambas requieren 10 hosts, y usarán cuatro bits para representar a los hosts. Como son del mismo tamaño que Xalapa y ya se anotaron en la tabla correspondiente, sólo falta documentar ambas subredes. Antes de documentar enliste las nuevas subredes, como lo ha venido haciendo anteriormente (Tabla 2.5). Nuevo Prefijo de Red ID de Subred Subredes Rango de direcciones para la subred / (Dirección de red) (Dirección de Broadcast) Tabla 2.5 Direccionamiento a partir de la tercera subred generada Documente la subred de Tampico, vea la tabla 2.6. Tampico Dirección de Red Máscara de Subred Rango útil de direccionamiento hasta Tabla 2.6 Espacio de direcciones de la subred Tampico Repita para la subred de Veracruz (Tabla 2.7). Nuevo Prefijo de Red ID de Subred Subredes Rango de direcciones para la subred / (Dirección de red) (Dirección de Broadcast) Tabla 2.7 Direccionamiento a partir de la cuarta subred generada 12

17 Documente la subred de Veracruz (Tabla 2.8). Veracruz Dirección de Red Máscara de Subred Rango útil de direccionamiento hasta Tabla 2.8 Espacio de direcciones para la subred Veracruz Paso 5 Asignar las subredes correspondientes a los enlaces punto a punto. Para comenzar a asignar subredes a los enlaces, los cuales sólo requieren dos bits en la porción de host, tome nuevamente la última subred libre, que en este caso es la /24. Como sólo se usarán dos bits, cada subred tendrá espacio para cuatro direcciones únicamente (2 2 =4), y el nuevo prefijo de red será /30. Se necesitan tres subredes, debido a que existen tres enlaces. Anote cómo queda el nuevo espacio de direcciones (Tabla 2.9). Nuevo Prefijo de Red ID de Subred Subredes Rango de direcciones para la subred / (Dirección de red) (Dirección de Broadcast) Nuevo Prefijo de Red ID de Subred Subredes Rango de direcciones para la subred / (Dirección de red) (Dirección de Broadcast) Nuevo Prefijo de Red ID de Subred Subredes Rango de direcciones para la subred / (Dirección de red) (Dirección de Broadcast) 13

18 Tabla 2.9 Asignación de subredes con máscara /30 Ahora sólo resta documentar las subredes de los enlaces. El enlace Poza Rica Tampico es asignado según la tabla 2.10: Enlace Poza Rica Tampico Dirección de Red Máscara de Subred Rango útil de direccionamiento a Tabla 2.10 Espacio de direcciones para el enlace Poza Rica - Tampico La tabla 2.11 muestra la asignación para el enlace Poza Rica Veracruz: Enlace Poza Rica Veracruz Dirección de Red Máscara de Subred Rango útil de direccionamiento a Tabla 2.11 Espacio de direcciones del enlace Poza Rica - Veracruz Finalmente, el enlace entre Veracruz y Xalapa se establece según se muestra en la tabla Enlace Veracruz Xalapa Dirección de Máscara de Rango útil de Red Subred direccionamiento a Tabla 2.12 Espacio de direcciones del enlace Veracruz - Xalapa Paso 6 Calcular la dirección de la red que será publicada como resumen de ruta. Para esto, sólo se deben convertir todas las direcciones de red a binario y revisar todos los bits más significativos que tienen en común las direcciones. Cuando un bit no sea común, se cuentan cuántos bits hay desde la izquierda y (hasta el 14

