FUNDAMENTOS DE REDES CONCEPTOS DE LA CAPA DE RED Dolly Gómez Santacruz dollygos@univalle.edu.co
CONTENIDO Direcciones privadas Subredes Máscara de Subred Puerta de Enlace Notación Abreviada ICMP Dispositivos de la capa de red Protocolo de resolución de direcciones Asignación de direcciones IP Protocolos enrutados Protocolos de enrutamiento
CONCEPTOS DE LA CAPA DE RED Direcciones privadas Existen ciertas direcciones en cada clase que están reservadas para uso en redes internas. Estas direcciones se denominan direcciones privadas. Las direcciones privadas pueden ser utilizadas por los equipos que usan traducción de direcciónes de red (NAT), o servidores proxy, para conectarse a una red pública o por equipos que no se conectan a Internet.
Direcciones privadas Clase A 10.0.0.0-10.255.255.255 Clase B 172.16.0.0-172.31.255.255 Clase C 192.168.0.0-192.168.255.255
SUBREDES: Introducción En ocasiones es necesario dividir redes (especialmente las más grandes) en redes más pequeñas. División de una red classfull A, B, o C. Las divisiones se denominan subredes y, entre otros, proporcionan: Organización Mejor administración y flexibilidad en el direccionamiento IP. Seguridad Desempeño: se aumenta el número de redes que se pueden identificar con un mismo número IP
SUBREDES Las direcciones de subred incluyen la porción de red (Clase A, Clase B o Clase C) además de un campo de subred y un campo de host. El campo de subred y el campo de host se crean a partir de la porción de host original para toda la red. Se pasa de una jerarquia de dos niveles a una de tres niveles. Los mensajes de enrutamiento para todas las subredes son combinados en una sóla entrada de la tabla de enrutamiento.
SUBREDES RED HOST RED SUB-RED HOST
Máscara de Subred La máscara de subred (prefijo de red extendida), no es una dirección, sin embargo determina qué parte de la dirección IP corresponde al campo de red y qué parte corresponde al campo de host. Una máscara de subred tiene una longitud de 32 bits y tiene 4 octetos, al igual que la dirección IP. Los bits correspondientes a la red y a la subred son unos binarios, los correspondientes al host son ceros binarios. La mascara se puede representar basada en la longitud de prefijo: 255.255.255.0 = /24
Máscara de Subred: Ejemplos 11111111.11111111.11111111.00000000 255.255.255.0 Red Clase B 16 bits para la red 8 bits para la subred 8 bits para el host 11111111.11111111.11110000.00000000 255.255.240.0 Red Clase B 16 bits para la red 4 bits para la subred 12 bits para el host
Máscaras de Subred por defecto Clase A 255.0.0.0 Clase B 255.255.0.0 Clase C 255.255.255.0
Máscara de Subred: Ejemplos 10 10 10 10 Dir IP Clase A RED HOST 255 0 0 0 Máscara de Subred por defecto
Máscara de Subred: Ejemplos 10 10 10 10 Dir IP Clase A RED SUBRED HOST 255 255 0 0 Máscara de Subred
Máscara de Subred La mascara de subred sirve para que el router determine cuáles son los bits que corresponden a los bits de enrutamiento y cuáles son los bits que corresponden a los bits de host.
Máscara de Subred
Máscara de Subred Siempre que se usen bits del campo del host para indicar la subred, es importante tener en cuenta la cantidad de subredes adicionales que se están creando por cada bit usado. Mínimo, se deben usar 2 bits de host para las subredes. A la cantidad de números de host utilizables siempre se resta 2, uno para identificar la red y otro para broadcast
Máscara de Subred Cada vez que se usa 1 bit del campo de host, queda 1 bit menos para usar en la dirección de host. Cada vez que se usa otro bit del campo de host, la cantidad de direcciones de host que se pueden asignar se reduce en una potencia de 2.
