Tema 2: Internet Protocol (IP)

Tema 2: Internet Protocol (IP) Modelo de operación de IP Tipo de servico Elementos de diseño de IP Direcciones IP Formato Direcciones especiales Cabecera de datagrama IP Gestión de direcciones IP Máscaras de red y subredes Resolución de direcciones (ARP): Ethernet y ATM Routers Fragmentación y reensamblado Encaminamiento Tablas de encaminamiento Encaminamientos interno y externo Encaminamiento estático Protocolos: RIP, OSPF,CIDR ICMP Herramientas de ayuda: ping, traceroute IP versión 6 Depósitos de normas RFCs disponibles en ftp.upc.es/pub/doc/rfc RFCs y drafts: en ftp.rediris.es/docs LAN FTP TCP FDDI IP Driver J.C. Cruellas Modelo de operación de IP FDDI WAN Router FDDI Token Ring La aplicación remitente prepara datos para su interlocutoray los pasa a su soft. TCP/IP. El datagrama se envía al router de la red (el destino está en otra red) El router decide a qué red envía el datagrama El datagrama circula por routers conectados a varias redes que van acercándolo a su destino hasta que llega al router de la red destinataria Este último router lo entrega a la máquina destinataria Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 1

Modelo de operación de IP Un router es una máquina especializada en recibir datagramas y REENVIARLOS por una de las varias redes a las que puede estar conectado para acercarlos a su destino. Cualquier máquina podría ser configurada como router (activando una opción que permita reenviar datagramas -si el kernel lo permite-). La diferencia entre un router y un host estriba en que el host NO REENVIA datagramas. Si le llega alguno del que no es destinatario, lo ignora. Tipo de servicio de IP No fiable y No orientado a conexión. Ventajas: Flexibilidad. IP requiere bien poco de las redes que interconecta. Robustez: cada datagrama puede seguir una ruta diferente. Reacción a caídas en redes. Soporte para aplicaciones no orientadas a conexión. Un servicio orientado a conexión hubiera hecho el conjunto más pesado. RFC 791. Septiembre de 1981. Elementos de diseño de IP Problemas que IP resuelve: Encapsulamiento. Define un formato de cabecera de datagrama IP que encapsula la información que le ceda el protocolo que invoque su servicio. Direccionamiento. Define un formato de dirección IP que identifica de forma no ambigua a cada interfaz de red de un host conectado a una de las redes (en un host conectado a varias redes por varios interfaces, cada uno de ellos tiene una dirección IP diferente (aunque podría ser la misma) -host multihomed-). Encaminamiento. Define mecanismos (tablas de encaminamiento) para dirigir al datagrama en tránsito hacia su destino final. Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 2

Elementos de diseño de IP Fragmentación y reensamblado. Decide quién, cuándo y dónde se fragmentan y reensamblan los datagramas en su tránsito por las redes. Vida de datagrama. Define un mecanismo que impide la existencia de datagramas que vaguen indefinidamente por las redes sin llegar nunca a sus destinos. Control de error. Define un mecanismo de notificación de error (mediante el protocolo Internet Control Message Protocol) que sin embargo NO asegura al 1 % dicha notificación. Control de flujo. Define un servicio limitado de control de flujo (también mediante ICMP) Direcciones IP Tamaño: 32 bits. Notación: 4 enteros separados por. (cada entero representa el valor del octeto correspondiente): 127...1 Asignadas por una autoridad central: Internet Network Infomation Center (INIC) Tipos de direcciones: Unicast: identifica a un interfaz de red en un host Broadcast: identifica a los interfaces de red de todos los hosts conectados a una red determinada. Multicast: identifica a los interfaces de red de determinados hosts que pertenecen a un grupo (útiles en teleconferencia, por ejemplo). Direcciones IP Direcciones estructuradas en campos: Identificador de clase Identificador red Identificador de host *Las multicast no siguen este formato Los tamaños de cada campo determinan el número de hosts que pueden ser identificados en cada red. En Internet se han definido 5 clases de direcciones IP distintas. Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 3

