CAPITULO 14. NIVEL DE RED: PROTOCOLO DE INTERNET (IP)

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1 CAPITULO 14. NIVEL DE RED: PROTOCOLO DE INTERNET (IP) En el mdel de Internet, el principal prtcl de red es el prtcl de Internet (IP). INTERCONEXIÓN ENTRE REDES: Ls niveles físic y de enlace de dats de una red funcinan lcalmente, es decir, se respnsabilizan de la entrega de dats en la red de un nd al siguiente. Per, qué curre si la entrega es a través de varis enlaces?. Necesidad de nivel de red: También llamad nivel de intercnexión de redes. Es el respnsable de: La entrega hst a hst y del encaminamient de ls paquetes a través de ls encaminadres cnmutadres. Crear un paquete a partir de de ls dats que vienen de tr prtcl (transprte, encaminamient, etc.), cnteniend en la cabecera del paquete las direccines lógicas del rigen y del destin. Cmprbar su tabla de encaminamient para encntrar la infrmación de encaminamient. Fragmentar, si el paquete es demasiad grande. Asegurar en el destin, que la dirección del paquete crrespnde cn la dirección de red del hst. Esperar tds ls fragments, en cas de que el paquete fuese un fragment, reensamblad y entregand el paquete cmplet al nivel de transprte. Internet cm una red de datagramas: La cnmutación en el nivel de red en Internet utiliza datagramas para la cnmutación de paquetes. Se utiliza una dirección universal definida en el nivel de red para encaminar ls paquetes del rigen al destin. Internet cm red n rientada a cnexión: El prtcl de nivel de red, trata cada paquete de frma independiente y ls paquetes n tienen relación entre ells. Ls paquetes de un mensaje pueden viajar n pr el mism camin. 1 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

2 IPv4: La versión 4 del prtcl de Internet es un mecanism de entrega utilizad en ls prtcl TCP/IP. Es un prtcl de datagramas n rientad a cnexión y n fiable (sin cntrl de errres, ni cntrl de fluj). Si la fiabilidad es imprtante, IPv4 debe emparejarse cn un prtcl de nivel superir, mas fiable cm TCP. Datagrama: Ls paquetes en IPv4 se llaman datagramas. Un datagrama es un paquete de lngitud variable que cnsta de ds partes: Cabecera (Header): Tiene una lngitud de 20 a 60 bytes. Cntiene infrmación esencial para el encaminamient y la entrega. Dats (Data): Versión (VER): Lngitud: 4 bits. Define: Versión del prtcl IPv4. Lngitud de cabecera (HLEN): Lngitud: 4 bits. Define: La lngitud ttal de la cabecera del datagrama en palabras de 4 bytes. Servicis (DS): Lngitud: 8 bits. Define: Camp anterirmente denminad Tip de servici, se cnce ahra cm servicis diferenciads. Tip de servici: Precedencia: Lngitud: 3 bits. Definición: La priridad del datagrama en situacines tales cm la cngestión, descartand aquells de menr precedencia. Este subcamp fue parte de la versión 4 per nunca se utilizó. 2 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

3 Bits TOS: Lngitud: 4 bits. Define: Ls prgramas de aplicación pueden slicitar un tip específic de servici. Patrón: Bit TOS Descripción 0000 Nrmal (Default) 0001 Minimizar cste 0010 Maximizar fiabilidad 0100 Maximizar prductividad 1000 Minimizar retard Servicis diferenciads: Un y sl un de ls cuatr bits puede tener el valr a un en cada datagrama. El subcamp de 6 bits denminad cdepint se puede utilizar de ds frmas: Cuand ls 3 bits de la derecha sn 0, ls 3 bits de la izquierda se interpretan de igual frma que ls bits de precedencia en la interpretación de tip de servici. Cuand ls 3 bits de la derecha n sn tds 0, ls 6 bits definen 64 servicis basads en la asignación de priridad de: Categría Cdepint Autridad Nº. de que asigna servicis 1 XXXXXX0 Internet 32 2 XXXX11 Lcal 16 3 XXXX01 Tempral experimental 16 Lngitud ttal: Lngitud: 16 bits. Define: La lngitud ttal del datagrama incluyend la cabecera. Este camp se hace necesari en ls cass en ls que se añade empaquetamient padding cuand el datagrama es menr de 46 bytes. Identificación: Utilizad en la fragmentación. Indicadres: Utilizad en la fragmentación. Desplazamient del fragment: Utilizad en la fragmentación. 3 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

