Tema 2: IP. Tema 2: IP. Tema 2: IP. Tema 2: IP

Transcripción

1 Funcionalidad de un router Fragmentación, reensamblado y MTU ICMP, MTU path discovery y troubleshooting Ping Traceroute Encaminamiento en IP Path determination y concepto de convergencia Encaminamiento estático y dinámico Protocolos de Encaminamiento Interno (IGP s) : RIP Sistemas Autónomos (AS) y protocolos de Encaminimamiento Externo : BGP DNS Direcciones privadas y NAT (Network Address Translation) Firewalls y ACL s (Listas de acceso) Funcionalidad de un router Los routers operan en la capa de red registrando y grabando las diferentes redes y eligiendo la mejor ruta entre las mismas. Cualquier host A (IP A ) que quiera enviar un datagrama IP a otro host B (IP B ) que esté en una subred distinta (NetID A NetID B ) debe hacerlo a través de un router. Los routers tienen una dirección IP por cada interfaz. Red A Router Router Red B Funcionalidad de un router Si un host recibe un datagrama que no está dirigido a él, el host descarta el datagrama Si un router recibe un datagrama que no está dirigido a él, intenta encaminarlo a un host o a otro router FORWARDING tcp_input() tcp_output() ip_input() ip_forwarding() ip_output() Buffer Driver Buffer Driver Funcionalidad de un router El router deberá entre otras cosas realizar las siguientes funciones: Forwarding : envíar datagramas de una subred a otra. Routing : decidir a que subred debe enviar un datagrama que le llegue de otra subred (decidir interficies de salida del router). Separan las tramas de la capa y envian paquetes basados en las direcciones de destino de capa. Error messaging : notificar al host origen con un mensaje ICMP de cualquier problema que le impida realizar un forwarding Otras funciones: Fragmentation and reassembly : (cada vez más en desuso) debido al uso del MTU Path Discovery Quality of Service (QoS): cada vez más en uso con la introducción de aplicaciones en tiempo real (Reserva de recursos) Otras: balanceos de cargas, servicios multiprotocolo, seguridad informática (IPSec), protección de entrada en Intranets (firewalls), conectar diferentes tecnologías de capa dos como Eth, TR... 4

2 Ejemplo: Routers Modem Router debe: Routing: decidir la interficie de salida del router para cada datagrama que le llega Routers transmiten información de nivel (datagramas) Un router no retransmite (forwarding) tramas broadcast (e.g. ARP). Selecciona la mejor ruta y conmuta paquetes de datos. IP A Internet Forwarding: usar la tecnología de nivel para transmitir datagramas por una interficie de salida Se utiliza para interconectar una o más LAN con objeto de crear una WAN. A 5 Subredes: A, B, C, D, E B C D E IP E Error messaging: notificar cualquier problema que impida el forwarding de datagramas usando mensajes ICMP Cada router tiene una IP con NetID distinto por interficie de salida Router Router 5 6 Routers, Bridges/Switches y Hubs Hubs separados por switches forman un dominio de colisiones Switches y Hubs separados por un router forman un dominio broadcast Bridges/Switches deben estar distribuidos de forma que NO formen bucles cerrados (Spanning Tree Protocol, IEEE 80.q se encarga de ello) Los conmutadores transmiten a mayor velocidad que los routers y además son más baratos MTU (Maximum Transfer Unit) Número máximo de bytes de datos que pueden aparecer encapsulados en una trama de red Cada red (Ethernet, ATM, X.5...) tiene su propia MTU Path MTU : se define como el mínimo MTU de entre todas las redes que hay entre dos hosts conectados a Internet Network MTU (Bytes) Punto a Punto 96 X Ethernet 500 IEEE 80./ FDDI 45 IEEE 80.5 (4 Mbps TR) 4464 IBM (6 Mbps TR)

3 Fragmentación y reensamblado: Cada día menos usado con el uso de MTU Path Discovery Fragmentación y reensamblado: R R IP A Red MTU = 500 bytes Red MTU = 576 bytes Red MTU = 500 bytes IP B Identificación Flags Desplazamiento de Fragmento R fragmentará datagramas enviados por host A debido a que la MTU de la Red es menor que la de la Red (Path MTU = 576 bytes) El datagrama no se reensambla en R, sino que lo hará el destino (Host B ) 0 D F M F R reenvía los fragmentos como si fuesen datagramas independientes (podrían llegar desordenados o que alguno de los fragmentos no llegase) 9 Usa los campos flags, fragment offset, total length de la cabecera IP para fragmentar y reensamblar 0 Fragmentación y reensamblado: Flags : campo de bits. El segundo y tercer bit se usan para fragmentar: Primer bit reservado a 0 Flag DF don t fragment 0 = puede fragmentar el datagrama = no pude fragmentar el datagrama si activo un router NO fragmentará el datagrama (devolverá un mensaje ICMP indicando que no puede enviar el datagrama ya que no se le permite fragmentar) Flag M F more fragments 0 = único ó último fragmento = aun hay más fragmentos activo cuando se fragmenta excepto en el último fragmento que se desactiva Fragmentación y reensamblado: Identificación: número de 6 bits que identifica el datagrama, permite implementar números de secuencias y reconocer diferentes fragmentos de un mismo datagrama ya que todos comparten este número. Fragment offset ó desplazamiento de Fragmento: campo de bits que indica el offset ó tamaño (en bytes) en bloques de fragmento con respecto al datagrama original desde el origen del datagrama Todos los fragmentos excepto el último deben ser multiplos de 8 bytes (en su campo de datos) Las direcciones IP origen y destino NO se modifican Si un fragmento se pierde, todos los fragmentos del datagrama se descartarán (esto se descubre en destino que es el que reensambla los fragmentos)