Dirección de Subred Al aplicar un AND lógico a una dirección IP y su respectiva máscara de subred, se obtiene la dirección de subred correspondiente. 10.10.0.34 = 00001010.00001010.00000000.00100010 255.255.0.0 = 11111111.11111111.00000000.00000000 --------------------------------------------------------------------------- 00001010.00001010.00000000.00000000 10.10.0.0
Subredes: Ejemplo I Dir de red asignada: 200.124.21.0, se necesitan 10 subredes, y cada subred con un máximo de 10 equipos. Desarrollo: Se dividirá en 14 subredes de 14 hosts cada una (196 hosts vs 254 hosts). Se usan 4 bits para identificar las subredes Máscara de subred por defecto para una dirección Clase C: 255.255.255.0 (11111111.11111111.11111111.00000000) Nueva máscara de subred: 255.255.255.240 (11111111.11111111.11111111.11110000)
Subredes: Ejemplo I Se obtienen 16 redes, 2 de las cuales no pueden ser usadas, por tanto son 14 subredes disponibles: Bits de subred Dir Red Dirs Hosts Dir Broadcast 0000 200.124.21.0 Reservados N/A 0001 200.124.21.16.17 -.30 200.124.21.31 0010 200.124.21.32.33 -.46 200.124.21.47 0011 200.124.21.48.49 -.62 200.124.21.63 0100 200.124.21.64.65 -.78 200.124.21.79 0101 200.124.21.80.81 -.94 200.124.21.95 0110 200.124.21.96.97 -.110 200.124.21.111 0111 200.124.21.112.113 -.126 200.124.21.127 1000 200.124.21.128.129 -.142 200.124.21.143 1001 200.124.21.144.145 -.158 200.124.21.159 1010 200.124.21.160.161 -.174 200.124.21.175 1011 200.124.21.176.177 -.190 200.124.21.192 1100 200.124.21.192.193 -.206 200.124.21.207 1101 200.124.21.208.209 -.222 200.124.21.223 1110 200.124.21.224.225 -.238 200.124.21.239 1111 200.124.21.240 Reservados N/A
Subredes: Ejemplo II Dir de red asignada: 172.20.0.0, se necesitan 32 subredes, en promedio por cada una de las subredes hay 512 máquinas. Desarrollo: Por ser clase B se sabe que hay 16 bits con los que se puede hacer la división para las subredes. Para 32 subredes requiero como mínimo 6 bits, n=6 2^6-2 = 62 subredes disponibles Dejando 10 bits para los host, y para el caso se cubre perfectamente las necesidades pues 2^10-2= 1022 direcciones utilizables para host
Subredes: Ejemplo II En una dirección Clase B la máscara por defecto es: 255.255.0.0 (11111111.11111111.00000000.00000000) La nueva máscara de subred: 255.255.252.0 128 64 32 16 8 4 2 1 11111111.11111111. 1 1 1 1 1 1 0 0.00000000 Los saltos entre las subredes ocurren cada 4, y la primera subred será identica a la original: Subred 0: 172.20.0.0 que no se debe usar
Subredes: Ejemplo Subnet, Valid Hosts, Broadcast 0 172.20.0.0, 172.20.0.1 to 172.20.3.254, 172.20.3.255 1 172.20.4.0, 172.20.4.1 to 172.20.7.254, 172.20.7.255 2 172.20.8.0, 172.20.8.1 to 172.20.11.254, 172.20.11.255 3 172.20.12.0, 172.20.12.1 to 172.20.15.254, 172.20.15.255 4 172.20.16.0, 172.20.16.1 to 172.20.19.254, 172.20.19.255 5 172.20.20.0, 172.20.20.1 to 172.20.23.254, 172.20.23.255 5 172.20.24.0, 172.20.24.1 to 172.20.27.254, 172.20.27.255 6 172.20.28.0, 172.20.28.1 to 172.20.31.254, 172.20.31.255 7 172.20.32.0, 172.20.32.1 to 172.20.35.254, 172.20.35.255 8 172.20.36.0, 172.20.36.1 to 172.20.39.254, 172.20.39.255 9 172.20.40.0, 172.20.40.1 to 172.20.43.254, 172.20.43.255 10 172.20.44.0, 172.20.44.1 to 172.20.47.254, 172.20.47.255 11 172.20.48.0, 172.20.48.1 to 172.20.51.254, 172.20.51.255 12 172.20.52.0, 172.20.52.1 to 172.20.55.254, 172.20.55.255 13 172.20.56.0, 172.20.56.1 to 172.20.59.254, 172.20.59.255 14 172.20.60.0, 172.20.60.1 to 172.20.63.254, 172.20.63.255 15 172.20.64.0, 172.20.64.1 to 172.20.67.254, 172.20.67.255 16 172.20.68.0, 172.20.68.1 to 172.20.71.254, 172.20.71.255
