Laboratorio 4: Asignación de Direcciones IPv4.

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1 Redes de Datos Laboratorio 4 - Instructivo. Laboratorio 4: Asignación de Direcciones IPv4. Instrucciones generales Para poder realizar exitosamente la práctica, deberá cumplir las siguientes etapas: Previo al laboratorio Estudiar la información contenida en este instructivo. Se recomienda consultar las referencias sugeridas u otras de su preferencia. Completar el Preinforme en forma individual, el cual deberá ser entregado para ingresar al laboratorio. Se recomienda conservar una copia para su uso durante la práctica. Imprimir y leer el procedimiento de la práctica incluido en el Informe. Se recomienda imprimir una página por faz. Traer un disquete/memoria USB para poder probar comandos que acceden al dispositivo y/o guardar resultados. Durante el laboratorio Seguir el procedimiento indicado en el Informe y completarlo en forma grupal. El Informe deberá ser entregado al finalizar la práctica. NO SE ACEPTA ENTREGA DE INFORMES EN OTRO MOMENTO. Después del laboratorio Agradecemos que nos envíe sus aportes al foro específico creado en la página web del curso. Objetivos. Distribuir cierto rango de direcciones IP adecuadamente entre cierto grupo de máquinas conectadas entre sí. Configurar las diferentes interfaces y conexiones para implementar dicha topología en el laboratorio. Al finalizar la práctica, el estudiante será capaz de: 1. Asignar direcciones IP adecuadamente a cierta topología de red. 2. Configurar las interfaces de las máquinas para que utilicen las direcciones asignadas. Preparación. 1. Direcciones IP. El protocolo de Internet versión 4 (IPv4) posee direcciones formadas por 4 octetos o bytes, los cuales se escriben usualmente en "notación decimal con punto" ("dotted decimal notation"). De esta forma, cada byte se expresa por su valor decimal entre 0 y 255. Los 4 valores decimales se separan con puntos. Redes de Datos 2012 Instructivo Laboratorio 4 Página 1 de 9

2 En binario En notación decimal con punto Comentario Dirección de subred (* 1 ) Dirección de máquina Notación binaria y decimal con punto. (* 1 ) Considerando máscara o /24 como se vera mas adelante. La conexión en red entre dos máquinas a través de un medio físico requiere la existencia de dos interfaces de red, una en cada máquina. Una interfaz de red es una parte de hardware y software (muchas veces "embedded" o embebido) colocada entre el medio físico y la máquina propiamente dicha. Puede ser un equipo separado, como un módem externo, o hallarse dentro del equipo, como las tarjetas de red Ethernet. Aunque es posible asignar una misma dirección IP a más de una interfaz de la propia máquina, lo habitual es disponer de una dirección IP diferente por cada interfaz de red presente en el equipo. Como se vio en el teórico, para la distribución de direcciones IP en distintas redes, los bits de las mismas se dividen arbitrariamente en 2 partes, una parte que identifica la red (bits más significativos) y otra que identifica el host dentro de la red (bits menos significativos). Es decir, que una red IP consiste en un conjunto de números de dirección IP consecutivos que comparten los mismos bits más significativos. A la primer dirección de la red (la que tiene 0 en los bits que identifican al host) se la denomina dirección de red, no pudiendo ser utilizada por ningún equipo. Para saber qué parte de una dirección IP dada corresponde a la red solo hace falta saber cuántos bits de los 32 de la dirección se utilizan para ello. La notación tradicional da lugar a la denominada máscara de red (netmask), que consiste en un número de 32 bits con valor 1 en los bits que corresponden a la parte de red de la dirección, y 0 en los bits que corresponden a la parte de host. La función de la máscara de red es entonces determinar qué parte de la dirección corresponde a la red y qué parte corresponde a las máquinas. Una máscara de red es entonces un número de 32 bits de la forma , con tantos 1 como bits utilizados para la porción de red de la dirección. La idea es que el AND de la dirección con la máscara determine la dirección de red como se muestra a continuación. Dirección de máquina Máscara de red Parte red Parte máquina Dirección de la red Dirección de difusión Interpretación de una dirección IP. Una forma alternativa y más corta de expresar las máscaras es dar la cantidad de 1s que contienen en su representación binaria. Así, la combinación red/máscara / puede escribirse como /24. Observaciones: Redes de Datos 2012 Instructivo Laboratorio 4 Página 2 de 9