4 Fragmentación y reensamblado: ICMP (Internet Control Message Protocol) Permite el intercambio de mensajes de control y de supervisión entre dos ordenadores y sobre la red. 500 (Ethernet data) = 0 (IP header) (IP data) Notifica un fallo y sugiere las acciones que deben ser tomadas para cada error. flag D = 0, flag M = 0, offset = 0, total length = (layer ) = 0 (IP header) + 55 (IP data) flag D = 0, flag M =, offset = 0, total length = 57 Reporta las condiciones de error sólo a la fuente original. La fuente debe decidir que acción tomar. El host no sabe que GW ó maquina ocasionó el problema. El datagrama sólo contiene la dirección IP fuente y destino final 57 (layer ) = 0 (IP header) + 55 (IP data) Los mensajes ICMP requieren de dos niveles de encapsulación flag D = 0, flag M =, offset = 55, total length = 57 Protocolo de control para comunicar incidencias: 96 (layer ) = 0 (IP header) + 76 (IP data) flag D = 0, flag M = 0, offset = 04, total length = bytes = 55 (multiplo de 8) + 55 (multiplo de 8) + 76 Un datagrama no puede alcanzar su destino Un router no puede almacenarlo temporalmente para reenviarlo Un router indica a un ordenador que envíe el datagrama por una ruta mas corta 4 ICMP (Internet Control Message Protocol) ICMP (Internet Control Message Protocol) ICMP comunica mensajes de error y control ademas de otras condiciones que requiera atención por parte de un router o host Cabecera Datos Los mensajes van encapsulados en datagramas IP ICMP ICMP Cabecera DATAGRAMA Datos DATAGRAMA IP header ICMP mensaje Cabecera TRAMA Datos TRAMA Tipo Codigo Checksum ICMP Data (Depending on the type of message) 5 6

5 ICMP (Internet Control Message Protocol) Tipos de mensajes: Respuesta a Eco (0) Detectar destinos inalcanzables () Petición de control de flujo (4) Redireccionamiento de rutas (5) Solicitud de Eco (8) Anuncio de rutas (9) Petición de rutas (0) Tiempo excedido () Problema de parámetros () Marca de tiempo () Respuesta a la marca de tiempo (4) Petición de máscara de dirección (7) Respuesta a la máscara de dirección (8) ICMP (Internet Control Message Protocol) Checksum cubre todo el mensaje ICMP Hay 5 tipos de mensajes definidos por el campo type Un mismo tipo puede emplear el campo code para especificar cierta condición del mensaje Type Code Description Query Error 0 0 Echo reply (Ping reply) x 0 Network unreachable x Host unreachable x Protocol unreachable x Port unreachable x Echo request (Ping request) x 9 0 Router advertisement x 0 time-to-live exceeded x Tipos de mensajes ICMP (mensaje ECO petición y respuesta) La respuesta devuelve los mismos datos que se recibieron en la petición Se utiliza para construir la herramienta PING Se emplea para detectar problemas en la red Permite comprobar que existe comunicación entre dos host a nivel de capa de red Permite comprobar si el destino esta activo y si existe una ruta hacia el Permite medir el tiempo de ida y vuelta Permite estimar la fiabilidad de la ruta Puede ser utilizado tanto por host como por routers Comprueban que la capa física (cableado), acceso al medio (tarjetas de red), y red (configuración IP) están correctas No se comprueban las capas de transporte y aplicación que podrían estar mal configuradas 0 Tipos de mensajes ICMP ( Mensaje de Destino inalcanzable) Son enviados por un router cuando no puede enviar o entregar un datagrama IP Se envían al emisor del datagrama original El campo código tiene una información adicional del problema Red Inaccesible Host Inaccesible Protocolo Inaccesible Puerto Inaccesible Necesita Fragmentación Falla en la Ruta Origen Red de Destino Desconocida Host Destino Desconocido Host de Origen Aislado Comunicación con Red Destino Administrativamente Prohibida Comunicación con Host Destino Administrativamente Prohibida Red Inaccesible por el Tipo de Servicio Host Inaccesible por el Tipo de Servicio

