Version Mar 30, Computer Networks I. application. transport Capa de Red link. physical.

Transcripción

1 Version Mar 30, 2017 Computer Networks I application transport network red Capa de Red link physical inocente.sanchez@uclm.es

2 Preámbulo Capa de red Protocolo IP Formato Fragmentación Direccionamiento Con clases Sin clases Configuración de red / Gestión de protocolos ICMP DHCP Internet, the IP protocol 2

3 Capa de red Empaquetado: Encapsulado de la carga (payload) Enrutado host-to-host: El datagrama puede ir a través de otros hosts (o redes). Normalmente hay más de un camino posible Ayuda desde los protocolos de enrutado (no este año) No orientado a conexión: Los paquetes se enrutan a su destino como entidades individuales (no relacionadas). Direccionamiento A través de routers que eligen el próximo salto Basado en tabla de enrutamiento No confiable: No se asegura la entrega del paquete ni el orden de llegada. Lleva a cabo un servicio de mejor esfuerzo, donde mejor puede no ser nada Internet, the IP protocol 3

4 Capa de Red Internet, the IP protocol 4

5 Capa de Red Servicio no orientado a conexión Forwarding Internet, the IP protocol 5

6 Protocolo IP RFC 791 El propósito del Protocolo de Internet IP es mover datagramas a lo largo de un conjunto interconectado de redes RFC 791 i Todo lo dicho aquí se refiere a la versión 4 de IP Internet, the IP protocol 6

7 Aspectos básicos IP trata con aspectos fundamentales de la Capa de Red: Formato del paquete Direccionamiento lógico Enrutado de datagramas Internet, the IP protocol 7

8 Datagrama IP Formato cabecera Datagrama IP bytes cabecera bytes Carga (payload) Versión IHL Tipo servicio Longitud total 20 bytes Identificación Tiempo de vida Protocolo Comprobación cabecera D F M F Dirección lógica origen (IP) Fragmentación offset Dirección lógica destino (IP) 0 40 B Opciones Internet, the IP protocol 8

9 Datagrama IP Formato cabecera Versión (4 bits): Es la versión del protocolo IP. Es 4 para IPv4 y 6 para IPv6. IHL (Internet Header Length) (4 bits): Es la longitud de la cabecera en palabras de 32 bits (4 bytes). Tipo de servicio (8 bits) Puede usarse para priorizar el tráfico ante la congestión o diferenciación de servicio. Se llama Calidad de Servicio (QoS). Longitud total (16 bits) Longitud total del paquete, incluyendo la cabecera. El máximo tamaño de un paquete IP es bytes. Internet, the IP protocol 9

10 Datagrama IP Cabecera (campos de fragmentación) Identificación (16 bits): Número de Identificación del datagrama. Cuando se fragmenta un paquete, todos los fragmentos del mismo datagrama tienen el mismo valor en este campo. DF (Don't Fragment) (1 bit). Pide a los routers que no fragmenten el paquete. MF (More Fragments) (1 bit). Indica que este fragmento no es el último (bit a 1) o sí es el último (bit a 0). En el caso de paquetes no fragmentados, este bit está siempre a 0. Fragmentación offset (13 bits). Posición del fragmento en el datagrama original. El valor se expresa como un número de palabras de 8 bytes (64 bits). Puede haber como máximo 8192 fragmentos. El primer fragmento y los datagramas no fragmentados tienen siempre un valor 0 en este campo. La longitud del fragmento debe ser múltiplo de 8, excepto para el último, que puede no serlo. Internet, the IP protocol 10

11 Tiempo de vida (TTL, Time To Live) (8 bits): Es el máximo tiempo que el paquete puede estar vivo en la red. Cuando un router envía el paquete, decrementa dicho valor en 1. Cuando el TTL alcanza el valor 0, se descarta el paquete Protocolo (8 bits, 2 bytes): Un código que describe el protocolo de la carga (payload). ICMP 01 IGMP 02 IP 04 Datagrama IP Cabecera TCP 06 UDP 17 (Hex. 11) OSPF 89 i Todos los protocolos numerados en: Internet, the IP protocol 11

12 Datagrama IP Cabecera Suma de comprobación (16 bits): Se calcula sobre los datos de la cabecera para detectar errores. Se debe recalcular en cada salto. Origen (32 bits): Dirección IP de la interfaz del host origen. Destino (32 bits): Dirección IP de la interfaz del host destino. Internet, the IP protocol 12

13 Fragmentación IP Los routers IP envían datagramas entre distintas redes. El tamaño máximo de la trama, Maximum Transfer Unit (MTU) puede cambiar de una red a otra. Por ejemplo, en tramas Ethernet el tamaño máximo es 1500 bytes MTU: 1000 MTU: 500 Los paquetes se deben trocear para los routers. Sólo el host destino puede reensamblar los fragmentos. Internet, the IP protocol 13

14 Fragmentación IP Ejemplo MTU: 5000 origen Envío de un datagrama de 4000 B en tres fragmentos. Los numerados 1 y 3 por R3 (limitado a 1400 B) y el numerado 2 por R4-R5 (limitado a 800 B) MTU: 1420 R1 R2 f.1 y f.3 destino MTU: 2500 MTU: 2500 R3 f.2 R4 MTU: 820 R5 Internet, the IP protocol 14

