4.4. TCP/IP Parte 1 SIRL

Transcripción

1 4.4. TCP/IP Parte 1 SIRL

2 Arquitectura TCP/IP Antes del modelo OSI Proyecto encaminado a proporcionar una red de datos robusta de arquitectura distribuida. Nace ARPA Net (Advanced Research Projects Agency Network) Defensa de EEUU y se incorporan universidades y entidades públicas. En 83 se divide en 2 redes MilNet fines militares ARPA Net para propósitos de investigación

3 Internet Arquitectura TCP/IP Se apoya en una serie de protocolos abiertos conocidos como TCP/IP Popularidad de TCP/IP debido a: Abierto y soportados por todo tipo de sistemas Desarrollados independientemente del hardware y SSOO Funciona sobre cualquier medio Emplea un esquema de direccionamiento que asigna a cada equipo conectado una dirección única en la red

4 Arquitectura TCP/IP Realmente no existe un modelo de red dividido en niveles

5 Comparativa de modelo OSI y arquitectura TCP/IP

6 Modelo de capas simplificado 1. La primera capa (capa física), se encarga de detalles como los tipos de cables, tipos de señales, codificación, etc. 2. La segunda capa (capa de enlace), se encarga del procedimiento de acceso a los datos y de la corrección de errores. 3. La tercera capa (capa de red), se encarga de la transmisión de datos a distancia. Esta capa asegura que los datos encuentren el camino al destinatario a través de diversas redes. 4. La cuarta capa (capa de transporte), recibe los datos de las aplicaciones en un orden, y asegura su envío, y orden para componer el mensaje original correctamente. Evita la perdida de paquetes. 5. La quinta capa representa finalmente el procesamiento de datos por parte de la aplicación.

7 Arquitectura TCP/IP No hay diferencia entre niveles físico y de enlace Protocolos TCP/IP comienzan en nivel 3 Libertad para creación y evolución de subredes distintas tecnologías Ha permitido la expansión de la arquitectura TCP/IP El grueso de la arquitectura está en los niveles red y transporte, a partir de ahí, todo pertenece al nivel de aplicación

8 Arquitectura TCP/IP Nivel de Red Se encarga de la transmisión de datos a distancia. Esta capa asegura que los datos encuentren el camino al destinatario a través de diversas redes. Protocolo IP: El protocolo IP y sus protocolos de enrutamiento asociados son posiblemente la parte más significativa del conjunto TCP/IP. Se encarga de: Direcciones IP: Las convenciones de direcciones IP forman parte del protocolo IP. Comunicaciones de host a host: El protocolo IP determina la ruta que debe utilizar un paquete, basándose en la dirección IP del sistema receptor. Formato de paquetes: el protocolo IP agrupa paquetes en unidades conocidas como datagramas. Fragmentación: Si un paquete es demasiado grande para su transmisión a través del medio de red, el protocolo IP del sistema de envío divide el paquete en fragmentos de menor tamaño. A continuación, el protocolo IP del sistema receptor reconstruye los fragmentos y crea el paquete original. Otro protocolos ARP, RARP ICMP

9 Arquitectura TCP/IP Nivel de Red Cuando equipo quiere enviar datos a otro equipo dentro de la red local, el emisor debe generar el datagrama y estos deben pasar al nivel inferior (enlace), para generar las tramas en el nivel de enlace (Ethernet) también es necesario conocer la MAC. Protocolo ARP vs RARP El protocolo ARP es un protocolo de apoyo al nivel de red que efectúa la resolución de la dirección IP (de 32 bits de longitud) a la dirección física (dirección MAC en LAN de 48 bits de longitud). ARP hace un trabajo de mantenimiento de la tabla de direcciones MAC, esta tabla se conoce como tabla ARP ARP: Cuando una máquina (que conoce la dirección IP de otra máquina) desea conocer la dirección física de la otra máquina, difunde una trama, que contiene un paquete ARP Request, a todas las máquina conectadas a esa red (broadcast). Con este paquete se solicita a la máquina con dirección IP que responda indicando su dirección física. El protocolo RARP es un protocolo de apoyo al nivel de red que efectúa la resolución de la dirección física a la dirección IP.