6 Tipos de mensajes ICMP (Mensaje de Paquete de restricción) Se utiliza para informar al Host de problema de congestión de red Es enviado por un router cuando tiene problemas debido a la recepción de un número excesivo de datagramas La recepción de un paquete de restricción provocara una disminución de la tasa de inyección de datagramas al Host No existe un paquete que invierta el efecto de este, la situación se normaliza gradualmente cuando dejan de recibirse mensajes de este tipo. Tipos de mensajes ICMP ( Mensaje de Tiempo excedido ) Este tipo de mensajes los pueden enviar tanto los router como los host Los routers cuando descartan un datagrama por exceder su tiempo de vida (Código = 0) Los host al ocurrir un timeout mientras se esperaban todos los fragmentos de un datagrama, descartándose (Código = ) TTL (Time To Live) Especifica el tiempo(en segundos) que se permite viajar a este datagrama. Campo que indica el límite de routers que puedes atravesar en Internet Se inicializa en cada datagrama con un valor como máximo de 55 (8 bits de campo) Cada vez que el datagrama atraviesa un router se decrementa en ya que el router es capaz de procesarlo en menos de segundo. Si un datagrama llega a un router y su TTL = 0, el router descarta el datagrama y envía un mensaje ICMP (mensaje con tipo = ) Este campo se utiliza en el programa traceroute para averiguar la ruta que atraviesa un datagrama cuando viaja por Internet, también el programa ping suele indicar el TTL MTU Path Discovery (RFC 06) Objetivo: evitar la fragmentación de datagramas averiguando cual es la Mínima MTU entre el origen y el destino Cómo conseguirlo? Se envía un datagrama con MTU la del enlace y con el bit Don t Fragment activo Cuando un router se encuentre que tiene una MTU menor que la que le llegue no fragmentará y enviará un mensaje ICMP destino inalcanzable (type =, code = 4 fragmentation needed but don t fragment bit set ) Este mensaje ICMP advierte cual es la MTU del enlace que necesita fragmentar (sino soporta esta opción, advierte MTU = 0) El origen vuelve a empezar con la nueva MTU hasta que averigue la mínima MTU, si la MTU advertida es 0, lo intenta con MTU conocidas más pequeñas 4

7 Ping: Se encarga de verificar la conectividad. El comando ping se usa como herramienta de diagnóstico para averiguar Si un host está conectado y es accesible Si los routers intermedios son operativos Tu propio host (software IP) funciona correctamente Ping envía echo requests a un host determinado. Este le devuelve un echo reply Los echo request/reply son mensajes ICMP Ping devuelve información del tipo retardo desde cliente a servidor, valor del TTL, cantidad de paquetes ICMP perdidos ping [ -dflnqrrv] [ -c count] [ -I ifaddr] [ -i wait] [ -l preload] [ -p pattern] [ -S ifaddr] [ -s packetsize] [ -t ttl] [ -w maxwait] host ping c aucanada PING aucanada.ac.upc.es ( ): 56 data bytes 64 bytes from : icmp_seq=0 ttl=55 time=0.09 ms 64 bytes from : icmp_seq= ttl=55 time=0.074 ms 64 bytes from : icmp_seq= ttl=55 time=0.079 ms --- aucanada.ac.upc.es ping statistics --- packets transmitted, packets received, 0% packet loss round-trip min/avg/max = 0.074/0.08/0.09 ms ping -c -s5 rogent PING rogent.ac.upc.es ( ): 5 data bytes 50 bytes from : icmp_seq=0 ttl=54 time=.50 ms 50 bytes from : icmp_seq= ttl=54 time=.58 ms 50 bytes from : icmp_seq= ttl=54 time=.584 ms --- rogent.ac.upc.es ping statistics --- packets transmitted, packets received, 0% packet loss round-trip min/avg/max =.50/.565/.584 ms 5 6 Traceroute Programa que permite averiguar la ruta que ha seguido un datagrama de host a host. Se aprovecha de que cuando un datagrama llega a un router con el campo TTL = 0 este es descartado y el origen recibe un mensaje ICMP (type =, code = 0) Progama envía: datagramas UDP con la cabecera IP con el TTL =,,, 4,... (envía datagramas con cada TTL) hasta que se llegue al host destino Como el puerto UDP destino es desconocido, el host destino devuelve un error ICMP de destino no alcanzable (unreachable port, type=, code=) Además el datagrama lleva en su campo de datos un número de secuencia, una copia del TTL y un timestamp con el tiempo en que se envió el datagrama para dar estadísticas traceroute [ -l] [ -m max_ttl] [ -n] [ -p port] [ -q nqueries] [ -r] [ -s src_addr] [ -t tos] [ -w waittime] host [packetsize] traceroute fonoll traceroute to fonoll.ac.upc.es ( ), 0 hops max, 40 byte packets arenys5.ac.upc.es ( ) ms ms ms fonoll.ac.upc.es ( ) ms * ms traceroute -q 4 fonoll 5 traceroute to fonoll.ac.upc.es ( ), 0 hops max, 5 byte packets arenys5.ac.upc.es ( ) ms ms ms ms fonoll.ac.upc.es ( ) ms * ms * 7 8