4 Tiemp de vida: Utilizad fundamentalmente para cntrlar el númer máxim de salts (encaminadres) visitads pr el datagrama. Este valr es aprximadamente el dble del númer máxim de encaminadres entre cualquier par de hst. Cada encaminadr que prcesa el datagrama resta a este númer 1, descartand el datagrama si se hace 0. Prtcl: Lngitud: 8 bits. Define: El prtcl de nivel superir que utiliza ls servicis del nivel IPv4. Suma de cmprbación (CheckSum): Véase más adelante. Dirección rigen: Lngitud: 32 bits. Define: La dirección IPv4 de un rigen. Este camp ha de permanecer sin cambi durante td el tiemp en el que viaje el datagrama. Dirección destin: Lngitud: 32 bits. Define: La dirección IPv4 de un destin. Este camp ha de permanecer sin cambi durante td el tiemp en el que viaje el datagrama. Fragmentación: El frmat y el tamañ de la trama recibida pr un encaminadr dependen del prtcl utilizad pr el nivel físic pr el cual llega la trama. El frmat y el tamañ de la trama enviada pr un encaminadr dependen del prtcl utilizad pr el nivel físic pr el cual se envía la trama. Unidad de transferencia máxima (MTU): Cada prtcl de nivel de enlace de dats tiene su prpi frmat de trama en la mayría de ls prtcls. Un de ls camps definids en el frmat es el tamañ máxim del camp de dats. El valr de la MTU depende del prtcl de red físic. Para que el prtcl IPv4 sea independiente de la red física, la lngitud máxima de un datagrama IPv4 es de bytes. 4 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

5 Al prces de dividir el datagrama IPv4 para acmdarl a redes físicas cn MTU menr que la lngitud del datagrama Ipv4 se le llama fragmentación. El datagrama pude ser fragmentad pr el hst rigen pr cualquier encaminadr encntrad en el camin, pudiend fragmentarse varias veces antes de alcanzar el destin. El reensamblad del datagrama se hace en el hst destin. Cuand se fragmenta un datagrama, las partes necesarias de la cabecera deben ser cpiadas en tds ls fragments. Camps relacinads cn la fragmentación: Identificación: Lngitud: 16 bits. Identifica un datagrama que prcede de un hst rigen. La cmbinación de la identificación y de la dirección rigen IPv4 deben definir de frma única un datagrama cuand deja el hst rigen. Para garantizar esta unicidad Ipv4 utiliza un cntadr inicializad cn un valr psitiv, cpiand el valr en el camp identificación en tds ls fragments y aumentándl en una unidad en cada nuev datagrama. Indicadres: Lngitud: 3 bits. El primer bit está reservad. El segund bit se denmina bit de n fragmentación: Si su valr es 0, la máquina puede fragmentar el datagrama. Si su valr es 1, la máquina n debe fragmentar el datagrama. Si n puede pasar el datagrama a través de la red física dispnible, l descarta y envía un mensaje de errr ICMP al hst rigen. El tercer bit se denmina bit de más fragments: Si su valr es 0, significa que este es el últim fragment que sl hay un fragment. Si su valr es 1, significa que hay más fragments detrás de él. Desplazamient de fragment: Lngitud: 13 bits. Muestra la psición relativa del fragment respect al datagrama cmplet. Es el desplazamient de ls dats en el datagrama riginal medid en unidades de 8 bytes. 5 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

