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1 Internetworking Protocol (IP) Tema 2: Internetworking Protocol (IP) Problema a resolver: Cómo conseguir que las aplicaciones sean independientes de la tecnología de red? Qué pasa si interconectamos varias redes? Cómo conseguir que cualquier par de Computadores (Hosts) puedan comunicarse? (servicio universal) Funciones de IP Formato de la cabecera IPv4 Direcciones IP. Máscaras y subredes RP Funcionalidad de un router Fragmentación y reensamblado (RIP, OSPF, GP4,CIDR) ICMP IPv6 DNS Conexión a Internet LN WN WN LN Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 3 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 4 Formato de la cabecera IP Dirección de red Dirección IP ver hlen tos total length id flags fragment offset TTL protocol header checksum LN WN source IP address destination IP address options (if any) DT... WN Router LN ver: versión de IP (4) hlen: longitud de cabecera (nx4 ytes) tos: Tipo de servicio (000dρrc0) total length: longitud del datagrama (n ) id: Identificador del datagrama TTL : Time to Live (tiempo de vida) protocol: ICMP, TCP, UDP, IGMP,...

2 Ejemplo: tcpdump -x -s dc a3 4c f0 28 c2 c7 e2 33 d f e0 d etc... cabecera IP: Checksums Método software (IP, TCP, UDP,..) Checksum = - Σ Datos i 16 bits Paquete Cout cum. 16 bits Cin ver=4; hlen=5; TOS=min delay; totlen=05dc id= 0x6478; flags=000; offset=0 TTL= 64; protocol=6; h checksum= a3 4c source address= ( ) dest. address= ( ) Invertir bit a bit Checksum Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 7 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 8 Direcciones IP Checksum de la cabecera: dc Si añadimos el checksum, la nueva suma valdrá c b1 5c b3 => h checksum = a3 4c Las direcciones IP son de 32 bits. Se dividen en clases CLSE ( a ) 0 netid (7) hostid (24) CLSE ( a ) netid (14) hostid (16) CLSE C ( a ) netid (21) hostid (8) Direcciones de origen y destino de clase CLSE D ( a ) multicast group id (28)

3 Ejemplo: red () red (C) El encaminamiento hasta la red se basa en el inetid red () lgunas direcciones tienen significados especiales = Este host (No dirección destino. Solo al arrancar el sistema) netid=0, hostid: El hostid en esta red : roadcast local (no dir. fuente) netid, hostid=-1 : roadcast en la red indicada netid: 127: Loopback Dentro de la red , el encaminamiento se basa en el hostid... Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 11 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 12 Las direcciones IP en una internet deben ser únicas. En Internet, el IN, dependiente del ICNN, se encarga de asegurar que las direcciones no se repiten. (Más en concreto, que los netid no se repiten). IN delega esta responsabilidad en organismos como RIPE (Reseaux IP Europeenes), que a su vez los delega en Internet Registers (IRs). Una situación frecuente es que un IR asigne un bloque de direcciones a un ISP (Proveedor de Servicios de Internet), que a su vez las asigna e forma temporal o permanente a sus usuarios. lgunos rangos de direcciones se reservan para su uso en redes no conectadas a Internet (ver NTs, tema 4). Clase : Clase : a Clase C: a Máscaras de Red Podemos definir subredes. lgunos bits del host id se emplean en indicar el numero de subred: La máscara indica los bits que son host id: Ejemplo: Dirección: (Clase ) Máscara: => Los 8 ultimos bits indican el host id => En una direccion clase los bits 8 a 15 son el numero de la subred. Notación: Dirección/logitud del prefijo ej: /24

4 s de encaminamiento (routing) Cada host debe tener una tabla de encaminamiento que permite decidir al módulo IP a qué interface debe entregar un datagrama para que sea transmitido y si se debe enviar a través de un router o bien de forma directa al host destinatario IP eth0 ppp0 lo tabla de routing Ejemplo: (Linux) [root@galatzo jorge]# netstat -rn Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface U eth U lo UG eth0 [root@galatzo jorge]# Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 15 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 16 Internet Red /16 Subred /24 host /24 Subred /26 Subred /26 Subred /24 host: /26 Longest Prefix Match Cuando miramos la tabla de routing podemos encontrar que una dirección se ajusta a varias entradas de la tabla. Debemos escoger la entrada en la que coincide el prefijo más largo ( Longest prefix match ) Ejemplo: de encaminamiento /24 => eth /32 => ppp /16 => eth1 Resultados para diferentes direcciones: > eth > eth > ppp0