8 traceroute fonoll 5600 traceroute to fonoll.ac.upc.es ( ), 0 hops max, 5600 byte packets MTU=45 MTU=00 MTU=49 arenys5.ac.upc.es ( ) ms ms ms fonoll.ac.upc.es ( ) ms * ms tcpdump i eth0 host aucanada and fonoll 09:57: aucanada.ac.upc.es.5600 > fonoll.ac.upc.es.45: udp 464 [ttl ] 09:57: arenys5.ac.upc.es > aucanada.ac.upc.es: icmp: time exceeded in-transit [tos 0xc0] 09:57: aucanada.ac.upc.es.5600 > fonoll.ac.upc.es.46: udp 464 [ttl ] HO U MTY NYC NS SAL NYC CC MIA TIC MIA SD SJU MA D PE MA D MA RR D DE LON PAR VIE MIL ROM 09:57: arenys5.ac.upc.es > aucanada.ac.upc.es: icmp: time exceeded in-transit [tos 0xc0] BOG 09:57: aucanada.ac.upc.es.5600 > fonoll.ac.upc.es.47: udp 464 [ttl ] 09:57: arenys5.ac.upc.es > aucanada.ac.upc.es: icmp: time exceeded in-transit [tos 0xc0] 09:57: aucanada.ac.upc.es.5600 > fonoll.ac.upc.es.48: udp :57: fonoll.ac.upc.es > aucanada.ac.upc.es: icmp: fonoll.ac.upc.es udp port 48 unreachable (DF) XXX YY XXX YY XXX YY Nodo completo Sólo MS Sólo IP LIM LUR SCL PR SCL FL BUE C SAO LS MON BUE BA SAO SI Tipo de enlace.5 Gbps 6 Mbps 55 Mbps 45/4 Mbps Mbps 09:57: aucanada.ac.upc.es.5600 > fonoll.ac.upc.es.49: udp :57: aucanada.ac.upc.es.5600 > fonoll.ac.upc.es.440: udp 464 Enlace cable/fibra Enlace por satélite 09:57: fonoll.ac.upc.es > aucanada.ac.upc.es: icmp: fonoll.ac.upc.es udp port 440 unreachable (DF) 9 0 traceroute traceroute to cio-sys.cisco.com (9..7.0), 0 hops max, 40 byte packets arenys5 ( ) ms ms ms phanella.upc.es ( ).86 ms.406 ms.875 ms termcat.cesca.es ( ).70 ms. ms.055 ms (9.45..).45 ms.78 ms.79 ms 5 A0--.EB-Madrid00.red.rediris.es ( ) 4.0 ms.974 ms ms 6 A EB-Madrid0.red.rediris.es ( ) 7.4 ms ms 8.04 ms ( ) 6.9 ms 6.07 ms ms ( ) 5.9 ms ms 60.7 ms 9 borderx-hssi-0.pompanobeach.cw.net ( ) 5.6 ms ms ms 0 * * core-fddi-.pompanobeach.cw.net ( ) ms ( ) ms * * * ( ) 5.87 ms ms ast-bbn-nap.atlanta.cw.net ( ) ms 5.54 ms 59. ms 4 h0--0.paloalto-br.bbnplanet.net ( ) ms 68.0 ms * 5 * * p-0.paloalto-nbr.bbnplanet.net ( ) 645. ms 6 p0-0-0.paloalto-cr8.bbnplanet.net ( ) ms * * 7 * h-0.cisco.bbnplanet.net (4..4.8) ms ms 8 * pigpen.cisco.com (9..7.9) ms * 9 cio-sys.cisco.com (9..7.0) ms ms *

9 Direcciones privadas (RFC 98) Direcciones privadas definidas por IANA: son direcciones que no son enrutables en Internet Clase A: CIDR /8 Clase B: CIDR / Clase C: CIDR /6 Ideales para Labs o Test-home networks Ideal en Intranets Ideal en WAN links (core backbones) para ahorrar direcciones globales Problema: no son enrutables por Internet 4 NAT (Network Address Translation) (RFC 6) Permite conectar varios PCs de una misma subred a Internet, utilizando únicamente una dirección IP pública para ello. Mecanismo que permite la traducción de direcciones privadas a públicas para poder acceder a Internet desde una intranet NAT se aprovecha de las características de TCP/IP, que permiten a un PC mantener varias conexiones simultáneas con un mismo servidor remoto. Esto es posible gracias a los campos de las cabeceras que definen unívocamente cada conexión, estos son: dirección origen, puerto origen, dirección destino y puerto destino. Las direcciones identifican los equipos de cada extremo y los puertos cada conexión entre ellos. Necesitamos un Router NAT en la frontera entre las redes que queremos traducir El mecanismo debe ser transparente a los usuarios finales Compatibilidad con firewalls y con seguridad en Internet Intranet Router NAT Internet 5 6

10 NAT estático: consiste en substituir la parte de host de la IP privada en el host de la IP pública NAT dinámico (Por pool de la dirección IP): Tenemos un pool de direcciones públicas y asignamos IP privada con IP pública Src: :08 Dst: : INTRANET INTERNET Router NAT Src: :08 Dst: :80 Web server FTP server Src: :08 Dst: : INTRANET INTERNET Router NAT Src: :08 Dst: :80 Web server FTP server Src: :40 Dst:05.4..: Static NAT Table Inside Outside x x Src: :40 Dst:05.4..: Src: :40 Dst:05.4..: Dinamic NAT Table Inside Outside Pool: Src: :40 Dst:05.4..: 7 8 NAT dinámico ó Overloading (PAT: Port Address Translation): El router tiene una sóla IP pública, y elige un nuevo puerto origen y mapea las IP privadas a partir del puerto designado Src: :08 Dst: : Src: :40 Dst: : Web server, IP :80 Reacheable as :80 Router NAT Dinamic NAT Table Inside Outside : : Src: :600 Dst: :80 Web server, FTP server, Src: :600 Dst:05.4..: Protocolos sensibles a NAT: NAT modifica cabecera IP recalcular el checksum IP y TCP Protocolos que llevan embebida la IP también debe ser modificada ALG (Application-Level Gateway) ICMP: Destination unreachable messages llevan IP embebidas Comandos FTP llevan IP embebidas como strings (cambiarlas además implica que cambia la longitud del segmento TCP) SNMP (Simle Network Management Protocol) NetBIOS over TCP/IP (NBT) NAT + Firewalls + IPsec DNS, Kerberos, X-Windows, remote-shell, SIP,... (ver Internet Draft Protocol Complicaitons with the IP Network Address Translation ) *a partir del puerto 04 Virtual Server Table :

