Tema 2: Internet Protocol (IP) Depósitos de normas Modelo de

Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Tema II: IP (Entrega 1)
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Tema 2: Internet Protocol (IP)
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–
–
–
–
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
– Encaminamiento
•
•
•
•
Tablas de encaminamiento
Encaminamientos interno y externo
Encaminamiento estático
Protocolos: RIP, OSPF,CIDR
– ICMP
– Herramientas de ayuda: ping,
traceroute
– IP versión 6
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____________________________________
_____________________________
– Routers
– Fragmentación y reensamblado
Departamento
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Grupo de Aplicaciones Telemáticas
UPC
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Depósitos de normas
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• RFCs disponibles en ftp.upc.es/pub/doc/rfc
• RFCs y drafts: en ftp.rediris.es/docs
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Departamento
Arquitectura
Computadores
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Grupo de Aplicaciones Telemáticas
UPC
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Modelo de operación de IP
LAN
FDDI
FDDI
WAN
FTP
Router
TCP
FDDI IP
Driver
Token Ring
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Arquitectura
Computadores
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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
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____________________________________
____________________________________
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Este último router lo
entrega a la máquina
destinataria
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UPC
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1
Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Tema II: IP (Entrega 1)
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Modelo de operación de IP
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• 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.
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UPC
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Tipo de servicio de IP
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• 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.
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• RFC 791. Septiembre de 1981.
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UPC
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Elementos de diseño de IP
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• 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.
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Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Tema II: IP (Entrega 1)
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Elementos de diseño de IP
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– 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 100 % dicha notificación.
– Control de flujo. Define un servicio limitado de control
de flujo (también mediante ICMP)
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____________________________________
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U PC
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Direcciones IP
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• Tamaño: 32 bits.
• Notación: 4 enteros separados por ‘.’ (cada entero representa
el valor del octeto correspondiente): 127.0.0.1
• Asignadas por una autoridad central: Internet Network
Infomation Center (INIC)
• Tipos de direcciones:
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____________________________________
____________________________________
_____________________________
– 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).
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U PC
____________________________________
Direcciones IP
____________________________________
____________________________________
____________________________________
• Direcciones estructuradas en campos:
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Identificador de clase
Identificador red
Identificador de host
*Las multicast
no siguen este
formato
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_____________________________
• 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.
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Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Tema II: IP (Entrega 1)
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Direcciones IP
____________________________________
____________________________________
7 bits
0.0.0.0 a 127.255.255.255
Clase A
0
Identificador red
128.0.0.0 a 191.255.255.255
Clase B
10
192.0.0.0 a 223.255.255.255
Clase C
110
24 bits
Identificador de host
14 bits
16 bits
Identificador red
Identificador de host
21 bits
8 bits
Identificador red
____________________________________
____________________________________
_____________________________
Identificador de host
224.0.0.0 a 239.255.255.255
Clase D
1110
Identificador grupo de multicast
240.0.0.0 a 247.255.255.255
Clase E
11110
Reservada para uso futuro
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____________________________________
28 bits
27 bits
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Direcciones IP
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• Clase A: 128 redes, 16.777.216 hosts/red.
• Clase B: 16384 redes, 65536 hosts/red.
• Clase C: 2.097.152 redes, 256 hosts/red.
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____________________________________
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Direcciones IP especiales
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•
•
•
•
•
•
•
0.0.0.0. Este host en esta red.
Netid = 0, 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 0, se trata de una dirección de UNA RED (o
subred) pero NO de un host.
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Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Tema II: IP (Entrega 1)
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Cabecera datagrama IP. Formato
____________________________________
____________________________________
0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| IHL |Type of Service|
Total Length
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Identification
|Flags|
Fragment Offset
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Time to Live |
Protocol
|
Header Checksum
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Source Address
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Destination Address
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Options
|
Padding
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
•
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____________________________________
____________________________________
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La menor cabecera IP posible es de 20 bytes (aquella que NO tiene
campo de opciones).
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Cabecera datagrama IP . Formato
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• 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: 60
bytes. Longitud mínima: 20 bytes.
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____________________________________
____________________________________
_____________________________
• 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.
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Cabecera datagrama IP . Formato
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____________________________________
–
–
–
–
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.
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Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Tema II: IP (Entrega 1)
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Cabecera datagrama IP . Formato
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– Las distintas aplicaciones demandan diferentes TOS:
Aplicación
Retraso
Mínimo
Throughput
Máximo
Fiabilidad
Máxima
FTP(control)
FTP (datos)
1
0
0
1
0
0
Telnet/Rlogin
1
0
0
SMTP (comando)
SMTP (datos)
1
0
0
1
0
0
SNMP (gestión
de red)
0
0
1
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Cabecera datagrama IP . Formato
• 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
fragmento o no.
