TEMA 3: Direccionamiento. Tipos de direcciones. Direccionamiento Jerárquico y Plano. Formatos de direcciones más extendidos

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1 TEMA 3: Direccionamiento Tipos de direcciones. Direccionamiento Jerárquico y Plano. Formatos de direcciones más extendidos

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

3 Direcciones IP Una Una dirección IP IP es es independiente de de las las direcciones físicas de de subred Port Proto colo. Direccion IP Identifica a una aplicación en un host DIRECCIONES LOGICAS (INDEPENDIENTES DE LA TECNOLOGIA DE LA RED) Proto colo. Direccion IP Direccion IP Dirección Jerárquica DIRECCIONES DEPENDIENTES DE LA T. DE RED Direccion Ethernet Mapping (p.ej. Tablas) 3

4 Direcciones IP Esquema Esquema jerárquico, jerárquico, constan constan de de una una parte parte que que indica indica de de qué quéred red física física se se trata, trata, y y otra otra que que indica indica la la interface interface o punto punto de de conexión conexión a la la red red (host). (host). En En 1984, 1984, se se agrega agrega una una tercer tercer elemento elemento en en la la jerarquía jerarquía para para lograr lograr mayor mayor flexibilidad flexibilidad (subnets). (subnets). Los Los campos campos que que componen componen la la dirección dirección son son de de longitudes longitudes fijas fijas predeterminadas; predeterminadas; actualmente actualmente se se elimina elimina esta esta restricción restricción (classless (classless addressing). addressing). El El componente componente RED RED de de la la dirección dirección IP IP se se utiliza utiliza para para ubicar ubicar la la red red física física de de destino destino (encaminamiento) (encaminamiento) y y el el componente componente HOST HOST se se utiliza utiliza para para identificar identificar la la interfaz interfaz dentro dentro de de esa esa red red física física Las Las direcciones direcciones IP IP son son identificadores identificadores en en una una red red virtual; virtual; en en última última instancia instancia deben deben ser ser mapeadas mapeadas a direcciones direcciones físicas físicas de de las las distintas distintas subredes subredes (X.25, (X.25, Ethernet, Ethernet, etc.). etc.). Este Este proceso proceso se se denomina denomina resolución resolución de de direcciones. direcciones. RED HOST 4

5 Direcciones IP Clase Formato Rango Redes/Hosts A 0 RED HOST HOST HOST a / B 10 RED RED HOST HOST a / C 110 RED RED RED HOST a /254 D 1110 ID GRUPO MULTICAST a E 1111 E X P E R I M E N T A L a Dirección especial: loopback ( ): * Para comunicaciones de procesos en la misma máquina. * Nunca es propagada a la red 5

6 Direcciones IP con significado especial Notación: Notación: <Red, <Red, Host> Host> <0, <0, 0> 0> este este host host en en esta esta subred subred S bootp bootp <0, <0, H> H> host host H en en esta esta red red S host host parcialmente parcialmente inicializado inicializado <R, <R, 0> 0> un un host host en en red red R S <R, <R, H> H> host host H en en red red R S/D S/D <R, <R, -1> -1> Directed Directed broadcast broadcast todos todos los los Hosts Hosts de de la la Red Red D <-1, <-1, -1> -1> Limited Limited broadcast broadcast D no no propagada propagada por por los los routers routers Significados Significados especiales: especiales: 0: 0: este este -1: -1: todos todos No No pueden pueden usarse usarse para para identificar identificar a a un un host host o o red red en en particular particular Direcciones Direcciones privadas privadas a a (una (una clase clase A) A) a (16 clases B) a (16 clases B) a a (256 (256 clases clases C) C) 6

7 Problemas del esquema de direccionamiento Codificar la la red red en en la la dirección IP IP implica implica que que si si un un host host cambia cambia de de red, red, cambiará su su dirección (IP (IP Mobility). Prefijos de de longitud fija, fija, provoca un un uso uso ineficiente en en el el espacio de de direcciones. Crecimiento acelerado de de la la Internet, evidencia la la falta falta de de escalabilidad del del esquema de de direccionamiento (Agotamiento de de clases clases B, B, incremento de de tamaño de de tablas tablas de de encaminamiento al al utilizar utilizar direcciones de de clase clase C). C). Soluciones Estos Estos problemas problemas se se solucionan solucionan a corto corto plazo plazo en en el el contexto contexto de de IPv4. IPv4. Definitivamente Definitivamente solucionados solucionados en en IPv6. IPv6. 7

