1. Intercambio de información en la red: Protocolo IPv4

Transcripción

1 1. Intercambio de información en la red: Protocolo IPv4 En esta unidad vamos a tratar sobre los protocolos de nivel de red que intervienen en los equipos terminales o hosts. Entre dichos protocolos destacamos el protocolo IP o Internet Protocol (Protocolo de Interred). Éste es el protocolo principal del nivel de red en la pila de protocolos TCP/IP. Se encarga de definir tanto el direccionamiento a nivel de red como el formato de la información de control asociada a dicho nivel (recordemos el mecanismo de encapsulación que se produce en la pila de protocolos, donde cada capa añade su información de control a los datos de la capa superior). Actualmente se utiliza una versión de este protocolo conocida con el nombre de IP versión 4 o IPv4. No obstante, ya está conviviendo con la nueva versión del protocolo, llamada IP versión 6 o IPv6. Como sabemos, cada nivel de la pila de protocolos recibe los datos del nivel superior que, junto a lainformación de control del nivel correspondiente, forman la unidad de datos de éste. La unidad de datos del nivel de red IP se llama paquete o paquete IP. Por lo tanto, un paquete IP está formado por los datos del nivel de transporte, más información de control del propio nivel de red. Cada equipo conectado a una red) tiene que tener una dirección que lo identifique unívocamente. Esta dirección recibe el nombre de dirección IP y realmente, no se asocia a un equipo, sino a una interfaz de red o tarjeta de red del equipo. Toda dirección IPv4 tiene 32 bits (4 bytes u octetos) y debe ser única; es decir, no puede haber dos equipos que tengan asignada la misma dirección IP. Este tipo de direcciones que sirven para identificar a un equipo concreto dentro de la interred reciben el nombre de direcciones unicast. Una dirección unicast se divide conceptualmente en dos campos: Campo identificador de red (netid). Identifica a la red a la que está conectado el host. Es decir, todos los equipos que pertenecen a la misma red dentro de la interred tendrán el mismo identificador de red. Campo identificador de host (hostid). Identifica al host dentro de la red específica. No puede haber, en la misma red, dos equipos con el mismo valor en el identificador de host de su dirección IP. 1/11

2 Este mecanismo de direccionamiento no es tan extraño como pudiera parecer en un principio. De hecho, algo parecido sucede en el ejemplo de la ciudad que venimos manejando a lo largo de la unidad. En este caso: Todas las viviendas de la misma calle comparten el mismo nombre de calle en la dirección. Esta parte de la dirección de una vivienda equivaldría, por lo tanto, a lo que es el identificador de red en una dirección IP. Posteriormente, dentro de la misma calle se tienen que distinguir entre las distintas viviendas, para lo cual se utiliza el número de edificio y el piso y letra de la puerta de la vivienda dentro del edificio. Evidentemente, esta parte de la dirección de una vivienda equivaldría a lo que es el identificador de host en una dirección IP 2.Clases de Redes Si reflexionamos un instante sobre este formato de las direcciones IP unicast, observaremos que el tamaño o número de bits que se establezca para el identificador de red influirá en el número de redes posibles en una interred, mientras que el tamaño o número de bits que se establezca para el identificador de host influirá en el número de equipos que pueden estar conectados a una misma red. Por lo tanto, qué tamaño es el adecuado fijar para cada uno de estos campos? Es evidente que no todo el mundo va a tener las mismas necesidades de equipos conectados a su red, por lo que establecer un único formato sería contraproducente y produciría un desperdicio de direcciones. Por ello, se adoptó la solución de tener tres tipos o clases diferentes de direcciones unicast: Direcciones de Clase A. Las direcciones IP que pertenecen a esta clase se caracterizan por utilizar 7 bits para el identificador de red y 24 bits para el identificador de host. Esto quiere decir que sólo puede haber 2 7 = 128 redes de tipo A, cada una de las cuales puede albergar 2 24 = equipos (posteriormente veremos que, realmente, son menos, tanto el número de redes como el número de equipos por red). Esta clase de direcciones fue pensada para que fuesen adquiridas por organizaciones que necesitasen un número extremadamente elevado de equipos conectados, las cuales se pensó que no serían muchas. Clase B. Las direcciones IP que pertenecen a esta clase se caracterizan por utilizar 14 bits para el identificador de red y 16 bits para el identificador de host. Esto quiere decir que puede haber 2 14 = redes de tipo B, cada una de las cuales puede albergar 2 16 = equipos (posteriormente veremos que, realmente, son menos, tanto el número de redes como el número de equipos por red). Esta clase de direcciones fue pensada para que fuesen adquiridas por organizaciones que necesitasen un número medio de equipos conectados, las cuales se pensó que serían una cantidad moderada. 2/11