3 La operación AND (bit a bit) de una dirección IP con una máscara de red da la dirección de red correspondiente a esa dirección IP. Las direcciones de máquina posibles para la subred están dadas por el conjunto de bits de menor orden contiguos a la dirección de red. La cantidad de 0s en la máscara de red determina la cantidad de bits que habrán de tomarse para determinar todas las direcciones posibles dentro de esa subred. Esto introduce una limitación en el número de máquinas de la subred. Se reserva para difusión la dirección más alta de la subred, es decir, con todos sus bits en la parte de máquina en 1. Esta dirección no puede asignarse a ningún equipo. Quitando las direcciones de red y de difusión, los números posibles de máquinas están dados por todas las combinaciones de bits posibles de la parte máquina, excluidas la dirección de red (bits en 0) y la dirección de difusión (bits en 1). La dirección de difusión es una dirección especial en la cual escuchan todas las máquinas de la subred. A esta dirección se envían los datagramas cuando se quiere alcanzar a todos los equipos de la subred y se usa para mensajes relativos a ruteo o advertencias. La convención más usual es, como se mencionó, considerar dirección de difusión la más alta de las direcciones posibles dentro de la subred, pero a veces puede usarse también la dirección de red, siempre y cuando todos los equipos de la subred estén igualmente configurados. Otra dirección especial a la que responden todos los equipos es la , correspondiente a la subred /8. Esta dirección no corresponde a una parte de hardware específica; es siempre la propia máquina. Se denomina dirección de loopback (lazo de retorno), y el nombre de máquina convencionalmente asignado a ella es localhost, máquina local. Históricamente fueron definidos arbitrariamente 3 grupos de direcciones para subredes, llamados "clases", dentro de cada clase la separación en parte de red y parte de host es fija. En términos de máscaras, pueden describirse como en la tabla que sigue: Clase Máscara Direcciones de red A a B a C a Multicast (D) a Experimental Reservada para futuros usos a Tabla de Clases de Direcciones Esto resultó poco flexible ante la demanda creciente de direcciones IP. Por ejemplo, si una empresa necesita direcciones para 60 máquinas, asignar una clase C entera es un desperdicio de direcciones, ya que éstas admiten hasta 254 máquinas, 4 veces más aproximadamente. Actualmente la división en clases no se utiliza (aunque en el lenguaje se sigue utilizando, por ejemplo diciendo una máscara clase C cuando se refiere a una máscara con 24 bits de red). Para la asignación de direcciones se usan combinaciones dirección/máscara para definir el conjunto de direcciones IP habilitadas al uso para una organización, generalmente sin coincidir con una dirección de clase específica, siendo parte de una clase o abarcando varias clases contiguas. El conjunto de direcciones red/máscara define las direcciones posibles más allá de la clasificación en clases (que queda incluida, si se utilizan las máscaras de la tabla). Redes de Datos 2012 Instructivo Laboratorio 4 Página 3 de 9

4 La siguiente tabla muestra diferentes particiones posibles del conjunto de direcciones dado por /24. Máscara Subredes Máquinas Difusión /24 o (1 red de 254 máquinas) a /26 o (4 redes de 62 máquinas) a a a a /30 o (63 redes de 2 máquinas) a a a a Ejemplos de particiones posibles para el conjunto de direcciones /24. Existen varios conjuntos de direcciones reservadas para usos particulares, las cuales no pueden ser utilizadas en la red pública Internet. En particular, la RFC 1918 indica 3 bloques de direcciones reservadas para uso en redes internas (de empresas, organizaciones o particulares) que no requieran conectividad directa a Internet. Las máquinas con estas direcciones no pueden acceder a Internet directamente, por lo que si se requieren servicios de Internet deberán utilizar equipos intermedios que realicen la traducción de direcciones privadas a direcciones públicas (NAT (network address translation)), o servidores Proxy que medien entre el host y el mundo público La siguiente tabla resume las direcciones privadas disponibles. Clase Máscara Redes Direcciones Difusión A a B a a (* 2 ) a C a a Tabla de Direcciones Privadas (RFC 3330). (* 2 )IPv4 Link-Local Addresses RFC 3927 Redes de Datos 2012 Instructivo Laboratorio 4 Página 4 de 9

