CAP 4 - Apuntes 4 PDF

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CAPITULO 4 TELEMATICA...

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CAPITULO 4 : LA CAPA DE RED 4.1 Introducción a la capa de red .La capa de red transporta segmentos TCP o datagramas UDP desde el host emisor al host receptor. .El emisor encapsula los segmentos TCP en datagramas IP. .El receptor entrega los segmentos TCP a la capa de transporte. .Los protocolos de la capa de red esta en cada host y router. .El router examina los campos de cabecera de todos los datagramas IP que pasan a través de el. .IP es un protocolo hop by hop, esta en el nivel de red (L3) junto a ICMP (protocolo de mensajes de control internet) e IGMP (protocolo para las comunicaciones multicast). .Objetivo capa de red  Transportar paquetes desde un host emisor a un host receptor 4.1.1 Reenvio y enrutamiento : Los planos de datos y de control Funciones de la capa de red: 1- Reenvio: Accion local que realiza el router moviendo paquetes IP desde la entrada del router a la salida apropiada del router. 2-Enrutamiento(routing): Determina la ruta que deben de seguir los paquetes IP desde el origen al destino.Los algoritmos que calculan las rutas se conocen como algoritmos de routing. 1.Plano de datos: Su función principal (función local por router) reenviar datagramas IP desde el puerto de entrada del router al puerto de salida.Un elemento crucial de un router es su tabla de reenvio.Un router reenvia un un paquete examinando el valor de uno o mas campos de cabecera del paquete entrante.El reenvio tiene lugar en escala de tiempos cortos (nanosegundos) y se implementa en el hardware. 2.Plano de control: Coordinar las acciones de reenvíos locales de cada router, para que los datagramas IP se transmitan de extremo a extremo entre los routers desde el host origen al host destino.El enrutamiento tiene lugar con escalas mas largas (segundos) y suele implementarse en el software. - Dos enfoques del plano de control: .Algoritmos tradicionales de routing: Implementados en routers. .SDN: implementado en servidores remotos

4.2 El interior de un router

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Puertos de entrada: Varias funciones la mas importante consulta la tabla de reenvio para determinar el puerto de salida. Entramado de conmutación: Conecta los puerto de entrada con los de salida. Puertos de salida: Almacena los paquetes recibidos y los transmite al enlace de salida. Procesador de enrutamiento: Funciones de plano de control.

4.2.1 Reenvio basado en el destino Supongamos un router con 4 enlaces enumerados del 0 al 3 y los paquetes deben ser reenviados a las interfaces de enlace:

En este caso no será necesario disponer de 4.000 millones de entradas en la tabla de reenvio,podemos tener la siguiente tabla de reenvio utilizando el rango de dirección destino con prefijos:

Con este tipo de tabla el router busca la coincidencia de un prefijo con las entradas de la tabla , si existe una coincidencia el router reenvia el paquete a un enlace asociado con esa coincidencia. EJ: 11001000 00010111 00010110 10100001 como el prefijo coincide con la primera entrada de la tabla, el router reenvia el paquete a la interfaz de enlace 0. Cuando existen varias coincidencias, el router aplica la regla de coincidencia con el prefijo mas largo(LPM),es decir, lo asocia con el prefijo coincidente mas largo.

EJ 11001000 00010111 0001100 10100001, como coincide con la segunda y tercera entrada de la tabla se que queda con la interfaz de enlace 1 ya que es de prefijo mas largo. Resumen funciones capa de red

4.3 Protocolo de internet : IP 4.3.1 Formato de un datagrama IPv4 Los paquetes de la capa de red se denominan datagramas.