6 Estrategia de reensamblad: El primer fragment tiene un camp de desplazamient de cer. El segund fragment tiene un desplazamient igual a la lngitud del primer fragment dividid pr 8. El tercer fragment tiene un desplazamient igual a la lngitud ttal del primer y segund fragment dividid pr 8. Se cntinúa el prces. El últim fragment tiene el bit que indica más fragments a 0. Suma de cmprbación: Cntrl de errres que cubre slamente la cabecera del paquete IPv4. Pass: La suma de cmprbación se pne a cer. Se divide la cabecera en seccines de 16 bits y se suman tdas ellas. Se trunca a 16 bits la suma btenida y se cmplementa el resultad. Opcines: Este camp crrespnde cn la parte variable de la cabecera de un datagrama IPv4. Pueden cupar un máxim de 40 bytes. N sn ni bligatrias ni requeridas para un datagrama. Se puede utilizar para prbar y depurar la red. 6 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

7 Descripción breve de las pcines: N peración: Utilizada cm element de rellen entre pcines. Fin de pción: Utilizada cm rellen al final del camp de pcines. Registrar ruta: Registra ls encaminadres de Internet que tratan el datagrama. Puede listar hasta 9 direccines. Camin estrict desde el rigen: El rigen determina estrictamente el camin pr el cual debe viajar el datagrama a través de Internet. Si el datagrama n cumple cn el viaje planificad se descarta, enviand un mensaje de errr. Camin relajad desde el rigen: Cada encaminadr de la lista debe ser visitad, per el datagrama puede visitar además trs camins. Marca de tiemp: Registra la hra de prcesamient en un encaminadr. Se expresa en milisegunds desde la medianche utilizand el tiemp Universal de Greenwich. Un ejempl de datagrama IPv4 real: DATAGRAMA (marcad de azul) ANÁLISIS 7 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

8 IPv6: Slucina alguna de las carencias de IPv4: Aument del direccinamient en Internet. Transmisión de audi / vide en tiemp real. Permite autenticación y cifrad. También cncid cm IPng (Internet Prtcl next generatin). Ventajas: Espaci de direccines mayr: Una dirección en IPv6 tiene 128 bits. Mejr frmat de cabecera: Las pcines de separan de la cabecera base y se insertan, cuand se necesitan, entre la cabecera base y ls dats del nivel superir. Nuevas pcines: Capacidad de ampliación: Escalable. Sprte para la reserva de recurss: Incluye un mecanism (camp de etiqueta de fluj) que permite al rigen slicitar un tratamient especial para el paquete. Sprte para seguridad: Cifrad y autenticación. Frmat del paquete: Cmpuest pr una cabecera base (de 40 bytes) bligatria seguid pr una carga. La carga (hasta 6553 bytes) cnsta de : Cabeceras de extensión pcinales. Dats del nivel superir. Cabecera base: Versión: Lngitud: 4 bits. Define: El númer de versión. Priridad: Lngitud: 4 bits. Define: La priridad del paquete respect a la cngestión del tráfic. Etiqueta de fluj: Lngitud: 24 bits. Define: Un tratamient especial para un fluj de dats particular. Lngitud de la carga: Lngitud: 16 bits. 8 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

9 Define: La lngitud la lngitud del datagrama IP excluyend la cabecera base. Cabecera siguiente: Lngitud: 8 bits. Define: La cabecera que sigue a la cabecera base en el datagrama pudiend ser: Una de las cabeceras de extensión pcinales. Un paquete encapsulad de UDP TCP. Cada cabecera de extensión también cntiene este camp Códigs para la cabecera siguiente en IPv4: Códig Cabecera siguiente 0 Opción salt a salt 2 ICMP 6 TCP 17 UDP 43 Encaminamient desde el rigen 44 Fragmentación 50 Carga cifrada 51 Autenticación 59 Nul (N hay siguiente cabecera) 60 Opción destin. Limite de salt: Lngitud: 8 bits. Define: Igual que TTL en IPv4. Dirección rigen: Lngitud: 128 bits. Define: La lngitud de rigen. Dirección destin: Lngitud: 128 bits. Define: La lngitud de destin Priridad: Si un de ls datagramas cnsecutivs debe ser descartad debid a la cngestión, el datagrama cn menr priridad será descartad. IPv6 divide el tráfic en ds categrías tráfic cn cntrl de cngestión y tráfic sin cntrl de cngestión. Tráfic cn cntrl de cngestión: 9 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