11 Routing (encaminamiento): Cada router mantiene una tabla de encaminamiento que indica como llegar a un destino (dirección IP e interficie) En vez de una dirección IP puede haber prefijos de red (NetID) que representen a redes enteras La tabla es rellenada por un algoritmo de encaminamiento IP A atm 0 eth 0 Red ATM Todos los host tienen el mismo NetID eth eth IP C IP B Routing table IP address Interface IP A eth 0 IP B eth IP C eth NetID atm0 Qué hace un router cuando recibe un datagrama? Extraer la dirección IP dest del datagrama recibido Extraer el NetID y HostID de la dirección IP dest Si el NetID coincide con alguno de las redes que tiene conectadas directamente a través de una interficie, enviar el datagrama directamente por esa interficie, sino: mirar si la dirección IP o el NetID coincide con alguna entrada dentro de la tabla y sacarla por la interficie correspondiente (Longest Match Lookup) Sino coincide entonces enviarla al router por defecto Default Router (Router por defecto): router dentro de una red al que se le envían aquellos datagramas que un host u otro router no saben donde encaminar. El router por defecto tienen más información que le permite encaminar 4 4 Longest Match Lookup Proceso por el cual el router encuentra una dirección de red en su tabla de encaminamiento En la tabla se guardan el IP + máscara (NetID) Los NetID se guardan normalmente en orden descendente Cuando llega un paquete IP, se extrae la IP y se compara con cada entrada de la tabla hasta que se encuentra la primera entrada que coincide E.g.; quiero ver que entrada de la siguiente tabla con entradas se corresponde con la llegada 00 a) 000 b) 0000 c) Primero se compara con a), coinciden 5 bits, después se compara con b), coinciden 4 bits, ya no sigue comparando. a) es la opción que mejor se aproxima a la llegada Routers Red A Broadcast E0 S0 S Routing Table Network Port A E0 B S0 C S Red B Red C 4 44

12 Routers E0 S0 S0 S S E0 Tabla de enrutamiento Tabla de enrutamiento Tabla de enrutamiento E S S S0 0 S 0 S S S S0 E0 S0 S0 0 0 Longest Match Lookup (tabla de un router) Si existe una correspondencia explicita a una entrada en la tabla, el router sabe por donde sacar la trama Si no existe una correspondencia explicita, normalmente habrá una salida por defecto (gateway o router por defecto) Por consiguiente nos falta en la tabla información de a que destino queremos enviar el paquete y porqué interficie sacarla eth0 ppp0 ppp ppp / / / / /4 IPdestino Máscara Gateway Interficie eth eth ppp ppp Tabla de un host Debe indicar como llegar a su propia subred (haciendo una ARP) Debe indicar como salir de su subred (usando el gateway por defecto) eth0 ppp0 ppp ppp / / / / /4 IPdestino Máscara Gateway Interficie eth eth0 Path determination o mejor ruta Proceso por el cual un router determina los posibles caminos por los que puede reenviar un datagrama para que este llegue a su destino El camino puede determinarse a partir de información introducida por el administrador de red (estático) o a partir de información (métricas) intercambiada por los routers (dinámico) Las métricas pueden ser muy variadas: saltos ( hops ), retardos, cargas, ancho de banda, fiabilidad del enlace, coste... La información que se intercambia los routers para permitir la determinación de un camino es particular a cada protocolo de encaminamiento, que define La periodicidad con que se intercambian los paquetes de encaminamiento El formato y contenido de estos paquetes de encaminamiento Algoritmos asociados que permiten calcular el camino óptimo, y por tanto decidir la interfice de salida (e.g algoritmos de mínimo coste) 47 48

13 49 Concepto de convergencia en un protocolo de encaminamiento Cuando la topología de la red cambia, los routers deben recalcular las rutas y actualizar las tablas de encaminamiento El tiempo en que todos los routers alcanzan un conocimiento homogéneo de la red se le llama tiempo de convergencia Tiempos de convergencia grandes implican que los routers tendrán mayor dificultad para enviar los datagramas por la interficie más adecuada Convergencia depende Distancia en hops desde el punto en que se produjo el cambio Cantidad de routers que usan el protocolo dinámico El ancho de banda y la carga de tráfico de la red La carga del router (CPU) El protocolo de encaminamiento usado (el algoritmo) 50 Protocolos de encaminamiento Estáticos Son aquellos en los que el administrador de sistemas introduce manualmente las entradas de la tabla de encaminamiento (puertos predeterminados) Útil si la red es muy pequeña o cuando una red sólo puede ser alcanzado por un solo camino ( stub network ) E.g.; en UNIX con el comando route add/del se modifica la tabla y con el comando netstat rn se observa el contenido de la tabla Dinámicos Son aquellos que rellenan la tabla de encaminamiento de forma automática Permite que la tabla cambie automáticamente cuando hay cambios en topología de la red, por tanto útil en redes grandes Se pueden agrupar en grandes grupos Vector-distance protocols: determinan la dirección y distancia a que se encuentra cualquier enlace de la red,(e.g. RIP, IGRP, BGP,...) Link-state protocols: recrean la topología exacta de la red (e.g.; OSPF, IS-IS) Híbridos: combinan aspectos de los algoritmos de distancias y de los de estado del enlace Ejemplo de encaminamiento estático S A S S Tabla de Routing Red Mascara Dirección Interfaz E S0 S0 B / 4 E0 Red Stub Ejemplo en los routers Cisco Habilitación de rutas estáticas ip route red [máscara] {dirección interfaz} [distancia] [permanent] red es la red o subred de destino máscara es la máscara de la subred dirección es la dirección IP del router del próximo salto interfaz es el nombre de la interfaz que debe usarse para llegar al destino distancia es un parámetro opcional que define la distancia administrativa (0-55) ( a menor distancia mayor probabilidad de usar el router) permanent es un parámetro opcional que especifica que la ruta no debe ser eliminada, aunque la interfaz deje de estar activa. Para configurar una ruta estática en el router A router(config)#ip route y para configurar la ruta predeterminada del router B router(config)#ip route