5 RP: Resolución de direcciones Conocemos la dirección IP de un host. Queremos averiguar su dirección de red. Para cada tipo de red la solución es distinta. Caso de Ejemplo: resolver: (gethostbyname()) DNS o /etc/host resolver RP FTP TCP El host envía un broadcast preguntando: Cuál es la direcc. Eth. del driver driver El host recibe este mensaje y contesta al host : El host tiene dirección RP IP RP IP Todos los hosts de la red actualizan su tabla de RP Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 19 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 20 Cada host mantiene una cache con mapeos direcciones ethernet/direcciones IP. Normalmente las entradas se eliminan cuando pasan unos minutos después de haber sido obtenidas [root@galatzo jorge]# arp -n ddress HWtype HWaddress Flags Mask Iface ether 00:10:F6:5:E4:00 C eth0 [root@galatzo jorge]# telnet beco.ac.upc.es Trying Connected to beco.ac.upc.es. Escape character is ^]. FreeSD/i386 (beco.ac.upc.es) (ttyp1) login: telnet> close Connection closed. [root@galatzo jorge]# arp -n ddress HWtype HWaddress Flags Mask Iface ether 00:0:24:4D:7:6 C eth ether 00:10:F6:5:E4:00 C eth0 [root@galatzo jorge]# Para cada tipo de red se define un formato de paquete RP. Ejemplo: Ethernet: Dirección ethernet destino Dirección ethernet origen Tipo de trama Tipo de dirección hardware (ethernet) Tipo de dirección de red (IP) Tamaño de las direcciones hwd y de red Tipo de comando (RP/RRP req, reply) Dirección ethernet del que envía Dirección IP del que envía Dirección Ethernet pedida Dirección IP pedida

6 RP gratuito ( gratuitous RP ) Cuando el host arranca hace una petición RP de su propia dirección IP. De esta forma sabe si está repetida y actualiza las tablas RP del resto de hosts de la red. Proxy RP arp? el router responde y da su dirección ethernet en vez de la dirección del host. NO es la forma normal de funcionamiento (Confusión frecuente en los exámenes!). 3 1 Ejemplo: Mobile IP 2 arp? Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 23 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 24 Qué pasa cuando una red no permite realizar de forma sencilla un broadcast? Ej: Lan TM RFC 1577: Classical IP over TM conmutador TM Funcionalidad de un router Si el host quiere enviar un datagrama IP al host, lo envía de forma directa (Debe primero averiguar su dir. C Logical IP Subnet (LIS): nodos IP que se conectan a una única red TM y que pertenecen a la misma subred En cada LIS hay un servidor TMRP. Los nodos del LIS se configuran con la direccion física (TM) del servidor TMRP. Si el host quiere enviar un datagrama IP al host C, lo envía al router, quien se encarga de encaminarlo a su destino Cuando un nodo se conecta a una LIS comunica al servidor TMRP su dirección IP y su C Cuando un nodo debe resolver una dirección pregunta al servidor TMRP que contesta con el mapeo. El nodo establece entonces un VC al

7 C El host consulta su tabla de routing y deduce que debe enviar el paquete al Router 1 Dirección Ethernet Origen: Router 1, b Destino: Router 2, a Dirección IP Origen: Router C Dirección Ethernet Origen: Destino: Dirección IP Origen: Destino: El Host consulta su tabla de routing y de ahí deduce que debe transmitir el paquete de forma directa a su destino, sin necesidad de atravesar ningún Dirección Ethernet Origen: Destino: Router 1, a Dirección IP Origen: Destino: C NOT: Los routers tienen una dirección de IP por cada interfaz Router 2 Dirección Ethernet Origen: Router 2,b Destino: C Dirección IP Origen: Destino: C Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 27 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 28 Para poder encaminar los datagramas IP a través de varias redes, los routers deben construir tablas de encaminamiento (lgoritmos de encaminamiento) Diferencias entre un host multihomed y un router LN WN TCP/UDP IP Driver1 Driver2 WN LN Si un host recibe un datagrama IP que no está dirigido a él, lo ignora IP es un protocolo NO orientado a la conexión. Esto quiere decir que cada paquete se encamina de forma independiente a través de la red. Si un router recibe un datagrama IP que no está dirigido a él, intenta encaminarlo a su destino (IP forwarding)