3 Clase C. Las direcciones IP que pertenecen a esta clase se caracterizan por utilizar 21 bits para el identificador de red y 8 bits para el identificador de host. Esto quiere decir que puede haber 2 21 = redes de tipo C, cada una de las cuales puede albergar 2 8 = 256 equipos (posteriormente veremos que, realmente, son menos, tanto el número de redes como el número de equipos por red). Esta clase de direcciones fue pensada para que fuesen adquiridas por organizaciones que necesitasen un número reducido de equipos conectados, las cuales se pensó que serían la mayoría de ellas. Por lo tanto nos queda solucionar el siguiente problema: dada una dirección IPv4, cómo sabemos a qué clase pertenece? Para establecer la clase a la que pertenece una dirección se utilizan los primeros bits de la misma. Así: Las direcciones de clase A, y sólo las direcciones de esta clase, comienzan por 0 (el primer bit de la dirección). Las direcciones de clase B, y sólo las direcciones de esta clase, comienzan por 10 (los dos primeros bits de la dirección). Las direcciones de clase C, y sólo las direcciones de esta clase, comienzan por 110 (los tres primeros bits de la dirección). 3.Notación decimal para las direcciones IPv4 Ya conocemos que una dirección IPv4 está compuesta por 32 bits, cuántas direcciones IP de 32 bits crees que serías capaz de recordar? Pocas o más bien ninguna, verdad? Para que las direcciones IP sean un poco más manejables por las personas, ya que es imposible que lleguemos a memorizar los 32 bits de cada dirección, se ideó una representación especial de direcciones IP, llamada notación decimal o notación punto. En esta notación cada uno de los cuatro octetos de la dirección IP se sustituye por su número decimal correspondiente, que estará entre 0 y 255 (8 bits). Además, cada uno de los cuatro números decimales resultantes estará separado del siguiente por un punto. Ejemplo: Con esta notación, en las direcciones de clase A, el identificador de red viene dado por el primer número de la dirección (primer octeto), en las direcciones de clase B por los dos primeros y en las direcciones de clase C por los tres primeros. Ejemplo: Observando el ejemplo anterior, sabemos que la dirección es de tipo C, pues empieza por los bits 110. Por lo tanto, el identificador de red viene dado por los tres primeros octetos ( ), mientras que el identificador de host viene dado por el último octeto (205). Esto quiere 3/11

4 decir que la dirección anterior identifica al host 205 dentro de la red IP Direcciones especiales en IPv4 UD. 4. Redes (II).TIC 2º Bachillerato Como hemos visto anteriormente en esta unidad, una dirección IPv4 está formada por 32 bits y cualquier combinación de ceros y unos en estos 32 bits es una dirección IP que representará a un equipo de la interred. Sin embargo, esto no es del todo cierto, pues existen ciertas combinaciones de estos bits, es decir, ciertas direcciones IP, que tienen un uso y significado especial y que no pueden utilizarse como el resto. Veamos cuáles son: No se puede asignar a ningún equipo una dirección IP en la que el identificador de host tenga un valor de todo a cero. Este tipo de dirección se utiliza para identificar a una red en sí y es por eso que no puede ser asignada a ningún host de dicha red. Ejemplos: La dirección IP identifica a la red 5 de clase A en su conjunto, pero no se refiere a ningún host dentro de dicha red. La dirección IP identifica a la red de clase B en su conjunto, pero no se refiere a ningún host dentro de dicha red. La dirección IP identifica a la red de clase C en su conjunto, pero no se refiere a ningún host dentro de dicha red. Estas direcciones son las que utilizan, por ejemplo, los routers para identificar a una red en las tablas de enrutamiento que utilizan sus algoritmos de enrutamiento. No se puede asignar a ningún equipo una dirección IP en la que el identificador de host tenga un valor de todo a uno. Este tipo de dirección representa a todos los equipos de la red indicada en el identificador de red correspondiente. Por lo tanto, cualquier información que se envíe a una dirección de este tipo será entregada a todos los equipos de esa red. Esto es lo que se llama broadcast o difusión dirigida a nivel IP. Ejemplos: La dirección IP identifica a todos los equipos de la red 5 de clase A. Toda información dirigida a dicha dirección llegará a todos los equipos dentro de esa red. La dirección IP identifica a todos los equipos de la red de clase B. Toda información dirigida a dicha dirección llegará a todos los equipos dentro de esa red. La dirección IP identifica a todos los equipos de la red de clasec. Toda información dirigida a dicha dirección llegará a todos los equipos dentro de esa red. 4/11