14 Ejemplo de encaminamiento estático: comando route (modo root) route [-v] [-A family] add [-net -host] target [netmask Nm] [gw Gw] [metric N] [mss M] [window W] [irtt I] [reject] [mod] [dyn] [reinstate] [[dev] If] route [ -v] [ -A family] del [ -net -host] target [ gw Gw] [ netmask Nm] [ metric N] [[ dev] If] Comando netstat (modo usuario) Permite observar entre otras cosas la tabla de encaminamiento además del estado de las conexiones, estadísticas,... netstat { --route -r} [address_family_options] [ --extend -e[ --extend -e]] [ --verbose -v] [ --numeric -n] [ --continuous -c] Ejemplo: ver la tabla de routing Ejemplo: ver la tabla de routing route -v Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface * U eth0 loopback * U lo arenys5.ac.upc UG eth0 netstat -rn Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface U eth0 loopback U lo arenys5.ac.upc.es UG eth A ARP, Proxy ARP y encaminamiento Los host normalmente siguen la secuencia siguiente cuando quieren comunicarse Consultan la tabla de encaminamiento La tabla les indica que la IP pertenece a un host de su misma red, entonces hacen ARP para averiguar su MAC La tabla les indica que la IP no es de la red y deben ir por tanto al router por defecto, entonces hacen ARP del router para averiguar su MAC Cuándo hacen Proxy ARP? SOLO en casos muy especiales. Por ejemplo cuando un host quiere enviar un datagrama a otro host cuya NetID coincide con la suya pero que tiene un router por en medio. R B Su tabla de encaminamiento le dice que la subred está conectado directamente a su interficie, por lo que envía un ARP en esa interficie con IP la del host destino El router sabe que el host destino está en una interficie conectada directamente a él, y además que él no deja pasar ARPs. Por lo que hace un Proxy ARP y responde con su MAC El host origen cree que se está conectando con el host destino directamente cuando en realidad lo está haciendo a través del router 56 Comparativa de las caracteristicas de los protocolos de routing Name Type Proprietary Function Updates Metric VLSM Summ RIP DV No Interior 0 sec Hops No Auto RIPV DV No Interior 0 sec Hops Yes Auto IGRP DV Yes Interior 90 sec Comp. No Auto EIGRP Adv DV Yes Interior Trig. Comp. Yes Both OSPF LS No Interior Trig. Cost Yes Man. IS-IS LS No Int/Ext Trig. Cost Yes Auto BGP DV No Exterior Trig. N/A N/A Man. DV distancia vector LS link state Hops saltos Comp anchura de banda + retardo Cost proporcional al ancho de banda Summ sumarización Trig solo cuando hay cambios

15 Vector -Distancia Son algoritmos que utilizan las pasarelas para actualizar su información de encaminamiento. Cada router comienza con un conjunto de rotas con las que esta directamete conectado que se guarda en la tabla de encaminamiento. Periodicamente cada router manda una copia de su tabla de encaminamiento a cualquier router que pueda alcanzar directamente. Los routers destino actualizaran su tabla de encaminamiento si: El router origen conoce un camino más corta al destino. El router destino no tiene al origen en su tabla. La distancia del rigen al destino ha cambiado Vector -Distancia (Desventajas) Cuando las rutas cambian rápidamente la topología de encaminamiento puede inestabilizarse ya que se puede propagar una información incorrecta que tengan algunos routers. Al pasar toda la información de la tabla de encaminamiento a intervalos regulares la carga de la red aumenta lo que provoca problemas de tiempo de respuesta a los cambios de topología. Los algoritmos vector-distancia que usan los hops o saltos como métrica no tienen en cuenta la velocidad o la fiabilidad del enlace. Problema de cuenta hasta infinito cuando un router falla RIP (Routing Information Protocol) Es un protocolo de encaminamiento interior Cada router envía periódicamente (cada 0 segundos) un datagrama de encaminamiento a cada uno de SUS VECINOS con TODA su tabla de encaminamiento, dichos envios no estan sincronizados. Cuando no se envia un Tout expira y el router informa a la red del cambio. Esta tabla indica el coste (métrica son hops ) para llegar a cada uno de los destinos (IP) desde ese router. Si el número de saltos es mayor de 5 se desecha el paquete. El router calcula con algoritmo de mínimo coste (Algoritmo de Bellman-Ford) la mínima distancia para llegar a los destino y actualiza su tabla (convergencia: debe ser rápido) RIP versión : no anuncia máscaras (RFC058) Aplica la máscara de la interficie Sino tiene, aplica la mascara de la clase por defecto de esa IP RIP versión : anuncia máscaras (RFC45) UNIX routing daremons Routed (RIP v) Gated (RIP v, v, v, OSPF v, BGP v, v) Algoritmo de Bellman - Ford D(i,j) es el coste para llegar directamente de la Red i a la j, y vale infinito si no es posible llegar directamente a una red vecina (D(i,i) = ) D(i,j) representa la métrica de la mejor ruta entre dos redes Entonces la mejor métrica se puede describir como: El mínimo para llegar a la red j-sima a través de mi red vecina k- sima y se calcula como el mínimo de la suma entre el coste de llegar a mi red vecina k-sima y la métrica de llegar desde la red k- sima a la j-sima D(i,i) = 0 all i D(i,j) = mimk [D(i,k) + D(k,j) ] otherwise 59 60