19 último bit común) se toma como prefijo de red para el resumen. Todos los bits hacia la derecha se sustituyen por ceros y la dirección se convierte a decimal de nuevo. Observe la tabla 2.13 y note que de izquierda a derecha hay 25 bits comunes. Primer Octeto Segundo Tercer Octeto Cuarto Octeto 195 Octeto X IP Decimal Tabla 2.13 Cálculo del resumen de ruta De esta forma, el resumen de ruta queda como / Introducción a NAT y PAT La traducción de direcciones de red (NAT) está diseñada para conservar las direcciones IP y permitir que las redes utilicen direcciones IP privadas en las redes internas. Estas direcciones privadas e internas se convierten en direcciones públicas enrutables. Esto se logra mediante el uso de dispositivos que ejecutan un software NAT especializado, el cual puede aumentar la privacidad de la red al esconder las direcciones IP internas. Cuando un host dentro de una red stub (es decir, que sólo tiene una conexión con su red vecina) desea hacer una transmisión a un host en el exterior, envía el paquete al router del gateway fronterizo, el cual realiza el proceso de NAT, traduciendo la dirección privada interna de un host a una dirección pública, enrutable y externa. En la terminología de NAT, la red interna es el conjunto de redes que están sujetos a traducción. La red externa se refiere a todas las otras direcciones. Dentro de las prácticas, se emplearán los siguientes términos, y que se deben dominar ampliamente. Dirección local interna: la dirección IP asignada al host en la red interna. En general, la dirección no es una dirección IP asignada por el ISP. Es probable que esta dirección sea una dirección privada de RFC Dirección global interna: una dirección IP legítima asignada por InterNIC o un proveedor de servicios que representa una o más direcciones IP locales internas al mundo exterior. 15

20 Dirección local externa: la dirección IP de un host externo, como la conocen los hosts en la red interna. Dirección global externa: la dirección IP asignada a un host en la red externa. El dueño del host asigna esta dirección. RFC 1918 aparta los tres siguientes bloques de direcciones IP privadas (vease la tabla 2.14): Clase Intervalo de direcciones internas Prefijo CIDR según RFC-1918 A /8 B /12 C /16 Tabla 2.14 Direcciones Privadas. Estas direcciones son sólo para el uso particular de la red interna. Los paquetes que contienen a estas direcciones no se enrutan a la Internet. Los ISP por lo general configuran los routers fronterizos para impedir que el tráfico direccionado de forma privada se envíe al exterior. Antes del desarrollo de NAT, un host con dirección privada no podía acceder a la Internet. Con NAT,las empresas individuales pueden direccionar algunos o todos sus hosts con direcciones privadas y utilizar NAT para brindar acceso a la Internet Características de NAT y PAT Las traducciones NAT se pueden usar para una variedad de propósitos y pueden asignarse de manera dinámica o estática. NAT estática está diseñada para permitir que cada dirección local se asocie a su correspondiente dirección global. Esto resulta particularmente útil para los hosts que deban tener una dirección constante que esté accesible desde la Internet, tales como Servidores o Enrutadores y Conmutadores. NAT dinámica está diseñada para asociar una dirección IP privada a una dirección pública. Cualquier dirección IP de un conjunto de direcciones IP públicas se asigna a un host de red. La sobrecarga, o Traducción de direcciones de puerto (PAT), asocia varias direcciones IP privadas a una sola dirección IP pública. Se pueden asociar varias direcciones privadas a una sola dirección pública porque cada dirección privada se diferencia por el número de puerto. PAT utiliza números únicos de puerto origen en la dirección IP global interna para distinguir entre las traducciones. En teoría, el número total de direcciones internas que se pueden traducir a una dirección externa podría ser hasta 65,536 por dirección IP. En realidad, el número de puertos que se pueden asignar a una sola dirección IP es aproximadamente