5 La red que viene dada por el identificador de red cuyo valor sea de todo a cero, no existe. Este tipo de identificador se interpreta como "esta red". Por lo tanto, cuando un equipo manda una información a una dirección de este tipo, se la está mandando al equipo de su propia red IP que venga dado por el identificador de host correspondiente. Ejemplos: La dirección IP , identifica al equipo dentro de la red IP de clase A local. La dirección IP , identifica al equipo 3.34 dentro de la red IP de clase B local. La dirección IP , identifica al equipo 34 dentro de la red IP de clase C local. La utilización de este tipo de direcciones tan sólo está permitida durante el procedimiento de arranque del sistema y sirve para permitir que una máquina se comunique temporalmente mientras aprende cuál es su dirección de red y dirección IP correctas. Una dirección de este tipo nunca aparecerá como destino de ninguna información. La dirección en la que tanto el identificador de red como el identificador de host tiene un valor de todo a cero, la puede utilizar un equipo para referirse a sí mismo. Al igual que antes, la utilización de este tipo de dirección tan sólo está permitida durante el procedimiento de arranque del sistema mientras se aprende la dirección de la red a la que pertenece y su dirección IP correcta. Una dirección de este tipo nunca aparecerá como destino de ninguna información. La dirección en la que tanto el identificador de red como el identificador de host tiene un valor de todo a uno hace referencia a todos los equipos de la interred. Evidentemente, esto no se permite para evitar el caos en esta red global; los routers no dejan pasar este tipo de tráfico.por lo tanto, esta dirección equivale a un broadcast en la propia red a la que se está conectado. Generalmente, este tipo de dirección se utiliza durante el proceso de arranque del sistema cuando no se conoce la dirección IP de la red a la que se encuentra conectado y se necesita mandar un mensaje a todos los equipos de la misma. Una vez que esto se conoce, se empezará a utilizar la difusión dirigida para llegar a todos los equipos de la red local. La subred de clase A no puede ser asignada a ninguna red. Todas las direcciones de esta red se utilizan para realizar comprobaciones de que la pila TCP/IP está operativa dentro del propio equipo. En la práctica sólo se usa la dirección , también conocida como dirección de loopback. Los mensajes enviados a esta dirección nunca abandonan el host local; es decir, no producen tráfico en la red. 5/11

6 5. Concepto de subred IP En principio, y por definición, todos los equipos que pertenecen a una misma red IP deben poder comunicarse directamente a través del medio. Por el contrario, equipos que no pertenecen a una misma red IP deberán utilizar elementos intermedios, los routers,para poder comunicarse. Si reflexionamos sobre la afirmación anterior, observamos que esto puede suponer un problema, sobre todo para organizaciones que poseen redes de tipo A o B. Estas redes están ideadas para alojar multitud de equipos; sin embargo, como sabemos, en un mismo medio físico resulta imposible conectar un número tan elevado de ellos. Entonces, de qué me sirve tener una red que desde el punto de vista IP puede alojar miles de equipos si desde el punto de vista del nivel de acceso a la red esto es imposible? Qué se puede hacer para aprovechar la capacidad que ofrece una red de tipo A o B en cuanto a número de equipos? Para solucionar el problema se ideó el concepto de subred IP. Las subredes son redes físicamente independientes que comparten una misma dirección IP. Ésta ahora se interpreta de una manera un poco distinta, para dar cabida al concepto de subred. De los 32 bits que conforman la dirección IP: Los bits pertenecientes a la parte de identificador de red se siguen interpretando exactamente igual. Los bits pertenecientes a la parte de identificador de host se dividen en dos bloques: una parte servirá para identificar a la subred y otra parte servirá para identificar al host dentro de dicha subred. Por lo tanto, todas las subredes de una misma red IP comparten el mismo identificador de red, ya que lo único que se cambia respecto al comportamiento estándar es la manera en la que se interpreta ahora el identificador de host. Ejemplo: Supongamos una organización que tiene asignada la red de tipo B y que, por alguna circunstancia, necesita dividirla en varias subredes. Por definición, al ser una red de clase B, los dos primeros octetos de la dirección componen el identificador de red y los dos últimos conforman el identificador de host. Supongamos que se decide utilizar 8 bits, un octeto completo de los dos que conforman el apartado de identificador de host, para direccionar las distintas subredes. En este caso: 6/11

7 Dicha organización podría tener un total de 2 8 = 256 subredes distintas. Realmente podría tener = 254, pues las subredes que vienen dadas por un valor de todo a cero o un valor de todo a uno en el identificador de subred no están permitidas. Estas posibles subredes son: Cada una de las subredes puede contar con un máximo de 2 8 = 256 equipos cada una. Realmente podrían tener =254, pues el identificador de host que viene dado por un valor de todo a cero representa a la subred completa y no es asignable, mientras que el que viene dado por un valor de todo a uno se utiliza para realizar un broadcast en la subred y tampoco es asignable. 51.Máscara de una subred Con la aparición del concepto de subred, cada organización es libre para dividir en subredes la red IP que tiene asignada, y eso obliga a que exista algún mecanismo para poder identificar cuántos de los bits del identificador de host convencional se van a utilizar para codificar el identificador de subred y cuántos se van a utilizar para codificar el identificador del host dentro de la subred. Para ello se utiliza lo que se conoce con el nombre de máscara de red, dicho más correctamente, máscara de subred. Ésta no es más que una secuencia de 32 bits en la que están puestas a uno aquellas posiciones de la dirección IP que se corresponden con el campo identificador de red y de subred de la misma y están puestas a cero aquellas posiciones de la dirección IP que se 7/11