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Numero de versión: 4 bits,versión de protocolo IP. Longitud de cabecera: 4 bits, necesario para determinar donde comienza la carga útil del datagrama IP.(normalmente cabecera de 20 bytes) Tipo de servicio: Para poder diferenciar los distintos tipos datagramas IP (datagramas tiempo real telefonía IP vs FTP no son en tiempo real). Longitud de datagrama: Longitud total del datagrama IP,(cabecera + datos) en bytes. Identificador,indicadores, desplazamiento de fragmentación: Tienen que ver con lo que se denomina fragmentación IP. Tiempo de vida: TTL, garantiza que los datagramas no estén eternamente en circulación a través de la red.Se decrementa en una unidad cada vez que el router procesa un datagrama.Si alcanza valor 0, tiene que ser descartado por el router. Protocolo: Cuando el datagrama alcanza su destino final, protocolo de capa de transporte (tcp o udp) que pasan los datos.

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Suma de comprobación de cabecera: Ayuda a los routers a detectar errores de bit en un datagrama IP recibido. Direcciones IP origen destino Opciones: Permite ampliar cabeceras IP. Datos (carga útil): El campo de datos del datagrama Ip contiene el segmento de la capa de transporte que va entregarse al destino (tcp o udp).

Un datagrama IP tiene de cabecera 20 bytes (sin opciones), si el datagrama transporta un segmento tcp,cada datagrama transporta un total de 40 bytes de cabecera (20 ip + 20 tcp) junto con el mensaje de la capa de aplicación. 4.3.2 Fragmentacion del datagrama IPv4 .Los enlaces de red tienen MTU (tamaño máximo de transferencia),el MTU impone un limite estricto a la longitud de datagrama IP. .Cada tipo de enlace puede tener un MTU diferente. .Si un datagrama IP tiene una longitud mayor a la de la MTU este se fragmenta en dos o mas datagramas IP mas pequeños, llamados fragmentos. .Los fragmentos tienen que ser reensamblados antes de llegar a la capa de transporte del destino. .Para que el host destino puede llevar a cabo las tareas de reensamblado IPv4 incluye los campos de identificación,indicadores y desplazamiento de fragmentación.

4000 bytes de datos Ip 20 de cabecera IP 20 cabecera protocolo de transporte Numero de fragmentos (MTU + MTU…) numero de MTU hasta llegar a cabecera IP+cabecera transporte + bytes de datos IP. Bytes campo de datos = MTU – 20 Offset el primero será 0, el segundo bytes campo de datos/8, y después sumar el anterior + bytes campo de datos/8 MF: todos 1 menos el ultimo 0

4.3.3 Direccionamiento IPv4 .Direccion Ipv4: identificador de 32 bits para interfaz de host y router. .Interfaz: Conexión del host/router al enlace físico, normalmente los router tienen varios interfaces, el host tiene uno o dos interfaces ethernet cableaba o inalámbrica. Dos tipos de conexion de interfaces: 1-Las interfaces de ethernet cableadas se conectan por switches ethernet. 2-Las interfaces wifi inalámbricos se conectan por estaciones base wifi. Todos los hosts y routers son capaces de enviar y recibir datagramas IP, por tanto cada interfaz de hosts y router tiene su propia dirección IP. Una dirección IP tiene: - Parte de subred: los bits de mas orden - Parte de host: los bits de menos orden SUBREDES: interfaces de dispositivo con la misma parte subred de la dirección IP.Se pueden alcanzar entre si sin intervención del router. El direccionamiento IP asigna una dirección llamada mascara subred ej: 223.1.1.0/24 /24: mascara subred 223.1.2.0/24 CIDR : enrutamiento entre dominios sin clase Estrategia de asignacion de direcciones de internet .Formato a.b.c.d/x donde x es el numero de bits en porción de la subred de la dirección. 200.23.16.0 en binario : 11001000 00010111 00010000 00000000 (parte de red = 23 unos) 200.23.16.0/23 (donde 23 es la marcara de subred) Como obtener un bloque de direcciones Para obtener un bloque de direcciones IP que pueda ser utilizado dentro de una subred de una organización, el administrador tiene que contactar con su ISP, el cual proporciona direcciones extraidas de un bloque de direcciones mayor que habrá sido asignado al ISP. Un ISP para obtener el bloque de direcciones, existe una autoridad global que se encarga de gestionar direcciones IP y asignar bloques a ISP  ICANN. Direccionamiento jerarquico