21 PAT intenta preservar el puerto origen original. Si el puerto origen está en uso, se asigna el primer número de puerto disponible comenzando desde el principio del grupo de puertos correspondiente 0-511, , o Cuando no hay más puertos disponibles y hay más de una dirección IP global interna configurada, PAT utiliza la próxima dirección IP para tratar de asignar nuevamente el puerto origen original. Este proceso continúa hasta que no haya puertos ni direcciones IP internas globales disponibles. NAT ofrece las siguientes ventajas: Elimina la reasignación de una nueva dirección IP a cada host cuando se cambia a un nuevo ISP. NAT elimina la necesidad de re-direccionar todos los hosts que requieran acceso externo, ahorrando tiempo y dinero. Conserva las direcciones mediante la multiplexión a nivel de puerto de la aplicación. Con PAT, los hosts internos pueden compartir una sola dirección IP pública para toda comunicación externa. En este tipo de configuración, se requieren muy pocas direcciones externas para admitir muchos hosts internos, y de este modo se conservan las direcciones IP. Protege la seguridad de la red. Debido a que las redes privadas no publican sus direcciones o topología interna, ellas son razonablemente seguras cuando se las utiliza en conjunto con NAT para tener un acceso externo controlado. A continuación se proponen dos ejercicios para practicar la configuración de NAT y PAT Configuración para Traducción de Direcciones de Red (NAT) Situación: Se ha asignado la dirección /27 a una compañía para el direccionamiento público de su red permitiendo sólo treinta direcciones, pero la red interna necesita una mayor cantidad de ellas. El departamento de Tecnologías de la Información (TI) ha decidido implementar NAT para conseguir que todos los hosts de la red privada sean direccionados hacia el exterior. 17

22 Fig 2.3 Topología de la Red en la que se configurará NAT. Objetivo: Configurar apropiadamente el router de frontera con NAT para que los hosts con direcciones privadas puedan ser enrutados hacia la red pública. Crear asignaciones NAT estáticas para dispositivos como servidores y otros que requieren una dirección IP estática. Crear un conjunto NAT dinámico. Revisar e interpretar la tabla de Traducciones NAT Paso 1 Configurar los enrutadores Una vez conectada la red que se muestra en la Figura 2.3, debe configurar los enrutadores con los parámetros de direccionamiento IP de la tabla 2.15 (Los enlaces deben estar activos). También deberá configurar las contraseñas de consola, de líneas virtuales vty y la contraseña para el modo EXEC Privilegiado. Router Fast Ethernet Serial 0/0 Tipo Serial 0/1 Tipo 18

23 Gateway / /24 DTE DCE ISP / /24 DCE n/a n/a Subdir / /24 DTE n/a n/a Tabla 2.15 Parámetros de Configuración de los enrutadores Después de haber configurado los enrutadores correctamente, proceda a configurar los hosts de las redes locales, según corresponda. Cada red local debe tener al menos un host real, los demás pueden ser interfaces loopback en el router. Verifique la conectividad enviando pings a cada gateway por defecto. Paso 2 Configurar rutas estáticas. Comience por introducir una ruta estática en el ISP hacia la red NAT: ISP(config)#ip route Esta ruta es la que permitirá que cualquier paquete con dirección global interna llegue a su destino. Ahora hay que configurar una ruta por defecto en el router Gateway y una ruta estática hacia la subred Gateway(config)#ip route ISP. Esta ruta por defecto hará que todo el tráfico de salida se vaya directamente al Gateway(config)#ip route Con esta ruta se consigue que el tráfico de entrada hacia la subred , una vez que se ha traducido la dirección NAT se envíe hacia el gateway de esa subred. Por último, tenemos que configurar una ruta por defecto en el router Subdir. Como todo el tráfico de salida únicamente sale hacia Gateway, es más simple utilizar una ruta por defecto. Subdir(config)#ip route Verifique que haya conectividad entre ambas subredes y trate de hacer ping a la interfaz serial de ISP. Sólo debe haber respuesta a los pings entre hosts de las subredes, pero no desde el ISP. 19