Direcciones IP... a 127.255.255.255 7 bits 24 bits Clase A Identificador red Identificador de host 128... a 191.255.255.255 14 bits 16 bits Clase B 1 Identificador red Identificador de host 192... a 223.255.255.255 21 bits 8 bits Clase C 11 Identificador red Identificador de host 224... a 239.255.255.255 28 bits Clase D 111 Identificador grupo de multicast 24... a 247.255.255.255 27 bits Clase E 1111 Reservada para uso futuro Direcciones IP Clase A: 128 redes, 16.777.216 hosts/red. Clase B: 16384 redes, 65536 hosts/red. Clase C: 2.97.152 redes, 256 hosts/red. Direcciones IP especiales... Este host en esta red. Netid =, hostid. El host identificado por hostid de esta red. Las direcciones anteriores: solo como direcciones fuente. Netid=127.X.X.X Loopback interfaz. 255. 255. 255. 255. Broadcast en la red propia. Nunca reenviada por el router hacia otra red. Solo dirección destino. Hostid = -1 (todo unos), es una dirección de broadcast (para hacer un broadcast de otra red, se hace netid.hostid(=-1). Si el hostid es, se trata de una dirección de UNA RED (o subred) pero NO de un host. Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 4

Cabecera datagrama IP. Formato 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Version IHL Type of Service Total Length -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Identification Flags Fragment Offset -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Time to Live Protocol Header Checksum -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Source Address -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Destination Address -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Options Padding -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ La menor cabecera IP posible es de 2 bytes (aquella que NO tiene campo de opciones). Version (4 bits): dos versiones, 4 y 6. Internet Header Length (4 bits): longitud en palabras de 32 bits de la cabecera IP. Longitud máxima: 6 bytes. Longitud mínima: 2 bytes. Type of Service (TOS)(8 bits): Usado para solicitar un cierto grado de calidad de servicio en función de los parámetros de fiabilidad, precedencia, retraso y throughput. Sus valores se mapean en parámetros específicos de la red física. Precedencia (3 bits): 8 niveles Retraso (1 bit). Dos niveles: normal y bajo. Throughput (1 bit). Dos niveles: normal y alto. Fiabilidad (1 bit). Dos niveles normal y alto Prestaciones contrapuestas: retraso, fiabilidad y throughput. Nunca puede pedirse el mayor nivel de servicio en más de una. En la práctica hay routers que los ignoran. Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 5

Las distintas aplicaciones demandan diferentes TOS: Aplicación FTP(control) FTP (datos) Retraso Mínimo 1 Throughput Máximo 1 Fiabilidad Máxima Telnet/Rlogin 1 SMTP (comando) SMTP (datos) 1 1 SNMP (gestión de red) 1 Identification (16 bits): valor asignado por el generador. Junto con el offset se utiliza para ensamblar los posibles fragmentos que pueda sufrir en su tránsito hacia el destino. Flags (3 bits). Control de fragmentación. Un bit para marcar un datagrama como fragmentable o no fragmentable. Otro para indicar si el datagrama es el último fragmento o no. Fragment Offset (13 bits). Indica la parte del datagrama inicial en la que el fragmento está. Se indica en unidades de 8 octetos. Primer fragmento: Time To Live (TTL) (8 bits). Máximo tiempo que se permite al datagrama permanecer en el sistema internet. Se mide en segundos. Si llega a, el router que lo reciba lo destruye. Cada router que recibe el datagrama lo decrementa al menos en una unidad. Protocol (8 bits). Indica el protocolo que ha generado la información que encapsula la cabecera. Números asignados en RFC 79. Options (variable). Lista variable de información opcional para el datagrama. Las definidas son: Seguridad y restricciones de manejo (propósitos militares -RFC 118-). Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 6

Anotación de la ruta seguida por el datagrama (cada router anota su @IP en el datagrama). Solo espacio para 9 direcciones IP (39 bytes como máximo para esta opción. Timestamp (cada router anota su @IP y la hora). Espacio solo para 4 parejas @IP/timestamps El generador del datagrama puede seleccionar los routers que deben añadir sus timestamps poniendo sus direcciones en este campo. Un router pone su timestamp si su dirección está en esta lista. Encaminamiento no estricto de fuente y anotación de ruta (lista de @IP por las que el datagrama debe pasar -además de otras-) Encaminamiento estricto de fuente y anotación de ruta (similar a la anterior, pero ahora, las @IP de la lista SON LAS UNICAS que el datagrama debe atravesar). Marca de final de lista de opciones (octeto x). Las opciones deben también acabar alineadas con palabras de 32 bits. Si no lo hacen, se añaden bits de relleno. Header Checksum (16 bits). Complemento a 1 de la suma complemento a 1 de todas las palabras de 16 bits de la cabecera. Para calcular el CRC, el valor del campo de checksum es. Recalculado en cada router que atraviesa (se cambia TTL y puede fragmentarse). Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 7