ISP que conecta a ocho organizaciones a internet,ilustra como la asignacion cuidadosa de direcciones CIDR facilita el enrutamiento.La capacidad de emplear un mismo prefijo para anunciar multiples redes se denomina agregacion de rutas.ISP flybynight pide al mundo exterior que se le debe enviar datagramas que correspondan a 200.23.16.0/20,el mundo exterior no necesita saber que dentro de esta direccion hay otras 8 direcciones cada una con sus subredes. Si la organización 1 quiere conectarse a la otra ISP la direccion 199.31.0.0/16 no tiene nada que ver con el por ello la solucion facil es que el otro ISP tenga una ruta mas especifica para la organización 1, quedando: “enviame algo con direcciones que comienzan por 199.31.0.0/16 o 200.23.18.0/23”. Protocolo de configuracion dinamica de host DHCP  Permite que un host obtenga automaticamente una direccion IP.Un administrador de red puede configurar DHCP de modo que un host reciba la misma direccion IP cada vez que se conecte a la red o bien asignarle una direccion IP temporal que sera diferente cada vez que se conecte a la red.Por ello una vez que el temporal no esta conectado permite ser reutilizado. DHCP tambien permite: Obtener mascara subred,direccion del router del primer salto para el cliente y el nombre y direccion IP del servidor DNS. DHCP es un protocolo cliente servidor , en el que un host recien llegado quiere obtener informacion de configuracion de la red,incluyendi una direccion IP para si mismo.Por ello DHCP aplica 4 pasos: - Descubrimiento del servidor DHCP: El host recien llegado busca un servidor DHCP con el que interactuar. - Oferta del servidor DHCP: Un servidor DHCP recibe el mensaje de descubrimiento DHCP responde al cliente con un mensaje de oferta. - Solicitud DHCP: El cliente seleccionara entre las ofertas del servidor y respondera la oferta pidiendo la direccion IP con un mensaje de solicitud DHCP. - ACK DHCP: El servidor contesta a la solicitud enviando la direccion IP al cliente.

Ejemplo DHCP: EL pc que se conecta necesita una direccion IP,la direccion del router de primer salto y la direccion del servidor DNS, para ello usa DHCP. 1- La peticion DHCP se encapsula en UDP,en IP y en ethernet. 2- Ethernet demultiplexa a IP, Ip demultiplexa a UDP y UDP a DHCP. 3- Cuando el mensaje ACK de DHCP se lanza contiene toda la informacion que se queria.Se encapsula en DCP y se reenvia al cliente. Protocolos ayudantes de Ip  ICMP e IGMP. ICMP Protocolo de mensajes de control de internet.Lo utilizan los host y routers para itercambiarse informacion acerca de la capa de red.El mas tipico es la generacion de informes de error “red de destino inalcanzable” el cual no ha podido encontrar una ruta hasta el host especificado en la solicictud http.ICMP es parte IP y los mensajes ICMP son transportados dentro de los datagramas IP.Contienen campo tipo,campo codigo,cabecera y los 8 primeros bytes del datagrama IP.Cuando un datagrama IP transporta un segmento UDP el TTL se incrementa en 1 hasta que llega al ultimo router,despues ICP avisa “TTL caducado”,ICMP ademas incluye el nombre del router y la direccion IP. 4.3.4 Traduccion de direcciones de red : NAT Funcionalidad : - Traducir direcciones IP (publica/privada o defenderse de adversarios) -Traducir numeros de puerto internos/externos

Esta figura es un router con funcionalidad NAT.La parte de la derecha es una interfaz que forma parte de una red domestica.El direccionamiento dentro de la red es 10.0.0.0/24, al ser una red privada las direcciones solo tendran significado para los dispositivos dentro de la red.Los paquetes reenviados mas alla de la red domestica no pueden utilizar estas direcciones,porque existen muchisimas mas redes que usan el mismo bloque de direcciones.Para entender que ocurre hay que entender como funciona NAT. Nat es un dispositivo unico, con Ip unica de cara al exterior.El trafico que sale del router domestico a hacia internet y el trafico que entra tiene como destino tienen direccion 138.76.29.7.Nat oculta los detalles de la red domestica de cara al exterior.