5 2. Asignación de direcciones. El problema que se plantea es el de, dado un conjunto de máquinas interconectadas, y un cierto subconjunto de direcciones IP disponibles, asignar adecuadamente dichos números. Estudiaremos la forma de llevar esto a cabo mediante un ejemplo. Supongamos que la red de una organización es la de la figura, donde los números indican la cantidad de máquinas en cada subred. El conjunto de direcciones IP disponibles corresponde a /25. La idea es asignar direcciones al conjunto de máquinas optimizando el uso de direcciones. Se tiene un total de 128 direcciones (los últimos 7 bits de la dirección) para dividir entre las diferentes subredes y sus host. Se propone aquí un posible mecanismo para la asignación. Tener en cuenta que no es el único posible: 1. Para cada subred, determinar el número potencia de dos superior más cercano a la cantidad de máquinas más las direcciones de red y broadcast. 2. Comenzar a asignar las direcciones IP desde la subred de mayor cantidad de máquinas hacia la menor. 3. Particionar ordenadamente el conjunto de números IP disponibles en bloques potencias de dos de tamaño apropiado para las dimensiones de las subredes con que se cuenta. 4. Asignar direcciones a las interfaces de los enrutadores. El siguiente desarrollo en pasos puede abreviarse con un poco de práctica. Aquí lo desarrollaremos con cierto detalle. En primera instancia, tenemos 5 redes por lo que debemos repartir las 128 direcciones entre las mismas. Debe hacerse además teniendo en cuenta que las particiones solo pueden hacerse aumentando la máscara, es decir, en potencias de 2. Una rápida inspección permite determinar que el mayor bloque necesario es de 32 direcciones (determinado por la red A): partimos entonces las 128 direcciones (máscara /25 ) en 4 bloques de máscara /27. Redes de Datos 2012 Instructivo Laboratorio 4 Página 5 de 9

6 Direcciones Red Máscara IPs Difusión Asignación / a Subred A / a / a / a En la tabla anterior ya se ha asignado a la subred A el primer bloque de 32 direcciones. La dirección de la subred A será entonces Las siguientes redes en tamaño son la B con 14 máquinas (16 direcciones) y la C con 8 máquinas (10 direcciones). Para ello, repartimos una de las de 32 en 2 de 16: Direcciones Red Máscara IPs Difusión Asignación / a Subred A / a Subred B / a Subred C / a / a Continuando con este procedimiento, para la subred D hacen falta 8 direcciones (máscara /29 ) y para la subred E 4 direcciones (máscara /30 ). Para ello, podemos tomar el tercer bloque de 32 direcciones disponible y partirlo en un bloque de 8, dos de 4 y uno de 16 mediante sucesivas divisiones en dos, para generar la siguiente asignación: Redes de Datos 2012 Instructivo Laboratorio 4 Página 6 de 9