10 Arquitectura TCP/IP Nivel de Red El Protocolo de Mensajes de Control de Internet (ICMP) detecta y registra las condiciones de error de la red (ICMP no permite corregir los errores ). ICMP registra: Paquetes soltados: Paquetes que llegan demasiado rápido para poder procesarse. Fallo de conectividad: No se puede alcanzar un sistema de destino. Redirección: Redirige un sistema de envío para utilizar otro enrutador. Por ejemplo, cuando intentas acceder a una dirección que no existe, normalmente se te notificará con un mensaje ICMP. Además hay también una serie de aplicaciones (Ping o Traceroute) que utilizan ICMP. ICMP es usado por todos los routers para indicar un error (llamado un problema de entrega).

11 Arquitectura TCP/IP Nivel de Red ICMP es considerado un protocolo del nivel de red, sin embargo, los mensajes ICMP van encapsulados en datagramas IP.

12 Arquitectura TCP/IP Nivel de Red IGMP significa Protocolo de Administración de Grupos de Internet. Es un método que utilizan los routers para comunicarse unos con otros al enviar y recibir datos a través de Internet. Cuando te conectas a Internet con un router, el router busca e identifica otros routers cerca de la zona en función de sus direcciones IP. Esto hace que sea más fácil enviar y recibir datos a través de Internet, ya que IGMP ayuda a encontrar el camino más corto posible entre la red de routers

13 Arquitectura TCP/IP Nivel de Transporte Una de las funciones importantes implementadas en el nivel de transporte es la definición de los puertos del protocolo, llamados simplementes puertos, que ofrecen un mecanismo para identificar la comunicación de un proceso individual dentro de un host. En la arquitectura TCP/IP los puertos son números de 16 bits, es decir, el rango de puertos válidos es de 0 a

14 Arquitectura TCP/IP Nivel de Transporte El protocolo UDP (Protocolo de Datagrama de Usuario) es un protocolo no orientado a conexión de la capa de transporte del modelo TCP/IP. Lo que hace UDP es envolver el paquete con una pequeña cabecera que añade la información necesaria, en este caso los puertos. El trabajo de UDP ya ha terminado y tiene que pasar el paquete a otro protocolo para que se encargue del resto de la comunicación. Cuando se usa UDP deben los protocolos del nivel de aplicación los que se encarguen del control de errores.

15 Arquitectura TCP/IP Nivel de Transporte TCP (que significa Protocolo de Control de Transmisión) El objetivo de TCP Con el uso del protocolo TCP, las aplicaciones pueden comunicarse en forma segura (gracias al sistema de acuse de recibo del protocolo TCP) independientemente de las capas inferiores. Esto significa que los routers (que funcionan en la capa de Internet) sólo tienen que enviar los datos en forma de datagramas, sin preocuparse con el monitoreo [evitar saturación de red] de datos porque esta función la cumple la capa de transporte (o más específicamente el protocolo TCP). Está orientado a la conexión: Durante una comunicación usando el protocolo TCP, las dos máquinas deben establecer una conexión. Para posibilitar la comunicación y que funcionen bien todos los controles que la acompañan, los datos se agrupan; es decir, que se agrega un encabezado a los paquetes de datos que permitirán sincronizar las transmisiones y garantizar su recepción. Otra función del TCP es la capacidad de controlar la velocidad de los datos usando su capacidad para emitir mensajes de tamaño variable. Estos mensajes se llaman segmentos.

16 Arquitectura TCP/IP Nivel de Transporte TCP (que significa Protocolo de Control de Transmisión) Un segmento TCP está formado de la siguiente manera:

17 Arquitectura TCP/IP Nivel de Transporte

18 Arquitectura TCP/IP Nivel de Aplicación Se definen algunos protocolos como: Transferencia de correo electrónico SMTP Transferencia de ficheros FTP Transferencia de hipertexto HTTP Terminal remoto TELNET

19 Protocolo de red IP El protocolo IP es el principal protocolo que utiliza la arquitectura TCP/IP BASADO EN DATAGRAMAS La información a transmitir se divide en fragmentos Cada paquete o fragmento de información que transporta IP es llamado datagrama NO ORIENTADO A CONEXIÓN No se establece camino previamente, con lo cual cada datagrama viaja de forma independiente pudiendo llegar al destino fuera de secuencia o duplicado NO FIABLE No ofrece comprobaciones ni seguimientos Intenta que los datos lleguen al destino lo mejor que pueda pero sin ofrecer garantías La unidad básica de información en el nivel 2 (n ivel de enlace) se denomina trama, en el nivel 3 (nivel de red) se denomina datagrama

20 Protocolo de red IP Comparación de IP con el servicio de correos Envío normal no seguimiento de la carta En el servicio de correos, cuando queremos fiabilidad en la entrega se utiliza envío postal con acuse de recibo. A IP si es necesario una comunicación fiable, se añade otro protocolo que de fiabilidad a la transmisión, este es TCP.