24 Paso 3 Configurar las entradas estáticas de NAT. Entre al modo de configuración global en Gateway. El comando ip nat permite configurar la traducción de direcciones de red. Este comando debe llevar los argumentos que a continuación se muestran: Gateway(config)#ip nat inside source static Gateway(config)#ip nat inside source static Gateway(config)#ip nat inside source static Estos comandos establecen entradas estáticas para la tabla de traducciones NAT. Estas entradas estáticas sirven cuando se requieren hosts con direcciones IP estáticas, tales como servidores. Paso 4 Definir la traducción dinámica. Ahora use el argumento pool para definir el conjunto de direcciones que NAT usará para hacer traducciones dinámicas. Gateway(config)#ip nat pool dir_publicas netmask El comando ip nat pool crea el conjunto de traducción dinámica, dir_publicas establece el nombre del conjunto de direcciones, es la primera dirección que se usará en traducción dinámica y es la última del conjunto, y netmask indica la máscara de subred de la dirección de red para NAT. Es necesario establecer una lista de control de acceso para poder asociar el conjunto de direcciones NAT con la red o subred que se traducirá: Gateway(config)#access_list 1 permit Gateway(config)#access_list 1 permit Esta lista de acceso permitirá que solamente las direcciones de las subredes y se traduzcan con NAT. Ahora debe asociar la lista de acceso al conjunto NAT dinámico: Gateway(config)#ip nat inside source list 1 pool dir_publicas Paso 5 Definir la dirección de las interfaces. 20

25 NAT necesita saber si la interfaz de procedencia de un paquete es interna o externa para decidir si la dirección se traducirá de interna local a interna global o viceversa. Para definir una interfaz como interna o externa, se usan los comandos ip nat inside e ip nat outside en el modo de configuración de la interfaz correspondiente, de la siguiente forma: Gateway(config)#interface FastEthernet 0/0 Gateway(config-if)#ip nat inside Gateway(config-if)#exit Gateway(config)#interface Serial 0/0 Gateway(config-if)#ip nat outside Gateway(config-if)#exit Gateway(config)#interface Serial 0/1 Gateway(config-if)#ip nat inside Gateway(config-if)#exit Las interfaces FastEthernet 0/0 y Serial 0/1 se declaran internas debido a que todo el tráfico que pasa por ellas es desde o hacia la red local de la empresa. Serial 0/0 es externa ya que es el enlace hacia el ISP y la Internet. Hay que visualizar al router NAT como una división entre la red de la empresa, que consideraremos como adentro y la red pública (ISP e Internet), que será considerado como afuera. Las interfaces del router que se conectan a redes de adentro se declaran como internas y las que se conectan con afuera son externas, válgase la obviedad. Paso 6 Comprobar que la traducción funciona correctamente. Consulte la tabla de traducciones NAT mediante el comando siguiente: Gateway#show ip nat translations La tabla debe contener todas las direcciones internas locales con su correspondiente traducción a interna global para las entradas estáticas. Abra una ventana de linea de comando en uno de los hosts de la empresa y envíe un ping a , y De preferencia procure enviar un ping desde un host con entrada NAT estática y otro con entrada dinámica. Los pings deben ser exitosos. De lo contrario, con el comando show runningversion puede consultar la configuración NAT y corregir algún error. Introduzca de nuevo el comando show ip nat translations para verificar las traducciones dinámicas que se registraron a raíz del envío de los pings. (Fig. 2.4) 21

26 Fig 2.4 Salida de la Tabla de Traducciones NAT. 22

27 2.4.3 Configuración para Traducción de Direcciones de Puerto (PAT) Situación: Se ha asignado la dirección /27 a una compañía para el direccionamiento público de su red permitiendo sólo treinta direcciones, pero la red interna necesita una mayor cantidad de ellas. El departamento de TI ha decidido implementar NAT para conseguir que todos los hosts de la red privada sean direccionados hacia el exterior. Fig. 2.5 Topología de la Red para configurar PAT. Objetivo: Configurar apropiadamente el router de frontera con NAT para que sus hosts con direcciones privadas puedan ser enrutados hacia la red pública. 23