8 corresponden con el campo identificador de host. Ejemplo de máscara de subred en IP de clase B Si consideramos el ejemplo del apartado anterior en el que una organización disponía de una dirección IP de clase B, la , y en la que se había decidido utilizar 8 bits para el identificador de subred, la máscara asociada a todas las subredes de dicha red será: 5.2. Consideraciones sobre la máscara de subred A continuación se presenta una relación de hechos ciertos relativos a la máscara de red o máscara de subred: Las máscaras de red asociadas a las redes en las que no hay subdivisión en subredes, es decir, aquéllas en las que se sigue el formato de dirección puro definido por la clase de la dirección, son las siguientes: para las de clase A, para las de clase B y para las de clase C. Dicho lo anterior, si un ordenador cuya dirección IP es de una clase y su máscara contiene más unos de los establecidos para la máscara estándar de esa clase, entonces es porque dicho ordenador se encuentra en una red dividida en subredes. Así, por ejemplo, esto sucede en un ordenador con una dirección IP de clase A y cuya máscara de red es , cuando debería ser si se encontrase en un entorno sin subredes. Además, cuando una red está subdividida en subredes, todos los equipos de dicha red deben tener el mismo esquema de subred; es decir, la misma máscara. Es necesario configurar la máscara de subred utilizando unos en los bits que corresponden al campo identificador de red de la clase de dirección. Por ejemplo, una máscara de subred no es válida en una dirección de clase C, pues al menos los bits del identificador de red deben estar a uno; es decir, Todo equipo de una red conoce tanto su propia dirección IP como su máscara de red, la cual le dice cómo debe interpretar el campo identificador de host de su dirección. Cuando un equipo quiere comunicarse con otro, del cual sólo conoce su dirección IP, para saber si comparte el medio físico con él, siempre lleva a cabo el siguiente procedimiento: Realiza un AND lógico entre su dirección IP y su máscara de red.(nota: Un AND LÓGICO es la siguiente operación entre bits: 0 AND 0 = 0; 0 AND 1 = 0; 1 AND 0 = 0, 1 AND = 1 = 1, es 8/11

9 análogo a la multiplicación). De esta manera, obtendrá la red o subred, en su caso, a la que pertenece. Igualmente, hace un AND lógico entre su propia máscara y la dirección IP del equipo destino con el que se quiere comunicar. Si el resultado de ambas operaciones es el mismo, entonces es porque ambos equipos pertenecen a la misma red IP, o subred en su caso, y por tanto, comparten el mismo medio físico a través del cual se podrán comunicar directamente. 5.3.Ejemplo de división de una clase B en tres subredes Supongamos la organización anterior, propietaria de la red de clase B , la cual estaba dividida en 3 subredes: la , la y la Supongamos que la distribución de direcciones IP es la que se aprecia en la siguiente figura Como se decidió que se iba a utilizar un octeto para el identificador de subred (primer octeto del identificador de host en las redes de clase B, o lo que es lo mismo, tercer octeto de los cuatro que componen toda la dirección), la máscara de red que debe utilizarse es Esta máscara es la que tienen asociada absolutamente todos los equipos de la red , ya que la subdivisión en subredes les afecta a todos. En este contexto planteamos los siguientes supuestos: El Host 1, con IP , quiere comunicarse con el Host 3, que tiene IP Para averiguar si dicho host pertenece a la misma subred que él hace lo siguiente: 9/11

10 Por lo tanto, la subred a la que pertenece el Host 1 es la Ahora hay que ver lo que sucede con el destino, el Host 3: El resultado es el mismo que antes, , por lo que se puede deducir que pertenecen a la misma subred. El Host 1, con IP , quiere comunicarse con el Host 8, que tiene IP Procediendo igual que antes, el Host 1averigua la subred a la que él mismo pertenece, la , y ahora tiene que averiguar lo que sucede con el destino, el Host 8: El resultado no es el mismo que antes, frente a , por lo que se puede deducir que no pertenecen a la misma subred. 10/11

11 Una vez que un equipo conoce si el host con el que se quiere comunicar se encuentra o no en su subred, sabe si comparte el medio físico con él o no y, consecuentemente, sabe cómo tiene que actuar para llevar a cabo la comunicación 11/11