8 TCP/IP en un host so_input plicaciones so_output Para conseguir mayor capacidad de encaminamiento (paquetes/s), los routers de alto rendimiento tienen arquitecturas especializadas. CPU Mem NIC us CPU Mem NIC tcp_input tcp_output ip_fwdn us ip_input ip_output CPU Mem NIC Dr Dr Dr Dr Red de Interconexión Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 31 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 32 Simplificando... tabla de routing Fragmentación y reensamblado uffer (Memoria) Servidor (Recepción, Consulta a tabla de routing, Transmisión) mtu = 1500 mtu = 530 mtu = 1500 Path mtu = 530 Si el host envía a un datagrama IP con un tamaño de 1500 bytes, el debe fragmentar el datagrama Cuando el tráfico de entrada es muy elevado (congestión) se acumulan paquetes en el buffer. Si el número de paquetes almacenados crece demasiado, se producen pérdidas. En el próximo tema (TCP) volveremos sobre este punto... El datagrama NO se reensambla en, sino que se reensambla en. debe encaminar cada uno de los fragmentos como si fueran datagramas IP independientes.

9 1500 = Dirección IP origen: Dirección IP destino: Flag M = = Dirección IP origen/destino : / Flag M = 1; Id; Offset = = Dirección IP origen/destino : / Flag M = 1; Id; Offset = 504 FRGMENTCIÓN Los campos de datos de todos los fragmentos excepto el último deben ser de longitud multiplo de 8 octetos 492 = ( =1480) so_input tcp_input ip_input uffer IP Rx uffer Rx uffer Tx Out-of- Order Segments ip_fwdn frag. IP so_output tcp_output ip_output uffers driv. Tx Dirección IP origen/destino : / Flag M = 0; Id; Offset = 1008 Dr Dr Dr Dr Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 35 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 36 Resumen de las características de IP Objetivo: islar a las aplicaciones de las diferentes tecnologías de red Direcciones de 32 bits entre redes a través de routers Protocolo NO orientado a la conexión Fragmentación y reensamblado IP no intenta recuperar los datagramas que se pierden. No asegura que llegan en el orden correcto. Routers, conmutadores y bridges Un router encamina datagramas IP (nivel 3) Un conmutador (o un bridge) encamina tramas Ethernet (o de otra LN), (nivel 2) Los routers no encaminan las tramas broadcast. Los routers no son dispositivos transparentes. Los routers soportan interfaces a diferentes tecnologías de red (ej: Eth/FR) Los conmutadores deben estar dispuestos en redes sin bucles (árbol) Los conmutadores permiten conmutar tramas a mayor velocidad Los conmutadores son más baratos que los routers.

10 de? R5 Cada uno de los routers de la red debe tomar una decisión: Por dónde se debe encaminar los paquetes IP para poder comunicar con? Ejemplo: decide encaminar los paq. por. debe ahora tomar la siguiente decisión: Encamino el paquete por o por?. Debemos minimizar un coste (ejemplo: número de hops, retardo medio, etc)? N2 Para poder tomar esta decisión, cada Router construye una tabla de encaminamiento: encaminamiento de : Para ir hasta... N6 N8 N4?? N7 N6 N8...el mejor camino es seguir por... local N9 R5 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 39 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 40 [root@galatzo jorge]# netstat -rn Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Iface U eth U lo default UG eth0 [root@galatzo jorge]# (default router) Internet galatzo.ac.upc.es / /24 [root@galatzo jorge]# netstat -rn Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Iface U eth U lo UG eth0 [root@galatzo jorge]# route add -net gw netmask eth0 [root@galatzo jorge]# netstat -rn Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags Iface U eth UG eth U lo UG eth0 [root@galatzo jorge]# route del -net gw netmask eth0 lgoritmos de encaminamiento exteriores (EGP: GP4) Sistema utónomo (S) (número de S) host: /26 lgoritmos de encaminamiento interiores (IGP: RIP, OSPF, IGRP)