28 Configurar la asignación de un conjunto NAT con sobrecarga para lograr la traducción de direcciones de puerto (PAT). Revisar e interpretar la tabla de Traducciones y discernir las diferencias que existen entre estas traducciones y las de NAT. Paso 1 Configurar los enrutadores Una vez conectada la red de la figura 2.5, debe configurar los enrutadores con los parámetros de direccionamiento IP de la tabla 2.16 (Los enlaces deben estar activos). También deberá configurar las contraseñas de consola, de líneas virtuales vty y la contraseña para el modo EXEC Privilegiado (a su elección). Router Fast Ethernet Serial 0/0 Tipo Serial 0/1 Tipo ISP / /30 DCE n/a n/a Gateway n/a /30 DTE /30 DCE Finanzas / /30 DTE DCE Recursos /30 DTE /30 DCE Humanos /27 Gerencia / /30 DTE n/a n/a Tabla 2.16 Parámetros de Configuración de los enrutadores. Después de haber configurado los enrutadores correctamente, proceda a configurar los hosts de las redes locales, según corresponda. Cada red local debe tener al menos un host real, los demás pueden ser interfaces loopback en el router. Verifique la conectividad enviando pings a cada gateway por defecto. Paso 2 Configurar rutas estáticas. Comenzamos por introducir una ruta estática en el ISP hacia la red NAT: ISP(config)#ip route Esta ruta es la que permitirá que cualquier paquete con dirección global interna llegue a su destino. Configure una ruta por defecto en el router Gateway y una ruta estática hacia las subredes , y Gateway(config)#ip route Gateway(config)#ip route Gateway(config)#ip route Gateway(config)#ip route

29 La ruta por defecto hará que todo el tráfico de salida se vaya directamente al ISP. Las rutas estáticas, una vez que se haya traducido la dirección NAT, harán que el tráfico de entrada hacia las subredes de /25 se envíe hacia el gateway de cada subred. Finanzas también deberá tener sus entradas de enrutamiento estáticas. Finanzas(config)#ip route Finanzas(config)#ip route Finanzas(config)#ip route Al igual que sucede en el caso anterior, la ruta por defecto envía todo el tráfico de salida hacia Gateway. Las otras dos rutas envían el tráfico local hacia la interfaz correcta. Continuamos con los dos routers restantes: Recursos_Humanos(config)#ip route Recursos_Humanos(config)#ip route Gerencia(config)#ip route Como en Gerencia el tráfico de salida sólo tiene una ruta para fluir, es más simple establecer una ruta por defecto. Paso 3 Configurar las entradas estáticas de NAT. Entre al modo de configuración global en Gateway. Establezca las entradas estáticas de traducción NAT. Gateway(config)#ip nat inside source static Este comando establece una entrada estática para la tabla de traducciones NAT. Como se sabe, este tipo de entradas se asocian a dispositivos que requieren una IP estática. Ésta IP fue asignada a un servidor. Paso 4 Definir la traducción dinámica. Primero cree la lista de acceso que permitirá la traducción de las direcciones que se requieren: Gateway(config)#access_list 1 permit Gateway(config)#access_list 1 permit Gateway(config)#access_list 1 permit

30 Esta lista de acceso permitirá que solamente las direcciones de las subredes de /25 se traduzcan con NAT. Debe crear el conjunto de direcciones que se usará para la traducción dinámica. Gateway(config)#ip nat pool PAT netmask Ahora asocie la lista de acceso al conjunto NAT dinámico e indique que las traducciones se harán con sobrecarga (PAT) Gateway(config)#ip nat inside source list 1 pool PAT overload (En caso de haber sido proveídos con una sola dirección pública, el comando anterior se sustituye por ip nat inside source list 1 interface tipo de interfaz número de interfaz overload. Desde luego, hay que fijarse que la interfaz sea la que se define como externa). Paso 5 Definir la dirección de las interfaces. NAT debe saber si la interfaz de procedencia de un paquete es interna o externa para decidir si la dirección se traducirá de interna local a interna global o viceversa. Para definir una interfaz como interna o externa, se usan los comandos ip nat inside e ip nat outside en el modo de configuración de interfaz de la siguiente forma: Gateway(config)#interface serial 0/0 Gateway(config-if)#ip nat inside Gateway(config-if)#exit Gateway(config)#interface serial 0/1 Gateway(config-if)#ip nat outside Gateway(config-if)#exit Paso 6 Comprobar que la traducción funciona correctamente. Consulte la tabla de traducciones NAT mediante el comando siguiente: Gateway#show ip nat translations La tabla debe contener todas las direcciones internas locales con su correspondiente traducción a interna global para las entradas estáticas. Abra una ventana de linea de comando en uno de los hosts de la empresa y envíe un ping a y Los pings deben ser exitosos. De lo contrario, con el comando show running-version puede consultar la configuración NAT y corregir algún error, de haberlo. 26