7 Direcciones Red Máscara IPs Difusión Asignación / a Subred A / a Subred B / a Subred C / a Subred D / a Subred E (ppp) / a / a / a Observaciones: Los enrutadores tienen varias direcciones, una correspondiente a cada subred que interconectan. La elección es arbitraria; por ejemplo, una posibilidad es asignar siempre las direcciones más elevadas o las más bajas de las disponibles en la red a los mismos. El enlace punto a punto entre r4 y r5 se considera una subred con 2 máquinas y debe ser tratada como tal. No debe quedar fuera de la asignación global de direcciones. Estos enlaces siempre se asignan con máscara /30 ya que solo tienen dos máquinas por definición. El enrutador conectado a Internet tendrá también una IP asignada por el proveedor de Internet asociada a su interfaz externa Topologías de varias áreas. Cuando la topología de red abarca varias áreas claramente diferenciadas no siempre es útil economizar en direcciones, pues esto puede llevar a asignaciones complicadas que compliquen a su vez las tablas de ruteo, volviéndolas poco eficientes por tener muchas entradas. En ese caso, puede ser razonable repartir las direcciones disponibles en grandes bloques para cada área, y después asignar dentro de cada área. Esto simplifica las tablas de ruteo. Por ejemplo, si dispongo de 4 bloques clase C para 3 regiones conectadas a través de un "backbone", asignando a cada área un conjunto de direcciones clase C, los enrutadores del backbone sólo deben conocer un mínimo de rutas, las que vinculan las áreas entre sí, dejando a los enrutadores de cada área la resolución dentro de esa área. 3. La capa de enlace. En el laboratorio, además de asignar direcciones IP a cada subred, se configurarán las interfaces de cada enrutador asignando direcciones IP a las mismas. Para que la red funcione, se deberá configurar la conexión de cada una de las interfaces del enrutador estableciendo la capa de enlace apropiada, ya sea con otro enrutador conectado directamente, o bien con la red ethernet a la que pertenece. Se trabajará básicamente con dos tipos de enlace: Ethernet: Consiste en un bus compartido en el que escriben y del que leen todos los hosts conectados a él. Las funcionalidades de capa de enlace aquí están mayormente implementadas en hardware (tarjeta Ethernet). La capa física consiste en par trenzado UTP con conectores RJ45 y un hub o Redes de Datos 2012 Instructivo Laboratorio 4 Página 7 de 9

8 concentrador que implementa el medio compartido. La configuración de estas interfaces se limita a indicar una dirección IP para la misma. Enlaces PPP (punto a punto): Consiste en una vía de comunicación serial entre dos máquinas. Se utiliza el protocolo de enlace punto a punto PPP, implementando una capa de enlace en software, a través del comando pppd. En el laboratorio se implementará la capa física mediante enlaces serie RS232 con conectores DB9. Para que estas interfaces funcionen debe ejecutarse el programa pppd asignando IPs e interfaz serie adecuadamente. Comandos. Los comandos UNIX de interés para la práctica son: ifconfig: permite configurar las interfaces de red de la máquina (asignar IPs, activar, desactivar, etc.). pppd: inicia un protocolo PPP de capa de enlace. Importante: debe iniciarse en ambos extremos y con la configuración adecuada para que funcione. Investigue cómo utilizar estos comandos para: 1. Listar las interfaces de red de la máquina. 2. Activar y desactivar interfaces de red. 3. Asignar direcciones IP y máscaras a las interfaces ethernet. 4. Cómo emular una subred utilizando una interfaz de loopback. 5. Establecer un enlace punto a punto entre dos computadores. 6. Establecer la velocidad de un enlace serie PPP. 4. Ejercicios Sugeridos. Dada la siguiente tabla complete la información faltante para cada uno de los rangos. Hosts (útiles) Mascara / Mascara A.B.C.D / La columna de Hosts útiles representa la cantidad máxima de direcciones IP útiles en cada caso. Ejemplo: para el caso de un rango /24 este valor es 254. Redes de Datos 2012 Instructivo Laboratorio 4 Página 8 de 9

9 5. Para conocer más. An Overview of TCP/IP Protocols and the Internet. Gary C. Kessler. Curso Básico de Unix. Un curso introductorio al sistema operativo Unix, orientado a Linux. Intérprete de comandos, sistema de archivos, editor vi, expresiones regulares, filtros, programación del shell. The Internet Lab Manual. Es una colección de instructivos para realizar prácticas de laboratorio en redes de datos. Si bien el equipo requerido es inalcanzable, el contenido de los instructivos es altamente aprovechable. Página principal: Enlaces: FreeBSD Hypertext Man Pages. Un sitio web con páginas man de diversos Unix (BSD, FreeBSD, RedHat Linux, SuSE Linux, ). Redes de Datos - Curso Página del curso: Instituto de Ingeniería Eléctrica - Facultad de Ingeniería - UDELAR - Montevideo, Uruguay. Redes de Datos 2012 Instructivo Laboratorio 4 Página 9 de 9

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