21 Protocolo de red IP Versiones Versión implantada IPv4 (Ipv5 experimental, no comercial) Algunas limitaciones llevaron al desarrollo del IPv6 (IPng) Por ahora IPv6 es poco utilizado, aunque el agotamiento de las direcciones de IPv4 está obligando a empezar a utilizar IPv6 de forma mas másiva Datagrama IPv4 Cabecera con info de control y los Datos Longitud del datagrama variable Tamaño máximo bytes

22 Datagrama IPv4 Aunque la longitud máxima que admite protocolo IP es de bytes, en la práctica el tamaño es bastante inferior y depende de la tecnología de red empleada en niveles inferiores Esto es así para evitar fragmentaciones del datagrama, lo ocasionaría pérdida de rendimiento El tamaño máximo se adapta a la MTU (Maximum Transfer Unit) del nivel de enlace. El tamaño máximo del datagrama IP suele adaptarse a la MTU del nivel de enlace. Ejemplo Ethernet Tamaño máximo trama 1518 bytes Tamaño datagrama IP 1500 bytes

23 Direccionamiento IPv4 Una de las principales funciones del nivel de red es el llamado direccionamiento lógico. DIRECCIONAMIENTO LÓGICO Se utiliza para definir un identificador para cada dispositivo de red pero teniendo en cuenta la jerarquía necesaria en la arquitectura de redes Por tanto, en el protocolo IP cada dispositivo debe tener asignada una dirección lógica, conocida como DIRECCIÓN DE RED ó DIRECCIÓN IP Formada por 32 bits (4 bytes) Consta de 3 campos: Clase, Identificador de red e Identificador de host Se define notación más práctica (notación puntodecimal)

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26 Direccionamiento IPv4 CLASE Las clases se definieron en el protocolo IP para optimizar el uso de enrutamiento de los datagramas, ya que no usar clases hubiera supuesto que los routers deberían almacenar una gran cantidad de información en sus tablas de encaminamiento, lo cual hubiera sido negativo para el funcionamiento de las redes. Varias tipos de redes clases para cubrir necesidades Cada clase permite un máximo nº de direcciones IP en cada red

27 CLASES Direccionamiento IPv4 Características A Bit más significativo 0 7 bits para identificar la red 24 para identificar el host B 2 primeros bits bits para identificar la red 16 bits para identificar el host C 3 primeros bits bits para identificar la red 8 bits para identificar el host D 4 primero bits 1110 Para direcciones de multienvío (permite distribuir un mismo mensaje a un grupo de equipos dispersos por una red. Consiste en utilizar una dirección clase D, la cual especifica el grupo de dispositivos que recibirán el paquete. Es un tipo de broadcast) E 4 primero bits 1111 Reservado para uso futuro/experimental.

28 Direccionamiento IPv4

29 Direccionamiento IPv4 Ejercicio: A qué clase de red pertenecen estas direcciones IP?

30 Direccionamiento IPv4 Ejercicio: Identificación de Red y Host Rodeo con un círculo la parte de red de cada IP Rodeo con un círculo la parte de host de cada IP

31 Direccionamiento IPv4 Rango de las clases Capacidades teóricas de cada una de las clases: Puede haber un máximo de 128 (2 7 ) redes de clase A. Cada red de clase A puede contener un máximo de (2 34 ) hosts. Puede haber un máximo de (2 14 ) redes de clase B. Cada red de clase B puede contener un máximo de (2 16 ) hosts. Puede haber un máximo de (2 21 ) redes de clase C. Cada red de clase C puede contener un máximo de 256 (2 8 ) hosts.

32 Subredes Las direcciones IP incluyen 2 niveles jerárquicos Parte para identificar la red Parte para identificar equipo o host dentro de la red IP permite un 3er nivel nivel de subred Para organizar de forma interna (organización) un rango de direcciones asignadas

33 Subredes Enmascaramiento: Proceso para obtener la dirección de red o subred de una dirección IP dada. Para utilizar la técnica se usa MASCARA DE RED ó MASCARA Nº de 32 bits que define que bits de una dirección IP se utiliza para identificar una red o subred y cuales para identificar el host La máscara está condicionada por la clase Los 1 para los bits que identifican la red Los 0 para los bits que identifican el equipo