EJ: Un usuario de una red domestica utiliza un host con la direccion 10.0.0.1 solicita una pagina web almacenada en un servidor con la direccion IP 128.119.40.186 (http puerto 80). 1- El host asigna el numero de puerto origen 3345 y envia el datagrama a la LAN. 2- El router nat recibe el datagrama genera un nuevo puerto de origen 5001 y sustituye la direccion IP por su propia direccion IP tambien sustituye el puerto 3345 por 5001. 3- NAt puede generar cualquier numero de puerto que no este en la tabla de traducciones, una vez generado lo añade en la tabla. 4- El servidor web no es consciente de que el datagrama entrante ha sido manipulado por NAT, responde la solicitud con direccion destino el router de la nat , consulta en la tabla de traducciones a que direccion de la red domestica pertenece y lo reenvia. 4.3.5 IPv6 Principal motivacion  Se dieron cuenta que el espacio de direcciones IP de 32 bits estaba comenzando a agotarse. Cambios relevantes en el formato: - Capacidades ampliadas : La direccion IPv6 aumenta de 32 a 128 bits. - Una cabecera de 40 bytes mas simplificada: Cabecera de longitud fija de 40 bytes, permite un procesamiento mas rapido de datgrama IP. - Etiquetado de flujo: Debido al uso amplio de flujo de IPv6. Formato del datagrama IPv6

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Version: 4 bits, numero de version IP Clase de trafico: Dar prioridad a los datagramas de determinadas aplicaciones frente a otras (ej: prioridad voz ip a SMTP). Etiqueta de flujo: Campo de 20 bits para identificar un flujo de datagramas. Longitud de la carga util: Valor de 16 bits, se muestra a continuacion de la cebecera que es de 40 bytes. Siguiente cabecera: Identifica protocolo (TCP o UDP) al que se entregara el contenido del datagrama o las opciones. Limite de saltos: Cada router que reenvia un datagrama decrementa en una unidad su valor, cuando es 0 el router lo descarta. Direcciones de origen y destino Datos: Carga util del datagrama IPv6.

Otros cambios respecto a IPv4 - Fragmentacion/reensamblado: IPv6 no permite la fragmentacion ni el reensamblado en routers intermedios, solo puede ocurrir en el rigen y en el destino.Si un datagrama es muy largo el rputer lo descartay manda un mensaje de error ICMP.”paquete demasiado grande” - Suma de comprobacion de cabecera: Eliminado ya que reduce el tiempo de procesamiento debido a que necesitaba ser recalculada en cada router. - Opciones: Eliminado el campo de opciones pero las opciones no han desaparecido es una de las siguientes posibles cabeceras . Transicion de IPV4 IPv6 La solucion mas ampliamenta adoptada para esta transicion es la tunelizacion.

Dos nodos IPv6 (B y E) desean interoperar utilizando datagramas IPv6, pero estan conectados entre si con dos routers IPv4.A los router IPv4 los llamaremos tunel. Mediante la tunelizacion: 1- El nodo IPv6 del lado emisor del tuner (B) toma el datagrama IPv6 completo y lo incluye en el campo de datos de un datagrama IPv4 2- Este datagrama se direcciona hasta el nodo IPv6 del lado recepetor (E) y se envia al primer nodo del tuner (C). 3- Los routers intermedios IPv4 enrutan el datagrama IPv4 (sin saber que contiene un datagrama IPv6) 4- El nodo IPv6 receptor (E) recibe el datagrama IPv4,determina que contiene un datagrama IPv6,extrae el datagrama IPv6 y lo enruta como si hubiese recibido un datagrama IPv6 directamente....