Subredes: Ejemplo Subnet, Valid Hosts, Broadcast 17 172.20.72.0, 172.20.72.1 to 172.20.75.254, 172.20.75.255 18 172.20.76.0, 172.20.76.1 to 172.20.79.254, 172.20.79.255 19 172.20.76.0, 172.20.76.1 to 172.20.79.254, 172.20.79.255 20 172.20.80.0, 172.20.80.1 to 172.20.83.254, 172.20.83.255 21 172.20.84.0, 172.20.84.1 to 172.20.87.254, 172.20.87.255 22 172.20.88.0, 172.20.88.1 to 172.20.91.254, 172.20.91.255 23 172.20.92.0, 172.20.92.1 to 172.20.95.254, 172.20.95.255 24 172.20.96.0, 172.20.96.1 to 172.20.99.254, 172.20.99.255 25 172.20.100.0, 172.20.100.1 to 172.20.103.254, 172.20.103.255 26 172.20.104.0, 172.20.104.1 to 172.20.107.254, 172.20.107.255 27 172.20.108.0, 172.20.108.1 to 172.20.111.254, 172.20.111.255 28 172.20.112.0, 172.20.112.1 to 172.20.115.254, 172.20.115.255 29 172.20.116.0, 172.20.116.1 to 172.20.119.254, 172.20.119.255 30 172.20.120.0, 172.20.120.1 to 172.20.123.254, 172.20.123.255 31 172.20.124.0, 172.20.124.1 to 172.20.127.254, 172.20.127.255 32 172.20.128.0, 172.20.128.1 to 172.20.131.254, 172.20.131.255 33 172.20.132.0, 172.20.132.1 to 172.20.135.254, 172.20.135.255 34 172.20.136.0, 172.20.136.1 to 172.20.139.254, 172.20.139.255 35 172.20.140.0, 172.20.140.1 to 172.20.143.254, 172.20.143.255
Subredes: Ejemplo Subnet, Valid Hosts, Broadcast 36 172.20.144.0, 172.20.144.1 to 172.20.147.254, 172.20.147.255 37 172.20.148.0, 172.20.148.1 to 172.20.151.254, 172.20.151.255 38 171.20.152.0, 172.20.152.1 to 172.20.155.254, 172.20.155.255 39 172.20.156.0, 172.20.156.1 to 172.20.159.254, 172.20.159.255 40 172.20.160.0, 172.20.160.1 to 172.20.163.254, 172.20.163.255 41 172.20.164.0, 172.20.164.1 to 172.20.167.254, 172.20.167.255 42 172.20.168.0, 172.20.168.1 to 172.20.171.254, 172.20.171.255 43 172.20.172.0, 172.20.172.1 to 172.20.175.254, 172.20.175.255 44 172.20.176.0, 172.20.176.1 to 172.20.179.254, 172.20.179.255 45 172.20.180.0, 172.20.180.1 to 172.20.183.254, 172.20.183.255 46 172.20.184.0, 172.20.184.1 to 172.20.187.254, 172.20.187.255 47 172.20.188.0, 172.20.188.1 to 172.20.191.254, 172.20.191.255 48 172.20.192.0, 172.20.192.1 to 172.20.195.254, 172.20.195.255 49 172.20.196.0, 172.20.196.1 to 172.20.199.254, 172.20.199.255 50 172.20.200.0, 172.20.200.1 to 172.20.203.254, 172.20.203.255 51 172.20.204.0, 172.20.204.1 to 172.20.207.254, 172.20.207.255 52 172.20.208.0, 172.20.208.1 to 172.20.211.254, 172.20.211.255 53 172.20.212.0, 172.20.212.1 to 172.20.215.254, 172.20.215.255 54 172.20.216.0, 172.20.216.1 to 172.20.219.254, 172.20.219.255