11 estático R5 Los gestores de la internet construyen las tablas de encaminamiento para cada Router Sencillo, pero lejos del comportamiento óptimo y necesidad de mantener muchas tablas => Internets pequeñas y sencillas dinámico distribuido: RIP (Vector de Distancias) R5 Cada router intercambia con los routers VECINOS de forma periódica información sobre el coste de comunicación a TODS las subredes de la red. (ej: cada 30 s) partir de la información recibida, cada router actualiza sus tablas de encaminamiento lgoritmo de ellman-ford distribuido Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 43 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 44 Ejemplo: Dij (n) = min k ( Dij(n-1), dik+dkj(n-1)) de Red Dist. 0 0 de Red Dist. N4 0 0 N4 N2 de de Red Dist. Red Dist. 0 0 N2 0 0 de de de de Red Dist. Red Dist. Red Dist. Red Dist. 0 0 N N () 1 () 1 () N2 1 () N2 1 () 1 1 () () N4 1 () de de de de Red Dist. Red Dist. Red Dist. Red Dist. 0 0 N N () 1 () 1 () N2 1 () N2 1 () 1 () 1 () N4 2 () N2 2 2 () () N4 1 () N4 2 () Nota: Si la distancia en la tabla es más pequeña que la anunciada por el router por donde encaminamos, se actualiza en la tabla con la nueva distancia. Cuenta a infinito Cada 30 s. los routers se intercambian mensajes de encaminamiento. Si el enlace entre y queda roto (ej: 180 s. sin recibir esos mensajes)... N4 N2 de de de de Red Dist. Red Dist. Red Dist. Red Dist. 0 0 N N () 1 () 1 () N2 1 () N2 1 () 1 1 () () N4 2 () N2 2 2 () () N4 1 () N4 2 () de de de de Red Dist. Red Dist. Red Dist. Red Dist. 0 0 N4 0 inf 0 0 N () inf 1 () N2 1 () N2 1 () 1 1 () () N4 2 () N2 inf inf N4 3 () N4 2 () de de de de Red Dist. Red Dist. Red Dist. Red Dist. 0 0 N4 0 inf 0 0 N () inf 1 () N2 1 () N2 1 () 1 1 () () N4 3 () N2 inf inf N4 4 () N4 3 () UCLES!!! ETC...

12 Normalmente fijaremos un valor de distancia como infinito (ej: 16). Split Horizon N2 Si y encaminan los paquetes con destino por, NO envían a su N4 distancia a => advertirá una distancia infinita a. Split Horizon and Poison reverse Si y encaminan los paquetes con destino por, SI envían a una distancia a, pero esta distancia vale infinito. Triggered Updates Si un router ha cambiado su tabla, no espera 30 s. a enviársela a sus vecinos, sino que envía los cambios de manera (casi) inmediata. RIP: Fue inicialmente implementado en el código de SD (programa routed) Formato de los mensajes (UDP puerto 520 orig/dest) comando versión 0 0 familia de direcciones dirección IP métrica dirección IP 0 0 métrica etc... Comando: Request (1)/Response (2) Versión: (1) Familia de direcciones: IP (2) Las respuestas se envían en broadcast cada 30 s. o cada vez que debamos cambiar la tabla de routing. Utiliza Split horizon (opcionalmente con poison reverse ) y triggered updates. l no pasar máscaras de red, no podemos distinguir un host de una subred salvo que usemos en toda la red la misma máscara. Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 47 Tema 2: Internetworking Protocol (IP) 48 dinámico distribuido: OSPF, (Estado del enlace, Link State ) R5 Cada router intercambia con TODOS los routers información sobre el coste de a cada subred VECIN cuando se produce un cambio. partir de la información recibida, cada router actualiza sus tablas de encaminamiento. Link State Database Ejemplo: de Red Dist. 1 1 de Red Dist. N4 1 1 N4 de Red Dist. 1 1 N2 de Red Dist. N2 1 1 Cada router envía las redes a las que se conecta directamente al resto de routers de la red... de de de de Red Dist. Red Dist. Red Dist. Red Dist. 1 1 N N () 2 () 2 () N2 2 () N2 2 () 2 () 2 () N4 3 () N2 3 3 () () N4 2 () N4 3 () lgoritmo de Djikstra

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