34 Subredes Enmascaramiento Las máscaras para redes que no usan subredes están acordes con las clases Los bits que identifican la red o subred toman el valor 1 en la máscara. Los bits que identifican el equipo toman el valor 0 en la máscara. Métodos para expresar la máscara: Clase A o /8 Clase B o /16 Clase C o /24 Ejemplo: /16 es

35 Subredes Para obtener la dirección de subred a partir de una dirección de red y una máscara se sigue el siguiente procedimiento Los bytes de la dirección IP que corresponden con 255 en la máscara se repiten en la dirección de subred Los bytes de la dirección IP que se corresponden con 0 en la máscara se cambian por 0 en la dirección de subred Los bytes diferentes de 0 y 255 se aplica el operador AND entre el byte de la IP y el byte de la máscara Broadcast: En toda red existe un mecanismo para enviar un mensaje o paquete que reciben todas las computadoras de la red. Este mecanismo se llama broadcast. Por ejemplo, si enviamos un mensaje con dirección , lo recibirán todos dispositivos de la red La dirección de broadcast es especial y no puede usarse para un equipo.

36 Para obtener la dirección de subred Lo que tienes: Lo que debes deducir: Clase C Parte de red: Parte de host :...33 Subredes Para obtener la misma información a la que has llegado, el ordenador debe operar en binario con un AND entre la dirección de red y la máscara de subred:

37 Completa la siguiente tabla: Subredes IP Máscara Clase de la IP Dir. subred Dir. red Clase A

38 Subredes Caso práctico: Supongamos que nuestro proveedor de Internet nos asigna la red y que necesitamos al menos 10 subredes, una para cada departamento de nuestra empresa. Primero determinemos cuántos bits tenemos que tomar prestado de la dirección de dispositivo. Según la tabla de la derecha. Puedes comprobar que necesitamos 4 bits, lo cual nos proporciona 14 subredes (recordemos que perdemos dos subredes). Viendo el valor del primer byte de la dirección, 192, es una red clase C, por tanto disponemos de 8 bits para identificar los dispositivos. Tomando 4 bits de los 8 nos quedan 8 4 = 4 bits para direcciones de dispositivos, o sea, 2 ^ 4 2 = 16 2 = 14 dispositivos (la primera dirección corresponde a la dirección de subred y la última corresponde a la dirección de broadcast, por tanto tenemos que restar estas dos direcciones especiales).

39 Continuación caso práctico: Las subredes que obtenemos son Subredes

40 Subredes si eliminamos la primera y la última subredes obtenemos finalmente

41 Subredes Ejercicio: Una empresa tiene reservada para su uso la dirección IP de clase B. Esto le permite utilizar hasta direcciones de hosts diferentes. Al ser un número elevado de direcciones, y por razones de organización, puede crear subredes. El número máximo de subredes que se pueden crear depende de la máscara elegida y debe ser potencia de dos, es decir, 2, 4, 8, 16, 32. Se decide utilizar una máscara que permita crear hasta 8 subredes. Cómo lo haríamos? Sigue el siguiente proceso: Cuál es la máscara original para clase B? Qué modificación a la máscara original debemos hacer para crear 8 subredes? (poner en binario y luego pasar a formato decimal) Cuáles serían las 8 subredes? Cuál sería el primer equipo y el último de cada subred? cuál sería la broadcast de cada subred? Realiza una tabla con todos los resultados

42 Subredes

43 Subredes

44 Direccionamiento IPv4 Direcciones reservadas y direcciones de difusión broadcast Broadcast: En toda red existe un mecanismo para enviar un mensaje o paquete que reciben todas las computadoras de la red. Este mecanismo se llama broadcast. Por ejemplo, si enviamos un mensaje con dirección , lo recibirán todos dispositivos de la red La dirección de broadcast es especial y no puede usarse para un equipo.

45 Direccionamiento IPv y Es muy común en Informática utilizar el cero como un valor que indica una condición especial. Internet no es la excepción. La dirección significa "este dispositivo" y solamente se utiliza cuando se está iniciando el sistema y no se conoce todavía la dirección asignada al dispositivo. No está permitido su uso como dirección de destino. En cambio, la dirección , que también significa "este mismo dispositivo", sí se puede usar como dirección de destino y el efecto es que los mensajes que se le envíen "rebotan" y vuelven a ser recibidos por el mismo dispositivo. Esto es muy útil para propósitos de pruebas. Por ejemplo, podemos correr un servidor Web en la misma computadora donde estemos haciendo páginas.html dinámicas; cuando queramos ver cómo lucen, podemos correr el navegador con el URL " Esta dirección también se llama "loopback address". Realmente todas las direcciones del rango se comportan de la misma manera, pero en la práctica se usa solamente Un detalle importante es que las direcciones a no deben aparecer nunca fuera de la computadora o dispositivo de red. Ni siquiera en la red local. El sistema operativo debería encargarse de esto. Si los ve en su red, es señal de que algo anda mal, muy posiblemente una intrusión.