Subredes: Ejemplo Subnet, Valid Hosts, Broadcast 55 172.20.220.0, 172.20.220.1 to 172.20.223.254, 172.20.223.255 56 172.20.224.0, 172.20.224.1 to 172.20.227.254, 172.20.227.255 57 172.20.228.0, 172.20.228.1 to 172.20.231.254, 172.20.231.255 58 172.20.232.0, 172.20.232.1 to 172.20.235.254, 172.20.235.255 59 172.20.236.0, 172.20.236.1 to 172.20.239.254, 172.20.239.255 60 172.20.240.0, 172.20.240.1 to 172.20.243.254, 172.20.243.255 61 172.20.244.0, 172.20.244.1 to 172.20.247.254, 172.20.247.255 62 172.20.248.0, 172.20.248.1 to 172.20.251.254, 172.20.251.255 63 172.20.252.0, 172.20.252.1 to 172.20.255.254, 172.20.255.255
Puerta de enlace Al configurar los enrutadores, cada interfaz debe conectarse a un segmento de red diferente. Cada uno de estos segmentos se transformará en una subred individual. Se debe asignar una dirección de esta subred a la interfaz del enrutador directamente conectada a este segmento. Cada segmento de una red debe tener un número de red/subred diferente.
Subredes
Subredes Ejemplo de un esquema de host/subred para una dirección Clase C Bits usados Subredes creadas Hosts por subred Hosts total 2 2 62 124 3 6 30 180 4 14 14 196 5 30 6 180 6 62 2 124
Notación abreviada Es común escribir la máscara de subred de manera abreviada, indicando el número de bits en 1, usados para la dirección de red y subred, al final de la dirección de red. 192.168.34.0 255.255.255.0 192.168.34.0/24 10.10.76.32 255.255.0.0 10.10.76.32/16
Notación abreviada /32 255.255.255.255 /30 255.255.255.252 /29 255.255.255.248 /28 255.255.255.240 /27 255.255.255.224 /26 255.255.255.192 /25 255.255.255.128 /24 255.255.255.0
CONCEPTOS DE LA CAPA DE RED ICMP Internet Control Message Protocol RFC 792 Transferencia de mensajes de control entre enrutadores y de host a host Retroalimentación para detectar problemas Encapsulación en datagrama IP
CONCEPTOS DE LA CAPA DE RED ICMP CABECERA ICMP DATOS ICMP CABECERA DATAGRAMA AREA DE DATOS DEL DATAGRAMA CABECERA TRAMA AREA DE DATOS DE LA TRAMA Encapsulación ICMP
CONCEPTOS DE LA CAPA DE RED Formato mensaje ICMP Cada mensaje ICMP tiene su propio formato, todos inician con los mismos 3 campos: TYPE CODE CHECKSUM
Campo 0 Type 3 4 5 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Formato mensaje ICMP Tipo mensaje ICMP Echo reply Destino no alcanzable Source quench Redirect (Cambio una ruta) Echo request Router Advertisement Router Solicitation Tiempo excedido por un datagrama Problema de parámetro en un datagrama Timestamp request Timestamp reply Information request Information reply Address mask request Address mask reply
Dispositivos: Enrutadores Los enrutadores usan un esquema de direccionamiento de Capa 3 para tomar decisiones con respecto al envío de datos. Usan direcciones lógicas en lugar de direcciones físicas. Un enrutador tiene la capacidad de tomar decisiones inteligentes con respecto a la mejor ruta para la entrega de datos en la red. Los enrutadores se usan para conectar redes separadas, y para acceder a Internet.
Dispositivos: Enrutadores
Encapsulamiento IP 1. Extrae el encabezado de enlace de datos que transporta la trama. (El encabezado de enlace de datos contiene las direcciones MAC origen y destino). 2. Examina la dirección de la capa de red para determinar cuál es la red destino. 3. Consulta las tablas de enrutamiento para determinar cuál de las interfaces usará para enviar los datos, a fin de que lleguen a la red destino.