8 Ejemplo de uso de direcciones IP HOST A eth HOST B eth RED sl eth0 sl0 eth1 ROUT. X eth0 HOST C HOST D eth0 INTERNET ROUT. Y eth0 eth HOST E eth0 RED RED Organización con 3 LANs, se solicitan 3 direcciones clase C: , y

9 Subnetting Objetivo: Compartir una una dirección de de red red IP IP entre entre varias varias redes redes físicas físicas Beneficios Uso Uso eficiente eficiente de de direcciones direcciones IP IP (referido (referido a no no desperdiciar desperdiciar direcciones) direcciones) Salvar Salvar limitaciones limitaciones de de hardware hardware (distintos (distintos tipos tipos de de red, red, cantidad cantidad máxima máxima de de nodos nodos soportados, soportados, distancia) distancia) División División en en subredes subredes de de acuerdo acuerdo a la la estructura estructura de de la la organización organización Características Agregado Agregado de de un un nivel nivel jerárquico jerárquico en en la la dirección dirección IP IP Invisible Invisible para para los los routers routers externos externos Implementación Implementación a través través de de máscaras máscaras de de subred subred Mejoras Restricción Restricción en en el el uso uso de de máscaras máscaras para para facilitar facilitar la la administracion administracion al al crecer crecer la la red red (flexibilidad) (flexibilidad) VLSM VLSM (Variable (Variable Length Length Subnet Subnet Mask) Mask) para para aprovechar aprovechar las las direcciones direcciones 9

10 Subnetting Se Se agrega un un nivel nivel jerárquico en en la la dirección, sólo sólo interpretado localmente Dirección IP (sin subnetting) Red Host Dirección IP (con subnetting) Red Subred Host Significado global Significado local Cantidad de bits asignada al campo subred No se hace especificación en la norma original (RFC 950) acerca de si todas las subredes de una red deben tener la misma longitud Genera ambiguedades y protocolos que no lo soportan (RIPv1) Posición del campo subred No se especifica (RFC 950) la ubicación de los campos Subred y Host Se recomienda que dichos campos estén compuestos de bits contiguos En la práctica, se utilizan de la manera que se ve en la figura 10

11 Subnetting: uso de máscaras Máscara de de subred subred Utilizada Utilizada para para indicar indicar cuáles cuáles bits bits de de una una dirección dirección IP IP corresponden corresponden a red red y y cuáles cuáles a host host Número Número de de bits, bits, expresado expresado en en notación notación decimal decimal con con puntos, puntos, como como una una dirección dirección IP IP Los Los bits bits en en 1 1 de de la la máscara máscara indican indican que que los los correspondientes correspondientes bits bits de de una una dirección dirección IP IP conforman conforman la la dirección dirección de de red, red, los los bits bits en en 0 0 indican indican host host El El router router tendrá tendráen en cuenta cuenta la la máscara máscara de de subred subred para para tomar tomar las las decisiones decisiones de de encaminamiento. encaminamiento. Dada Dada una una dirección dirección IP(D_IP): IP(D_IP): Dir. Dir. de de red red = = (D_IP) (D_IP) AND AND MASCARA MASCARA Ejemplo: Una red clase C es dividida de manera tal que se utilizan 3 bits para subred y 5 bits para host. Máscara: (dec) FF FF FF F8(hex) (bin) La dirección IP: , en este contexto significa: red , host 2 11

12 Subnetting: direcciones especiales Se Se conserva conserva el el significado significado de de las las direcciones direcciones especiales: especiales: No No se se puede puede utilizar utilizar los los valores valores 0 (todos (todos ceros) ceros) ó -1-1(todos unos) unos) en en los los campos campos subred subred o host host Pérdida Pérdida de de direcciones direcciones utilizables, utilizables, dependiendo dependiendo de de la la longitud longitud de de máscara máscara utilizada utilizada Direcciones Direcciones especiales especiales utilizadas utilizadas <Red> <Subred> <Host> < R > < 0 > < 0 > este Host en esta Subred (bootp) < R > < 0 > < H > Host H en esta Subred < R > < -1 > < -1 > Todos los hosts en todas las subredes. Broadcast en la Red, si los routers internos lo permiten < R > < S > < -1 > Todos los hosts de la Subred S. Broadcast en la Subred S. < R > < S > < H > Host H de la Subred S 12