15 Fragmentación IP Ejemplo con MTU=1420 ( ) 15

16 Fragmentación IP Ejemplo 16

17 Direccionamiento IP La dirección IP es un número entero de 32 bits. La dirección identifica un punto de conexión (un NIC, Number Interface Card). La dirección IP es un número universal único. El espacio de direccionamiento es 2 32 = Un único host puede tener varias interfaces y, por tanto, varias direcciones IP, una por cada interfaz conectada Computer Networks I 17

18 Direccionamiento IP Tres tipos de notación Internet, the IP protocol 18

19 Direccionamiento IP Direccionamiento jerárquico NetID, identifica la red, asignada por una autoridad mundial, IANA (Internet Assigned Number Authoriry) HostID, identifica a un host dentro de una red. Internet, the IP protocol 19

20 Direccionamiento con clases División original del direccionamiento de Internet Internet, the IP protocol 20

21 Direccionamiento sin clases El direccionamiento con clases es poco flexible. El direccionamiento sin clases permite definir bloques de longitud variable de cualquier tamaño (potencia de 2). La primera dirección y la máscara definen el bloque Implica problemas de enrutado, resueltos por CIDR (Class Inter Domain Routing). Normalmente usamos direccionamiento sin clases Entonces tenemos SIEMPRE que añadir máscara de red Computer Networks I 21

22 Extracción Inform. Direccion. Ejemplo: X / 27 Nº de direcciones disponibles en la red: =2 5 =32 Primera dirección: (direc. red) Última dirección: (direc. broadcast) Una dirección: (cualquiera) Computer Networks I 22

23 Direccionamiento Máscara de red La máscara es un entero de 32 bits que define la red. i dirección red = [dirección host] AND [máscara] Dirección host: Máscara Es una red clase B Pero Máscara Dirección de red Dirección de red: con máscara Computer Networks I 23

24 Direccionamiento sin clases Ejemplo Ejemplo: En este ejemplo, n=28 Máscara: Primera: ( )AND( )= Última: ( )OR( )'= Tamaño: 2 32-n = 16 o bien = 16 La primera dirección y la última NO se usan para hosts Computer Networks I 24

25 Direccionamiento Máscara de red Máscaras por defecto para las tres clases A B C La máscara es necesaria porque no usamos direccionamiento con clases normalmente (obsoleto). La máscara equivale a /20 La máscara equivale a /21 La máscara equivale a /22 La máscara equivale a /23 La máscara equivale a /24 La máscara equivale a /25 La máscara equivale a /26 La máscara equivale a /27 La máscara equivale a /28 Computer Networks I 25

26 Subredes RFC 950 Problema: Las redes clase A y B están infrautilizadas. Solución: Dividirlas en subredes más pequeñas. Parte de identificador del host se usa para identificar la subred net id host id sub-net id La figura muestra una subred con 4 bits de identificación. Por tanto, hay 16 subredes con hosts cada una de ellas. Computer Networks I 26

27 Subredes El número de subredes debe ser potencia de 2. Se puede aplicar a cualquier bloque no usado. Es una decisión local que toma el administrador. No se ve hacia afuera. Ejemplo: Hacer subredes en la red adjunta para obtener 4 bloques: Network: / Internet Computer Networks I 27

28 Subredes (continuación ejemplo) Subnet: /26 X.X.X Bcast: X.X.X Subnet: /26 X.X.X Bcast: X.X.X Subnet: /26 X.X.X Bcast: X.X.X Subnet: /26 X.X.X Bcast: X.X.X Red original dividida en 4 subredes iguales Internet Computer Networks I 28

29 Variable Length Subnet Mask (VLSM) Ejemplo 1 Divide la red /24 en 3 subredes, una con 120 y las otras 2 con 60 hosts. Subred 0: Dirección red: /25 Soporta 126 hosts Subred 1: Dirección red: /26 Soporta 62 hosts Subred 2: Dirección red: /26 Soporta 62 hosts /24: / / / /26 0XXX XXXX 10XX XXXX 11XX XXXX Computer Networks I 29

30 Variable Length Subnet Mask (VLSM) Ejemplo 2 Divide la red /24 para conseguir 8 subredes de distintos tamaños / / / / / / / /30 Nota: Se han marcado 3 subredes /26, 1 subred /27 y 4 subredes /30. Ninguna de los subredes marcadas pertenece a otra subred de tamaño superior /30 No hay direcciones repetidas en las 8 subredes marcadas /30 Se han marcado: 62 direcciones válidas de hosts de la subred /26 (desde hasta ) /30 62 direcciones válidas de hosts de la subred /26 (desde hasta ) 62 direcciones válidas de hosts de la subred /26 (desde hasta ) /30 30 direcciones válidas de hosts de la subred /27 (desde hasta ) 2 direcciones válidas de hosts de la subred /30 (desde hasta ) /30 2 direcciones válidas de hosts de la subred /30 (desde hasta ) 2 direcciones válidas de hosts de la subred /30 (desde hasta ) /30 2 direcciones válidas de hosts de la subred /30 (desde hasta ) /30 TOTAL: 224 direcciones válidas de hosts Computer Networks I 30