16 Ejemplo de routing Ejemplo de routing R N R N R R N R N R Tabla de R Tabla de R Tabla de R Tabla de Tabla de R Tabla de R Tabla de R Tabla de N N N N N N N N N N N R R N R N R R R * El contador de saltos para redes conectadas directamente es de hop (ya que coste de Gateway consigo mismo es 0) 6 6 Ejemplo de routing RIP (Routing Information Protocol) Ventajas: Si la red tiene rutas redundantes, RIP es capaz de detectarlas y escoger la mejor (routing estático no) R N R N R Corrige fallos de la red automáticamente Protocolo fácil de configurar, usar y mantener Util si la red es sencilla y sin fuertes requerimientos respecto a la buena eficiencia de la red Tabla de R Tabla de R Tabla de R Tabla de Desventajas Converge muy lentamente ante fallos de la red N N R R R N N R R N N R R N N R R R Puede crear ciclos (loops) infinitos que hagan que la red sea inconsistente Debido a la vulnerabilidad ante la lenta convergencia hace que sea muy poco útil en WANs 6 64

17 Problemas del RIP RIP sólo permite 5 saltos. Considera métrica infinita cualquier router que esté más lejos de 5 saltos (Límite de la red = 5) No tiene en cuenta métricas importantes como puede ser el retardo o el ancho de banda No permite intercambiar información entre subredes (paquete RIP no informa de las máscaras de red) E.g. Routers CISCO: aplica la máscara de la interficie, SINO la de la clase correspondiente a la IP anunciada Vulnerabilidad: counting to infinite (Infinito=6 hops en RIP), si una red se alcanza con un valor de 6 se considera una red inalcanzable (ICMP message network unreachable ). Esto se soluciona con Split horizon consiste en ser más selectivo haciendo que los routers que advierten omitan información de refresco que pueda confundir a los routers o con poison reverse no omitas, advierte pero con un coste infinito Ejemplo de cuenta a infinito R N N Tabla de R R R N N N Tabla de R R R R N N N Tabla de R R R R N N Tabla de R R R R Ejemplo de cuenta a infinito Ejemplo de cuenta a infinito R X N R N R R X N R N R Tabla de R Tabla de R Tabla de R Tabla de Tabla de R Tabla de R Tabla de R Tabla de N N N N 4 R R N N R R N N R R N N N N 4 R R N N 5 R R N N 5 R R - R - R 67 68

18 Split Horizon: evitar bucles (counting to infinite) Un router NO envía información a otro router de las redes que le son comunicadas por ese otro router Router no envía refrescos de la tabla Router informa al Router solo de la Ethernet y Token Ring. Router informa al Router solo de la ATM Router sólo informa de Token Ring Token Ring hop Ethernet: hop Token Ring hops Token Ring Router Router Router X ATM network Ethernet ATM Network: hop Poison Reverse: advertir costes infinitos Ethernet: hop ATM Network: hop Token Ring hops Token Ring Router Router Router X Ethernet ATM network ATM Network: hop Ethernet: hops Token Ring hops ATM Network: hop Ethernet: hops Token Ring hops Poison reverse Cuando detecta que su antigua ruta por un interface no es valiada envia un mensaje a los otros interfaces en el que se indica que su coste es infinito, por lo que los routers que reciben el mensaje tardan menos en saber que esta ruta no es valida. El problema que tenemos es que incrementa el tamaño de los mensajes de encaminamieno. Triggered updates Consiste en que si un router ha cambiado su tabla debido a un cambio en la topología tardará 0 segundos en el peor de los casos en avisar del nuevo cambio a un router vecino Eso hace que un el tiempo de convergencia pueda ser muy alto (minutos) ante cambios en la topología de la red triggered update consiste en enviar la tabla enseguida de que se produzca un cambio en la red sin tener que esperar los 0 segundos, mejorando por tanto el tiempo de convergencia, el tiempo es de a 5 segundos. Cambios en la topología de la red Un router con RIP suele enviar mensajes de refresco cada Tout = 0 segundos con la tabla de encaminamiento a todos sus vecinos Si hay un cambio en la topología de la red, e.g.; router cae, este no puede notificar el cambio con un mensaje de refresco ( update ) Si transcurridos 6*Tout = 80 segundos, un router no ha recibido un update de su vecino, el router marcará la ruta a través de ese router como invalida Una métrica de valor infinito (=6) indica que una ruta NO es valida 7 7