13 Subnetting: ejemplo HOST A HOST B INTERNET eth0 eth HOST C eth0 eth0 sl0 sl eth1 HOST D ROUT. X eth0 ROUT. Y eth0 HOST E eth eth0 SUBRED SUBRED SUBRED Para las tres redes, se dispone de una única dirección clase C: Crecimiento previsto: hasta 5 subredes de no más de 20 hosts cada una Máscara utilizada: (FF.FF.FF.E0 ) (3 bits para subred = 6 subredes) Subredes: 001 CA CA CA CA CA A CA C Subredes utilizadas: , ,

14 Subnetting: asignación de direcciones de subred Asignación de de números de de subred Debe Debe estimarse con con exactitud el el crecimiento de de la la red red Si Si aumenta en en más más de de lo lo previsto la la cantidad de de subredes o de de hosts, hosts, se se deberá deberáreestructurar la la asignación de de subredes, con con el el consiguiente overhead de de administración Asignación alternativa Permite variar variar la la cantidad de de bits bits asignados a los los campos subred subredy host, host, sin sin necesidad de de modificar direcciones de de subred subred El El campo campo host hostocupa ocupa los los bits bits de de la la derecha, los los hosts hostsse se numeran de de 1 en en adelante, siendo siendo los los bits bits más más significativos los los de de la la izquierda El El campo campo subred subred ocupa ocupa los los bits bits de de la la izquierda, utilizando una una imagen imagen espejo (se (se intercambia el el bit bitde de extrema derecha con con el el de de extrema izquierda y así asísucesivamente) 14

15 Subnetting: asignación de direcciones de subred Asignación del campo Host de la dirección IP de una red clase C, para 4 bits de subred y 4 de host: Subred 1 Subred 2 Subred 3 Subred 4 Subred 5 Subred Si subred 1 crece y llega a tener más de 14 hosts, se deberá cambiar la máscara de subred: 3 bits para subred, 5 bits para host. Consecuencia: Sólo reasignación de máscaras: Subred 1 Subred 2 Subred 3 Subred 4 Subred 5 Subred Comparación de ambos esquemas de asignación Normal 0 s 1 s y 0 s 0 s 1 s y 0 s Flexible 1 s y 0 s 0 s 0 s 1 s y 0 s Zona de crecimiento de subred Zona de crecimiento de host Zona común de crecimiento de subred y host 15

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

17 Direccionamiento IP Direccionamiento jerárquico: <prefijo, host> host> prefijo: prefijo: utilizado utilizado por por los los routers routers para para determinar determinar paths pathspara para direcciones direcciones no no locales locales host: host: utilizado utilizado para para ubicar ubicar el el equipo equipo local local Prefijo Prefijo Compuesto Compuesto por por una una dirección dirección IP IP y y una una indicación indicación de de la la cantidad cantidad de de bits bits contiguos, contiguos, a izquierda izquierda que que lo lo componen componen Longitud Longitud determinada determinada por por contexto contexto clase clase de de dirección dirección (A, (A, B o o C) C) máscara máscara de de subred subred (extensión (extensión a a derecha derecha del del prefijo prefijo de de clase) clase) Indicado Indicado como como una una dirección dirección IP, IP, seguido seguido de de la la cantidad cantidad de de bits bits que que lo lo componen componen Clase Clase C: C: / /24 Clase Clase B: B: / /16 Clase Clase A: A: / /8 17

18 Clases de direccionamiento Classful Addressing Los Los routers routers aceptan aceptan determinadas determinadas longitudes longitudes de de prefijos prefijos (clases (clases de de direcciones direcciones IP IP y y máscaras máscaras locales). locales). Los Los protocolos protocolos de de encaminamiento encaminamiento no no transmiten transmiten información información acerca acerca de de los los prefijos. prefijos. Para Para encaminar encaminar un un paquete, paquete, se se busca busca en en la la tabla tabla de de rutas rutas una una dirección dirección de de red red que que coincida coincida con con el el prefijo prefijo de de la la dirección dirección de de destino. destino. Classless Addressing Los Los routers routers aceptan aceptan longitudes longitudes de de prefijo prefijo variables. variables. Los Los protocolos protocolos de de encaminamiento encaminamiento transmiten transmiten información información de de longitud longitud de de prefijo, prefijo, en en forma forma de de máscara, máscara, junto junto con con cada cada dirección. dirección. Para Para encaminar encaminar un un paquete, paquete, se se utiliza utiliza el el criterio criterio de de ruta ruta más más específica específica ( longest ( longest match match al al buscar buscar en en las las tablas). tablas). 18