31 Variable Length Subnet Mask (VLSM) Ejemplo 2 (símil geográfico) Cita 8 lugares de España de distintos tamaños España Galicia Comunidad Madrid Andalucía Castilla La Mancha COMUNIDADES AUTÓNOMAS Nota: Por simplicidad, no se han puesto TODOS los casos posibles Toledo Ciudad Real Almagro PROVINCIAS Valdepeñas Puertollano Tomelloso Manzanares Nota: Se han marcado 3 comunidades autónomas, 1 provincia y 4 municipios. Ninguno de los lugares marcados pertenece a otro marcado de tamaño superior Alcázar MUNICIPIOS Computer Networks I 31

32 Direccionamiento de enlace local RFC 3927 Es una forma de autoasignarse direcciones IP sin el protocolo DHCP u otro servicio externo. El host elige una dirección en el bloque /16 (tipo X.Y) usando un número pseudoaleatorio. Estas direcciones sólo son válidas para comunicar con vecinos (mismo enlace físico o lógico). No son direcciones enrutables. Computer Networks I 32

33 Direcciones especiales RFC Este host (cualquier interfaz) Todos los hosts: XX... XX Esta red XX... XX Todos los hosts de esta red XX... XX Un host de esta red X.X.X Interfaz virtual interna (loopback): Computer Networks I 33

34 Direcciones privadas Algunos bloques están reservados para direccionamiento privado (administrados de forma privada). Los paquetes con una dirección de destino privada nunca deben salir de la red (10/8 prefijo) ( hosts en 1 bloque de 24 bits) (172.16/12 prefijo) ( hosts en 1 bloque de 20 bits) ( /16 prefijo) ( hosts en 1 bloque de 16 bits) RFC 1918 Computer Networks I 34

35 ICMP Internet Control Message Protocol RFC 792 Es un protocolo de la capa de red. Complementa al protocolo IP para suministrar: Informes sobre aspectos de la entrega del paquete IP. Pide información variada sobre routers y hosts. Los mensajes ICMP se encapsulan en paquetes IP. Cabecera ICMP Datos ICMP Cabecera trama Cabecera IP Carga trama Carga IP Cola trama Internet, the IP protocol 35

36 Formato del mensaje ICMP Tipo Código Suma comprobación Resto de cabecera Datos (tamaño variable) Tipos de mensajes: Errores Destino inalcanzable Frenar origen Tiempo excedido Problema de parámetros Redirección Peticiones Eco (solicitud y respuesta) Marca de tiempo (solicitud y respuesta) Dirección de máscara (solicitud y respuesta) Solicitud de router o anuncio Internet, the IP protocol 36

37 Errores ICMP Los mensajes de error ICMP se envían SIEMPRE al host origen. ICMP nunca corrige, sólo informa. Algunos casos que no provocan errores ICMP: En respuesta a un datagrama que lleve un mensaje de error ICMP. Para un datagrama fragmentado que no sea el primer fragmento. Para un datagrama que tenga una dirección multicast. Para un datagrama que tenga una dirección especial, como Los mensajes de error ICMP incluyen en su campo de datos la cabecera del paquete original y los 8 primeros bytes de los datos del datagrama Internet, the IP protocol 37

38 Errores ICMP Destino inalcanzable Enviado por un router (o un host destino) para indicar que el paquete IP no se ha entregado. El mensaje incluye un motivo (16 códigos distintos). Frenar origen Es un mecanismo básico de control de flujo / congestión Necesita que el origen disminuya la tasa de datos. Tiempo excedido Enviado por un router para indicar que el tiempo de vida TTL del paquete se ha hecho 0 Enviado por un host destino si no llegan todos los fragmentos en un cierto tiempo. Internet, the IP protocol 38

39 Errores ICMP Problema de parámetros Enviado por el router o el host destino si el paquete está corrupto o si se han perdido campos. Redirección Enviado por los routers a los hosts para indicar que había un primer router mejor que él. El host puede usar dicha información para actualizar su tabla de enrutamiento. Internet, the IP protocol 39

40 Eco Peticiones ICMP Usado para verificar la conectividad a nivel de red. Cuando un host (o router) recibe una solicitud de Eco, debe responder con una respuesta al mismo. Marca de tiempo Se puede usar para medir tiempo de latencia entre hosts remotos. Máscara de dirección Los hosts pueden preguntar acerca de máscaras de red a routers. Solicitud a router Los hosts pueden pedir a los routers locales que digan que están ahí. Los routers responden con su identificación. Internet, the IP protocol 40

41 Formato mensaje DHCP Dynamic Host Configuration Protocol El Protocolo DHCP es un protocolo de cliente/servidor que automáticamente proporciona un host IP con su dirección IP y otra información de configuración relacionada como la máscara de subred y puerta de enlace por defecto Internet, the IP protocol 41

42 Operaciones DHCP Internet, the IP protocol 42