31 Introduzca de nuevo el comando show ip nat translations para verificar las traducciones dinámicas que se registraron a raíz del envío de los pings. Todas las direcciones locales internas tendrán asociada la misma dirección global interna, con la diferencia de que después de la dirección se muestra el número de puerto que se utilizó para el envío. Además, en la tabla NAT se muestran las direcciones local externa y global externa, junto con el protocolo de procedencia. Esto se muestra en la figura 2.6. Fig. 2.6 Salida de la tabla de traducciones NAT para verificar la traducción con sobrecarga PAT. 27

32 2.5 Protocolo de Configuración Dinámica de Hosts (DHCP) El Protocolo de configuración dinámica del host (DHCP) funciona en el modo cliente/servidor. DHCP permite que los clientes DHCP de una red IP obtengan sus configuraciones de un servidor DHCP. Es menos trabajoso administrar una red IP cuando se utiliza DHCP. La opción de configuración más significativa que el cliente recibe del servidor es su dirección IP. El cliente pide valores de direccionamiento al servidor DHCP de red. Este servidor administra la asignación de las direcciones IP y responde a las peticiones de configuración de los clientes y puede responder a las peticiones provenientes de muchas subredes. La función de DHCP es brindar un proceso para que el servidor pueda asignar información IP a los clientes. Los clientes alquilan la información de los servidores por un período definido administrativamente. Cuando el período de alquiler se termina, el cliente debe pedir otra dirección, aunque en general, se le reasigna la misma dirección. Los administradores en general prefieren que los servidores de red ofrezcan servicios DHCP porque estas soluciones facilitan el crecimiento y la administración. Los servidores DHCP pueden ofrecer otra información, tal como direcciones del servidor DNS, direcciones del servidor WINS y nombres de dominios. La mayoría de los servidores DHCP también permiten que el administrador defina de forma específica cuáles direcciones MAC de cliente se pueden servir y asignarles cada vez la misma dirección IP de forma automática. DHCP utiliza el Protocolo de datagrama del usuario (UDP) como su protocolo de transporte. El cliente envía mensajes al servidor en el puerto 67. El servidor envía mensajes al cliente en el puerto 68. Tres son los mecanismos para asignar direcciones IP a un cliente. Asignación automática: DHCP asigna de manera automática una dirección IP a un cliente. Asignación manual: el administrador asigna una dirección IP al cliente. DHCP comunica la dirección al cliente. Asignación dinámica: DHCP asigna, o alquila, una dirección IP al cliente por un período de tiempo limitado. Algunos de los parámetros de configuración disponibles son: Máscara de subred Router Nombre de dominio Servidor(es) de denominación de dominio Servidor(es) WINS 28

33 El servidor DHCP crea conjuntos de direcciones IP y parámetros asociados. Los conjuntos están dedicados a una subred IP lógica individual. Esto permite que varios servidores DHCP respondan y que los clientes IP sean móviles. Si varios servidores responden, el cliente puede elegir sólo una de las ofertas. 29