Protocolo de resolución de direcciones (ARP) Los dispositivos emisores necesitan tanto las direcciones IP como las direcciones MAC de los dispositivos destino. Deben determinar la dirección física del dispositivo destino para poder realizar la comunicación, un paso a la vez. El conjunto de protocolos TCP/IP tiene un protocolo, denominado ARP, que puede encontrar automáticamente la dirección MAC necesaria.
Protocolo de resolución de direcciones (ARP) Se genera un mensaje de broadcast (nivel 2) con la dirección IP del destino, este contesta el mensaje indicando su dirección física. Los dispositivos mantienen tablas que contienen todas las direcciones MAC y direcciones IP de los otros dispositivos que están conectados en la misma LAN. Estas se denominan Tablas ARP, y relacionan direcciones IP a las direcciones MAC correspondientes.
Protocolo de resolución de direcciones (ARP)
Protocolo de resolución de direcciones (ARP)
Asignación de direcciones IP Existen dos métodos de asignación de direcciones IP: Direccionamiento estático: Se asignan direcciones IP (y demás parámetros de red) de manera manual a cada dispositivo que acceda a la red. Direccionamiento dinámico: El dispositivo obtiene su dirección IP dinámicamente por medio de un protocolo diseñado para ello. Independientemente de qué esquema de direccionamiento utilice, dos interfaces no pueden tener la misma dirección IP.
Asignación dinámica de direcciones IP Protocolo de resolución de dirección inversa (RARP): Relaciona las direcciones MAC con las direcciones IP. Opera en la capa de enlace de datos. Protocolo BOOTstrap (BOOTP): Un computador usa BOOTP para enviar un datagrama IP broadcast. Un servidor BOOTP recibe el broadcast y luego envía un broadcast de respuesta. El cliente recibe el datagrama y verifica la dirección MAC. Si encuentra su propia dirección MAC en el campo de dirección destino, entonces acepta la dirección IP del datagrama.
Asignación dinámica de direcciones IP Protocolo de configuración dinámica del host (DHCP): Evolución de BOOTP, se diseña pensando en su interoperabilidad. Protocolo para asignación de direcciones IP preferido en la actualidad.
Protocolos Enrutables Para que un protocolo sea enrutable, debe brindar la capacidad para asignar un número de red, así como un número de host, a cada dispositivo individual. El protocolo enrutable más comúnmente utilizado, es el protocolo IP. Aunque existen otros protocolos enrutables: IPX/SPX y AppleTalk. Los protocolos como, por ejemplo, IP, IPX/SPX y AppleTalk suministran soporte de direcciones en la Capa 3 y, en consecuencia, son enrutables.
Protocolos Enrutables Existen protocolos no enrutables. El más común de estos es NetBEUI. NetBEUI es un protocolo pequeño, veloz y eficiente que está limitado a ejecutarse en un segmento de red. Algunos protocolos, tal como el protocolo IPX, sólo necesitan que se le asigne un número de red; estos protocolos utilizan una dirección física de destino como el número de host. Otros protocolos como, por ejemplo, IP, requieren que se suministre una dirección completa, así como también una máscara de subred.
Protocolos Enrutables
Protocolos de Enrutamiento Los protocolos de enrutamiento determinan las rutas a tomar para realizar la transmisión de protocolos enrutados. Existen dos tipos de protocolos de enrutamiento: Los protocolos de enrutamiento de gateway interior (IGP) Los protocolos de enrutamiento de gateway exterior (EGP)
Protocolos de Enrutamiento Los EGPs enrutan datos entre sistemas autónomos. Un ejemplo de EGP es BGP (Protocolo de gateway fronterizo), el principal protocolo de enrutamiento exterior de Internet. Los IGPs enrutan los datos dentro de un sistema autónomo. Entre los ejemplos de los protocolos IGP se incluyen: RIP (Protocolo de Información de Enrutamiento) IGRP (Protocolo de enrutamiento de gateway interior) EIGRP (Protocolo de enrutamiento de gateway interior mejorado) OSPF (Primero la ruta libre más corta)