19 Classless Addressing Subnetting (VLSM -Variable Length Subnet Masking-) PREFIJO HOST Extiende el prefijo hacia la derecha Permite un mejor uso del espacio de direcciones, al soportar subredes de longitud variable que se adaptan mejor a casos particulares. Supernetting (sumarización) PREFIJO HOST Reduce el prefijo hacia la izquierda Permite reducir tamaño de tablas de encaminamiento y tráfico de intercambio de información de encaminamiento al posibilitar que un router anuncie y tenga una única entrada en la tabla para un conjunto de rutas. 19

20 VLSM Uso Uso más más eficiente del del espacio de de direcciones Soporta subredes no no contiguas (subredes separadas por por parte de de otra otra subred) Reglas de de asignación de de direcciones El El espacio de de direcciones en en el el que que el el campo campo subred subred es es 0 ó -1-1 para para una una máscara de de una una cierta cierta longitud, puede puede ser ser utilizado en en una una subred subred con con una una máscara de de menor menor longitud Bajo Bajo una una cierta cierta máscara, las las direcciones con con campos de de subred subred o host host 0 o -1-1 no no pueden ser ser utilizados El El espacio de de direcciones asignado bajo bajo una una máscara no no puede puede ser ser asignado bajo bajo otra otra máscara (prefijo (prefijo más más largo). largo). 20

21 VLSM Ejemplo Z Z Z V vvv No utilizable vvv 00 vvvvvv 01 vvvvvv 10 vvvvvv 11 vvvvvv No utilizable 62 hosts 62 hosts No utilizable vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv vvv Máscara de 26 bits vvv vvv vvv Máscara de 29 bits vvv No utilizable 21

22 VLSM: ejemplo Posible subnetting de una red clase C ( /24) usando VLSM No usable bajo prefijo /26 a / /26 a /26 No usable bajo prefijo Espacio de direcciones /24 dividido en 4 subnets (prefijo 26) /29 a / /29 a / /29 a /29 No usable bajo prefijo No usable bajo prefijo /30 a / /30 a / /30 a /30 Espacio de direcciones /26 dividido en 16 subnets (prefijo 30) Espacio de direcciones /26 dividido en 8 subnets (prefijo 29) 22

23 VLSM: ejemplo de asignación B:120 C:40 K:8 A:240 R1 R4 R5 L:20 H:2 J:2 M:170 F:130 R2 D:8 R3 I:20 E:60 G:130 Alternativa 1: utilizar una clase B (65534) aprovechamiento: 1,4% Alternativa 2: utilizar 13 clases C (1 por red) (3302) aprovechamiento: 23% Alternativa 3: Igual que el anterior ( 13 clases C) aprovechamiento: 23% Alternativa 4: utilizar VLSM (6 clases C) aprovechamiento: 62% Redes A, B, F, G, M: mas de 62 hosts, es necesario utilizar una clase C completa Redes C, E: Es posible utilizar una clase C dividida en 2 subnets de 62 direcciones c/u Redes I, L: Una subred de 30 hosts c/u, en el espacio libre de C y E Redes D, K: Una subred con 14 direcciones c/u, en el espacio libre de I y L Redes H, J: Una subred con 2 direcciones c/u, en el espacio libre de D ó de K 23

24 VLSM: Asignación de direcciones para el ejemplo Se dispone de 6 redes clase C: /24 a /24 Asignación de subredes Subred A /24 Subred B /24 Subred F /24 Subred G /24 Subred M /24 No usable (27) /27 Subred I /27 No usable (26) /26 Subred C /26 Subred E /26 No usable (26) /26 Subred L /27 No usable (27) /27 No usable (28) /28 Subred D /28 Subred K /28 No usable (28) /28 No usable (30) /30 Subred H /30 Subred J /30 No usable /30 24

25 CIDR (Classless Inter Domain Routing) Crecimiento no no previsto de de la la Internet Agotamiento de de las las direcciones clase B (sólo hay hay 16382) A muchas organizaciones no no les les basta con con una una dirección clase C (254 (254 hosts) Solución a largo plazo (2005): IPv6 IPv6 Solución a corto plazo: Asignación de de grupos de de direcciones clase C a los los usuarios Problemas Crecimiento Crecimiento inmanejable inmanejable de de tablas tablas de de encaminamiento encaminamiento (memoria (memoria y y proceso) proceso) Consumo Consumo excesivo excesivo de de vínculos vínculos de de transmisión transmisión debido debido a la la propagación propagación de de información información de de encaminamiento. encaminamiento. Solución a corto corto plazo: plazo: CIDR, CIDR, que que permite permite la la asignación eficiente de de las las direcciones de de red red clase clase C restantes 25