34 2.5.1 Configuración de DHCP Situación: El departamento de TI de una empresa, que tiene tres subredes como muestra la figura 2.7, ha decidido implementar DHCP para facilitar la asignación de parámetros de configuración IP. A usted se le ha encomendado esta tarea. Fig. 2.7 Topología para ejercicio de configuración de DHCP. Objetivo: Configurar los enrutadores correctamente para que proporcionen la siguiente información de configuración IP a los hosts: Dirección IP. Máscara de Subred. Dirección del Gateway Predeterminado. Direcciones de los Servidores DNS. Nombre de Dominio. 30

35 Paso 1 Configuración básica de los enrutadores. La configuración IP de los enrutadores se muestra en la tabla 2.17 Una vez configurados los equipos, proceda con el paso 2. Router Fast Ethernet Serial 0/0 Tipo Serial 0/1 Tipo Finanzas / /30 DCE n/a n/a Recursos / /30 DTE DCE Humanos Gerencia / DTE n/a n/a Tabla 2.17 Configuración de los enrutadores para DHCP. Paso 2 Establecer rutas estáticas. Las rutas estáticas servirán para que los enrutadores puedan comunicarse entre sí sin necesidad de configurar protocolos de enrutamiento. Comience por el enrutador de la subred de Finanzas, introduciendo los comandos siguientes en el modo de configuración global: Finanzas(config)#ip route Continúe con el enrutador de Recursos Humanos: Recursos_Humanos(config)#ip route Recursos_Humanos(config)#ip route Finalmente establezca la ruta desde el enrutador de Gerencia. Gerencia(config)#ip route Paso 3 Verificar la conectividad. Envíe pings desde Finanzas hasta Gerencia. El ping debe ser exitoso. En caso de no ser así, verifique sus rutas estáticas y corrija los errores que encuentre. Si no hay errores, verifique la conexión física. Paso 4 Configurar para DHCP. Entre al modo de configuración global en el enrutador de Finanzas e introduzca los siguientes comandos. 31

36 Finanzas(config)#ip dhcp pool FINANZAS Este comando introduce al modo de configuración del conjunto DHCP. Una vez ahí, introduzca los siguientes comandos. Finanzas(dhcp-pool)#network Finanzas(dhcp-pool)#default-router Finanzas(dhcp-pool)#dns-server Finanzas(dhcp-pool)#domain-name empresa.com Finanzas(dhcp-pool)#exit De regreso al modo de configuración global, excluya un rango de 10 direcciones para que DHCP no las asigne. Finanzas(config)#ip dhcp excluded-address Finalmente active el servicio DHCP mediante el comando: Finanzas(config)#service dhcp Continúe con los demás enrutadores introduciendo los siguientes comandos: Recursos_Humanos(config)#ip dhcp pool R_H Recursos_Humanos(dhcp-pool)#network Recursos_Humanos(dhcp-pool)#default-router Recursos_Humanos(dhcp-pool)#dns-server Recursos_Humanos(dhcp-pool)#domain-name empresa.com Recursos_Humanos(dhcp-pool)#exit Recursos_Humanos(config)#ip dhcp excluded-address Recursos_Humanos(config)#service dhcp Gerencia(config)#ip dhcp pool GERENCIA Gerencia(dhcp-pool)#network Gerencia(dhcp-pool)#default-router Gerencia(dhcp-pool)#dns-server Gerencia(dhcp-pool)#domain-name empresa.com Gerencia(dhcp-pool)#exit Gerencia(config)#ip dhcp excluded-address Gerencia(config)#service dhcp Paso 5 Configure los hosts para que obtengan su información IP vía DHCP Abra una ventana de línea de comando en uno de los hosts e introduzca el siguiente comando: C:\>ipconfig /renew Este comando envía una petición al servidor DHCP y de esta forma se inicia el proceso de asignación de información IP. Una vez contestada la petición, aparecen los parámetros básicos que provee el servidor (nombre de dominio, dirección IP, máscara de subred y gateway). Si no funciona, debe activar Asignación mediante 32

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