Cabecera datagrama IP. Checksum 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Version IHL Type of Service Total Length -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Identification Flags Fragment Offset -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Time to Live Protocol Header Checksum -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Source Address -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Destination Address -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Options Padding -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ 1. Alinear en palabras de 16 bits 2. Inicializar checksum a x 3. Sumar palabras de cabecera en compl. a 1s 4. Calcular complemento a 1 del resultado 5. Colocar resultado en checksum Checksum Comp 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live Protocol Checksum calculado Header Checksum x Source Address Destination Address Options // // Padding Ejemplo de cabecera. Inspección de contenidos: tcpdump -x -s 512 45 1 5 dc 64 78 4 6 a3 4 c93 53 23 5 93 53 23 51 2 1 3 f 28 c2 c7 e2 33 d4 71 8 5 18 3f e d8 5 32 2 etc Cabecera datagramas IP Versión: 4 (x4) Header Length: 2 bytes (x5) TOS: Mínimo Retraso (x1) Longitud Datagrama: 15 bytes (x5dc) Identificación: x6478 Flags: binario: Puede fragmentarse. Último fragmento. Offset Fragmento: (b) TTL: 64 (x4) Protocolo: (x6) Header checksum: xa34c Source address: x9353235 (147.83.35.8) Dest. address: x93532351 (147.83.35.81) Cabecera Datagramas IP Cálculo del checksum 45 1 5 dc 64 78 4 6 a34c 93 53 23 5 93 53 23 51 25c b1 2 5c b3 Valor inicial de checksum para cálculo: x a34c Complemento a 1 Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 8

Interfaz funcional La RFC define un interfaz funcional (que no tiene que ser seguido por las implementaciones) que contiene primitivas de servicio. SEND(@fuente,@destino,protocolo,indicación de tipo de servicio, indicador de no fragmentar, identificador, tiempo de vida, longitud de datos, opciones sobre datos, datos). DELIVER(@fuente,@destino,protocolo indicación de tipo de servicio, longitud de datos, opciones sobre datos, datos). SEND: invocado por TCP (o el protocolo que hace uso de IP) a IP, para que construya un datagrama. DELIVER invocado por IP para entregar datos al protocolo que lo está utilizando (TCP por ejemplo). Clase A: 128 redes y 16.777.216 hosts/red Clase B: 16384 redes, 65536 hosts/red. Raras veces habrá tantos hosts para una sola red. Para aprovechar mejor los 32 bits de la @IP se incorpora un nivel adicional de estructuración de bits: los correspondientes a la subred ( subnet ). La porción correspondiente al identificador de host se divide en dos: id. de subred + id. de host. La dirección queda: clase id red id subred id host De esa forma, lo que desde el exterior se ve como una única red, en realidad puede ser un conjunto de subredes interconectadas entre sí mediante routers. Mayor flexibilidad. 143.25.4.2 A/De Internet Red 143.25 Subred 143.25.4. 143.25.4.1 Subred 143.25.5. 143.25.5.2 143.25.5.1 @ router externo 143.252.14.1 143.25.6.2 143.25.6.1 FDDI Subred 143.25.6. 143.25.1.1 143.25.2.1 143.25.3.1 143.25.1.2 Subred 143.25.1. FDDI Subred 143.25.2. 143.25.3.2 143.25.2.2 Subred 143.25.3. Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 9

Una vez obtenida de InterNIC un identificador de red IP, son los propios administradores de los sistemas en cuestión quienes deciden cómo se reparten los bits entre los id de subred y los id de hosts. El reparto se realiza en función de las redes que deben componer la infraestructura del sistema en cuestión. Máscara de red. Mecanismo que permite especificar cuáles son los bits que identifican subred y cuáles son los que identifican al host en cuestión. Formato: valor de 32 bits. Se ponen a 1 todos los correspondientes a los bits que identifican red y subred. A se ponen los que identifican a los hosts de las subredes. Ejemplos de máscaras de red: Clase B Máscara 16 bits 8 bits 8 bits Id de red Id de subred Id de host 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 255.255.255. 16 bits 1 bits 6 bits Id de red Id de subred Id de host Máscara 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 255.255.255.192 La gestión de subredes permite aprovechar mejor el abanico de posibles direcciones en las clases B y C, incorporando un nivel de estructuración adicional en ellas. Los administradores de las redes deciden el reparto de bits entre los ids de las subredes y de los hosts. Se conjuga la flexibilidad de las decisiones tomadas en función de las necesidades propias, con la rigidez en la asignación de id de redes por parte del InterNIC que exige un sistema de direccionamiento único y no ambiguo. Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 1

Favorece las tareas de encaminamiento al hacer que los routers exteriores solo necesiten UNA entrada para encaminar datagramas hacia un host conectado a cualquiera de las subredes en cuestión. Notación: Dirección/longitud del prefijo (id clase+id red +id subred): Primera subred: 143.25.1. / 24. 24 bits para id clase + id red + id subred Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2/21. Q1 11