46 Arquitectura IP Direccionamiento IP permite disponer de rangos de direcciones asignados a diferentes redes interconectadas entre sí Para poder interconectar 2 ó+ redes router o encaminador ROUTER Dispositivo capaz de transmitir datagramas IP de una red a otra con el objetivo de encaminar datagramas a la red final donde está conectado el dispositivo receptor de los datos. Los router están conectados a dos o más redes lógicas diferentes, por tanto, debe tener una interfaz por cada red a la que está conectado y cada una de las interfaces de red del router deberá tener asignada una dirección IP válida en cada una de las redes.

47 Arquitectura IP Interconexionado de redes IP mediante routers

48 IP Pública y Privada Al principio: todos los dispositivos utilizaban IP públicas Si 1 empresa quería conectar su red a Internet solicitaba bloque de direcciones Se asignaba un rango completo de una clase (A, B óc) Un organismo llamado IANA (Internet Assigned Numbers Authority) se encargaba de asignarlas No era viable en vista del rápido crecimiento de Internet Objetivo: Optimizar uso de IP públicas CÓMO? Mediante direcciones privadas

49 IP Pública y Privada DIRECCIONES PRIVADAS Solo son válidas en una red privada, y no se pueden utilizar para la conexión a otras redes No es posible encaminar fuera de las redes privadas datagramas que utilicen este tipo de direccionamiento, por ello reciben el nombre de direcciones no enrutables Primer Rango Último Rango Total Rangos Máscara Descripción IPs privadas Clase A IPs privadas Clase B IPs privadas Clase C

50 IP Pública y Privada Para dar Internet a direcciones privadas se utilizó una técnica NAPT (Network Address Port Traslation) una variantes de NAT (Network AddressTraslation) Permite compartir una dirección IP pública entre varios dispositivos conectados a la misma red privada En la actualidad, lo más frecuente es encontrar redes locales que utilizan direccionamiento privado dentro de la propia red y solo los routers tienen direccionamiento publico.

51 Asignación IP Privadas IP privadas Uso: redes locales Todos los dispositivos conectados necesitan una dirección IP para intercambiar datos Necesita conectividad física y lógica CONECTIVIDAD FÍSICA Infraestructura física Camino físico por el que intercambiar los datos (Ethernet, Wi Fi) CONECTIVIDAD LÓGICA Parámetros de configuración del nivel de red permiten intercambio de información Necesaria la conectividad física (Dirección IP, máscara de subred)

52 Asignación IP Privadas

53 Asignación IP Privadas En algunos casos, además, se puede organizar el direccionamiento de la red en subredes. El uso de subredes se conoce con el término subnetting. SUBNETTING Se usa principalmente para separar el tráfico de la red generado por diferentes áreas donde está implementada la red Si hay diferentes subredes no habrá visibilidad entre los equipos de distintas subredes Si hay conectividad física Para tener conectividad lógica ROUTER

54 Arquitectura TCP/IP TCP (que significa Protocolo de Control de Transmisión) Un segmento TCP está formado de la siguiente manera:

55 Arquitectura TCP/IP

56 Procedimiento para establecer conexión 3 pasos 1. El origen de la conexión envía un segmento TCP 1. Número de secuencia inicial N 2. Indicador SYN activo 2. El destinatario responde con un segmento TCP 1. Número de secuencia M 2. Indicador SYN activo 3. ACK activo con un número de confirmación N+1 3. El origen da paso a otro segmento TCP 1. Número de secuencia N+1 2. Indicador ACK activo y número de confirmación M+1

57 Procedimiento para finalizar una conexión 4 pasos 1. El proceso que desea terminar la conexión envía un segmento TCP 1. Indicador FIN activo 2. Número de secuencia inicial N 2. El proceso en el otro extremo envía un segmento TCP 1. Número de secuencia inicial M 2. Indicador ACK activo con número de confirmación N+1 3. Este último proceso envía otro segmento TCP 1. Indicador FIN activo 2. Número de secuencia M+1 4. El primer proceso cuando recibe los segmentos anteriores genera un segmento TCP 1. Número de secuencia N+1 2. Indicador ACK activo con número de confirmación M+2

58 Estados que definen su comportamiento