10 Se acepta que ls paquetes puedan retrasarse, perderse llegar desrdenads. Asignamient de priridades: Tráfic n específic (Priridad 0): Sin priridad. Dats de fnd (Priridad 1): Dats que se entregan de fnd (entrega de nticias, etc). Tráfic de dats n esperad (Priridad 2): Dats en que el retard n tiene cnsecuencias ( , etc) Tráfic cn gran cantidad de dats esperad (Priridad 4): Transferencia elevada de dats cn cliente a la espera (HTTP, FTP, etc). Tráfic interactiv (Priridad 6): Necesaria la interacción cn el cliente (Telnet, etc). Tráfic de cntrl (Priridad 7): Asignad a prtcls de encaminamient (OSPF, RIP) a prtcls de gestión (SNMP). Tráfic sin cntrl de cngestión: Tip de tráfic que espera un mínim retard. N es deseable el descarte de paquetes, dad que la retransmisión se hace casi impsible. Las priridades van del 8 al 15 y de acuerd a cm la calidad de ls dats recibids puede ser afectada pr el descarte de paquetes. Etiqueta de fluj: Lngitud: 24 bits. Define: Es un númer aleatri entre 1 y que un rigen define de frma única a un fluj de paquetes. Un fluj de paquetes es una secuencia de paquetes, enviada pr un emisr cncret a un destin, que necesita una gestión especial en ls encaminadres. Para ls encaminadres, un fluj es un secuencia de paquetes que cmparten las mismas características, cm seguir el mism camin, utilizar ls misms recurss, tener el mism tip de seguridad, etc. Un encaminadr que sprta la gestión de etiquetas de fluj tiene una tabla de etiquetas de fluj. La tabla tiene una entrada pr cada etiqueta de fluj activa. Cada entrada define ls servicis requerids pr la etiqueta de fluj definida en el paquete. A cntinuación prprcina al paquete ls servicis mencinads en la entrada. La etiqueta de fluj n prprcina la infrmación para las entradas de la tabla de etiquetas de fluj, siend las pcines de la cabecera quien la frece. En su frma más sencilla, una etiqueta de fluj acelera el prcesamient de un paquete en un encaminadr. En su frma más sfisticada, una etiqueta de fluj sprta la transmisión de audi / vide en tiemp real. Se han definid tres reglas para el us efectiv de etiquetas de fluj: 10 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

11 La estación de rigen es la que asigna la etiqueta de fluj a un paquete. Un emisr n debe reutilizar una etiqueta de fluj para tr fluj mientras el fluj existente siga activ. Si una estación n sprta la etiqueta de fluj, pne este camp a cer. Si un encaminadr n sprta la etiqueta de fluj simplemente l ignra. Tds ls paquetes que pertenecen al mism fluj tienen el mism rigen, el mism destin, la misma priridad y las mismas pcines. Cmparación entre las cabeceras IPv4 e IPv6: El camp cn la lngitud de la cabecera se ha eliminad en IPv6 debid a que la lngitud de la cabecera es fij en esta versión. El camp cn el tip de servici se ha eliminad en IPv6. El camp cn la priridad y la etiqueta de fluj juntas tman la misma función que el camp en el tip de servici. La lngitud ttal se ha eliminad en IPv6 y se ha reemplazad pr la lngitud de carga. La identificación, ls indicadres y el desplazamient se ha eliminad de la cabecera base en IPv6. Se ha incluid en la cabecera de ampliación. El camp TTL se denmina en IPv6 límite de salts. El camp prtcl se ha reemplazad pr el camp cabecera siguiente. La suma de cmprbación de la cabecera se ha eliminad debid a que la suma de cmprbación es frecida pr ls prtcls de nivel superir. El camp pcines en IPv4 se implementa cm cabeceras de ampliación en IPv6. Un ejempl de datagrama IPv6 real: DATAGRAMA (marcad de azul) 11 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