26 CIDR CIDR (RFC 1519, Nov Nov 1992) propone: Asignación jerárquica de de grupos grupos de de direcciones de de clase clase C Direcciones classless: la la división entre entre la la parte parte de de la la dirección que que corresponde a la la red red y al al host host es es variable, indicada por por una una máscara (p.e. (p.e /24) Los Los routers routers pueden pueden resumir información respecto de de un un grupo grupo de de direcciones y propagar la la información resumida (aggregation) En En las las tablas tablas de de encaminamiento, se se almacena la la información resumida Los Los protocolos de de encaminamiento más más nuevos nuevos lo lo soportan (BGP-4, OSPF, OSPF, etc) etc) Los Los routers routers soportan el el mecanismo de de matching más más específico (longest match) match) ya ya que que es es el el utlizado en en subnetting Asignación propuesta para las direcciones clase C Asignación propuesta para las direcciones clase C Direcciones a Europa Direcciones a Europa Direcciones a América del Norte Direcciones a América del Norte Direcciones a América Central y América del Sur Direcciones a América Central y América del Sur Direcciones a Asia y el Pacífico Direcciones a Asia y el Pacífico 26

27 CIDR ROUTER E /19 Asignadas: 32 clases C X a X Propaga: /19 Sumarización: Toma grupos de direcciones contiguas y propaga una única dirección con máscara más corta que las recibidas (dirección menos específica) ROUTER USUARIO H Asig: 1 C ROUTER USUARIO I Asig: 1 C ROUTER F /20 Asignadas: 16 clases C X a X ROUTER G /21 Asignadas: 8 clases C X a X RED DEST D/I RT MASCARA Propaga: /20 Propaga: / I H default I B RED DEST D/I RT MASCARA I I default I A ROUTER B /16 Asignadas: 256 clases C X a X RED DEST D/I RT M ASCARA I E I F I G default I A ROUTER C /17 Asignadas: 128 clases C X a X ROUTER D /18 Asignadas: 64 clases C X a X Propaga: /16 ROUTER A /14 Propaga: /14 Asignadas: 1024 clases C X a X X a X X a X X a X R E D D E S T D /I R T M A SC A R A I B I C I D * Las entradas en las tablas de encaminamiento se muestran parcialmente 27

28 CIDR ROUTER USUARIO H Asig: 1 C ROUTER USUARIO I Asig: 1 C ROUTER E /19 Asignadas: 32 clases C X a X ROUTER F /20 Asignadas: 16 clases C X a X ROUTER G /21 Asignadas: 8 clases C X a X RED DEST D/I RT M ASCARA Propaga: /19 Propaga: /20 Propaga: / / I H I I default I B Las direcciones son propiedad de los providers Si un usuario cambia de provider, de manera transitoria conserva su dirección introduciendo casos especiales. Ejemplo: Usuario I cambia a provider G ROUTER B Propaga: / / /24 Asignadas: 256 clases C X a X RED DEST D/I RT M ASCARA I E I F I G I G default I A ROUTER C /17 Asignadas: 128 clases C X a X La propagación de la dirección específica no es realizada por A Propaga: /14 ROUTER A /14 Asignadas: 1024 clases C X a X X a X X a X X a X RED DEST D/I RT MASCARA I B I C I D I B ROUTER D /18 Asignadas: 64 clases C X a X * Las entradas en las tablas de encaminamiento se muestran parcialmente Llegada p.ej. la dirección , se accede a la tabla utilizando el principio longest match, ya que coincide con las entradas máscara y máscara

29 Dirección más específica Entrada 1: A router R1 Entrada 2: A router R2 Sólo entrada 1: a Matching entrada 1 (16) Agregado entrada 2: a a Matching entrada 1 (16) Matching entrada 2 (24) Matching entrada 1 (16) Entrada 1: Red /16 Entrada 2: Red /24 (más específica) 29

30 Direcciones Multicast Direccionamiento soportado por por la la clase D bits bits para para direccionar grupos de de equipos Grupos permanentes y temporarios Los Los hosts periódicamente son son preguntados acerca de de su su pertenencia a los los distintos grupos (protocolo IGMP) Se Se requieren routers especiales Encaminamiento especial utilizando spanning trees Grupos permanentes: Todos Todos los los sistemas en en una una LAN LAN Todos Todos los los routers routers en en una una LAN LAN Todos Todos los los routers routers OSPF OSPF en en una una LAN LAN Todos Todos los los designated routers routers OSPF OSPF en en una una LAN LAN 30