19 RIPv (Routing Information Protocol) Se describe en el RFC 058 Descrito en Es una implementación directa del encaminamiento vector-distancia para LANs Utiliza UDP como protocolo de transporte, con el número de puerto 50 como puerto de destino. Los mensajes RIP se envian en los datagramas UDP Operaciones básicas: Se inicia enviando un mensaje a los routers vecinos pidiendo la copia de la tabla de encaminamiento. Se envia la tabla de encaminamiento a todos los routers vecinos, cada 0 segundos. Cuando RIP detecta que la métrica ha cambiado la difunde por broadcast a los routers. Cuando se recibe se valida y si es necesario se actualiza. Las rutas que RIP aprende de otros routers expiran a los 80 segundos ( 6x0) a no ser que se vuelva a difundir. Cuando una ruta expira la métrica se pone a infinito y 60 segundos más arde se borra de la tabla. Message Format (UDP port = 50) IP header UDP header RIP message 0 bytes 7 74 RIPv (Routing Information Protocol) Se describe en el RFC 7 y RFC 7 Descrito en y Es compatible con RIPv. No es tan potente como OSPF ni IS-IS pero tiene la ventaja de que necesita una fácil implementación y menores factores de carga Se puede usar en presencia de subnetting variable. Soporta multicast con preferencia al broadcast, lo que implica una reducción de carga a los host que no estan a la ecucha de mensajes RIPv. OSPF (Open-Short Path First) Primero se escoge la ruta más corta. Protocolo de encaminamiento interior. Link-state (estado del enlace entre dos routers) protocol Se dibuja un mapa con toda la topología de la red Cada router envía información a TODOS los routers de la red cuando se produzca un cambio en la topología de la red A partir de esa información se recalcula la tabla de encaminamiento usando el algoritmo de Dijkstra OPSF se basa en: Enviar LSAs (Link State Advertisements), el estado de las interfaces y adyacencias del router, con los cambios que se producen en la red (LSAs van encapsulados en IP) Mantener una base de datos con la topología de la red (Link State Database) en cada router Mantener una tabla de encaminamiento con los caminos y puertos Un algoritmo de encaminamiento (Dijkstra) que rellena la tabla a partir del contenido de la base de datos 75 76

20 OSPF (Open-Short Path First) Funcionamiento general: Los routers intercambian su conocimiento de la red (métricas) con todos los routers de la red (usa un mecanismo llamado flooding) enviando LSAs Flooding consiste en que un router que recibe un LSA, lo reenvía por todos sus puertos de salida excepto por el que le ha llegado Si a un router le llega por segunda vez el mismo LSA, entonces no lo reenvía, sino que lo descarta El LSA llegará (con el tiempo) a todos los routers de la red Cada vez que hay un cambio en la red, este es advertido a toda la red por medio de un LSA (no se envían LSAs periódicamente, sólo cuando hay cambios) A partir de los LSAs los routers construyen una base de datos con la topología de la red mediante un algoritmo (Dijkstra) A partir de la base de datos, se rellena la tabla de encaminamiento OSPF (Open-Short Path First) Desventajas Flooding implica una gran cantidad de tráfico en la red, degradando la eficiencia de la red temporalmente Un router recibe demasiados LSAs en vez de datos Un router está demasiado tiempo calculando rutas (Dijkstra) en vez de transmitiendo datos,... Eficiencia depende de: El ancho de banda disponible La cantidad de rutas que se deben advertir Los algoritmos consumen gran cantidad de memoria y CPU (routers potentes, y por tanto más caros) Ventajas Buena convergencia y buena reacción a cambios topológicos Escala muy bien (útil en redes grandes y complejas) Usa gran cantidad de métricas (retardos, cargas, ancho de banda,...) Sistemas Autónomos (AS)(Autonomous System) Aparecen cuando una empresa tiene un crecimiento muy alto y el tráfico entre sus elementos es también muy alto. La IANA es la responsable de la asignación de los números de AS Internet se organiza como una colección de AS, cada uno de ellos administrado por una única entidad El protocolo de encaminamiento que comunica routers dentro de un AS se le llama IGP (Interior Gateway Protocol)(e.g.; RIP, OSPF, IGRP, EIGRP) El protocolo de encaminamiento que comunica routers de distintos AS se le llama EGP (Exterior Gateway Protocol) (e.g.; EGP, BGP) IGPs: RIP, IGRP, OSPF, EIGRP EGPs: BGP Autonomous System Autonomous System BGP (Border Gateway Protocol) Es un EGP (Exterior Gateway Protocol) usado para comunicar AS Inicialmente se usó bastante un protocolo llamado EGP (versión ), pero fue rechazado por su gran ineficiencia Hoy en día se usa BGP (versión 4) como EGP BGP permite conectar Sistemas Autónomos (AS) que pertenezcan a distintas organizaciones AS =0 AS =0 Puede haber 6555 (6 bits) AS Rango son asignados por IANA para IGP BGP IGP proveedores públicos Rango son AS =0 identificadores para AS privados Organizaciones con un IGP único proveedor usa identif privados 79 80