12 ANÁLISIS Cabeceras de ampliación: Opción salt a salt: Utilizada cuand el emisr necesita pasar infrmación a tds ls encaminadres visitads pr el datagrama. Se han definid tres pcines: Pad1: Tiene 1 byte de carga y se ha diseñad para el alineamient. PadN: Similar a Pad1 per cn 2 más bytes para alineamient. Carga jumb: Define una carga mayr de Encaminamient desde rigen: Cmbina ls cncepts de las pcines camin estrict desde el rigen y camin relajad desde el rigen de IPv4. Fragmentación: Un emisr debe utilizar la técnica de descubrimients de camins MTU para encntrar la MTU más pequeña sprtada pr cualquier red del camin. Autenticación: El bjetiv es validar el mensaje y asegurar la integridad de ls dats. Carga de seguridad cifrada (ESP): Ampliación que frece cnfidencialidad y guarda cntra la interceptación. Opción destin: Usada cuand el emisr necesita pasar infrmación al destin. Ls encaminadres intermedis n pueden acceder a esta infrmación. Cmparación entre las pcines en IPv4 y las cabeceras IPv6: Las pcines de n peración y fin de pción en IPv4 se han reemplazad pr las pcines Pad1 y PadN en IPv6. La pción registrar camin n se implementa en IPv6 debid a que nunca fue utilizad. La pción de marca de tiemp n se implementa debid a que n se utilizó. La pción camin desde el rigen se denmina cabecera de ampliación de camin desde el rigen en IPv6. Ls camps de fragmentación en la sección de cabecera base de IPv4 se han mvid a la cabecera de ampliación de fragmentación. La cabecera de ampliación para autenticación es nueva en IPv6. La cabecera de ampliación para la carga de seguridad cifrada es nueva en IPv6. TRANSICIÓN DE IPv4 E IPv6: Para que la transición sea suave se han desarrllad tres estrategias pr parte del IETF. Pila dual: Se recmienda que tdas las direccines tengan una pila dual de prtcls. Para determinar que versión utilizar cuand se envía un paquete a un destin, el emisr cnsulta el DNS, decidiend prqué prtcl enviar en función de la respuesta. 12 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)

13 Túneles: Utilizada cuand ds cmputadras que utilizan IPv6 quieren cmunicarse entre sí y ls paquetes deben atravesar una región que usa IPv4. El paquete IPv6 se encapsula en un paquete IPv4 cuand entra en la región y se extrae cuand la deja. Traducción de cabeceras: Necesaria cuand la mayr parte de Internet migre a IPv6 y permanezcan alguns sistemas utilizand IPv4. El frmat de la cabecera debe cambiarse ttalmente mediante un prces de traducción de cabeceras. La cabecera del paquete IPv6 se cnvierte a una cabecera IPv4. Algunas reglas de transfrmación sn: La dirección IPv6 se cambia a una dirección IPv4 extrayend ls 32 bits situads a la derecha. El valr del camp de priridad del paquete IPv6 se descarta. El tip del camp de servici del paquete Ipv4 se pne a cer. La suma de la cabecera del paquete IPv4 se calcula y se inserta en el camp crrespndiente. La etiqueta de fluj del paquete IPv6 se ignra. Las cabeceras de ampliación cmpatibles se cnvierten a pcines y se insertan en la cabecera del paquete IPv4. La lngitud de la cabecera del paquete IPv4 se calcula y se inserta en el camp crrespndiente. Se calcula la lngitud ttal del paquete IPv4 y se inserta en el camp crrespndiente. 13 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.uned.es)