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____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
_____________________________
el datagrama es el último
• 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: 0
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Cabecera datagrama IP . Formato
• 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 0, 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 790.
• Options (variable). Lista variable de información opcional
para el datagrama. Las definidas son:
– Seguridad y restricciones de manejo (propósitos
militares -RFC 1108-).
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Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Tema II: IP (Entrega 1)
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Cabecera datagrama IP . Formato
– 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.
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____________________________________
____________________________________
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_____________________________
– Encaminamiento no estricto de fuente y anotación de
ruta (lista de @IP por las que el datagrama debe pasar
-además de otras-)
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Cabecera datagrama IP . Formato
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– 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 0x00).
Las opciones deben también acabar alineadas
con palabras de 32 bits. Si no lo hacen, se
añaden bits de relleno.
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Arquitectura
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Cabecera datagrama IP . Formato
• 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 0”. Recalculado en cada router que
atraviesa (se cambia TTL y puede fragmentarse).
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Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Tema II: IP (Entrega 1)
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Cabecera datagrama IP. Checksum
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| IHL |Type of Service|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Total Length
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Identification
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Flags|
Fragment Offset
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Time to Live |
Protocol
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Header Checksum
|
Checksum calculado
0x0000
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Source |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Address
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Destination|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Address
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Options
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
|
//
//
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Padding
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 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 0x0000
3. Sumar palabras de cabecera en compl. a 1s
4. Calcular complemento a 1 del resultado
5. Colocar resultado en checksum
Checksum
Departamento
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____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
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Comp 1
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Cabecera datagramas IP
•
Ejemplo de cabecera. Inspección de contenidos:
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____________________________________
– tcpdump -x -s 512
45 10 05 dc 64 78 00 00 40 06 a3 4 c93 53
23 50 93 53 23 51 02 01 03 f0 28 c2 c7 e2
33 d4 71 80 50 18 3f e0 d8 50 00 00 32 20
etc…
Versión: 4 (0x04)
Header Length: 20 bytes (0x05)
TOS: Mínimo Retraso (0x10)
Longitud Datagrama: 1500 bytes
(0x05dc)
Identificación: 0x6478
Flags: 000binario: Puede
fragmentarse. Último fragmento.
____________________________________
____________________________________
____________________________________
Offset Fragmento: 0 (000000000b)
TTL: 64 (0x04)
Protocolo: (0x06)
Header checksum: 0xa34c
Source address: 0x93532350
(147.83.35.80)
Dest. address: 0x93532351
(147.83.35.81)
_____________________________
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Cabecera Datagramas IP
____________________________________
____________________________________
Cálculo del checksum
____________________________________
45 10
05 dc
64 78
00 00
40 06
a34c
00 00
93 53
23 50
93 53
23 51
____________________________________
____________________________________
Valor inicial de checksum para cálculo: 0x00
25c b1
2
5c b3
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_____________________________
a34c
Complemento a 1
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Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Tema II: IP (Entrega 1)
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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).
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Direccionamiento de subred
“Subnetting”
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____________________________________
•
•
•
•
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.
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____________________________________
_____________________________
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Direccionamiento de subred
“Subnetting”
____________________________________
____________________________________
Subred 143.250.5.0
____________________________________
Subred 143.250.4.0
FDDI
____________________________________
143.250.6.2
143.250.5.2
143.250.4.2
Subred 143.250.6.0
143.250.4.1
143.250.5.1
____________________________________
143.250.6.1
_____________________________
A/De Internet
@ router externo 143.252.104.1
Red 143.250
143.250.2.1
143.250.3.1
143.250.1.1
143.250.1.2
Subred 143.250.1.0
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FDDI
Subred 143.250.2.0
143.250.2.2
 J.C. Cruellas
143.250.3.2
Subred 143.250.3.0
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9
Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Tema II: IP (Entrega 1)
Direccionamiento de subred
“Subnetting”
• 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 0
se ponen los que identifican a los hosts de las subredes.
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____________________________________
____________________________________
____________________________________
_____________________________
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Direccionamiento de subred
“Subnetting”
____________________________________
____________________________________
____________________________________
• Ejemplos de máscaras de red:
____________________________________
Clase B
16 bits
Id de red
8 bits
8 bits
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 10 0 0 0 0 0 0 0
____________________________________
____________________________________
_____________________________
255.255.255.0
16 bits
10 bits
Id de red
Id de subred
6 bits
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 0 0 0 0 0 0
255.255.255.192
Departamento
Arquitectura
Computadores
 J.C. Cruellas
Grupo de Aplicaciones Telemáticas
U PC
Direccionamiento de subred
“Subnetting”
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• 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.
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• 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.
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Arquitectura
Computadores
 J.C. Cruellas
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Grupo de Aplicaciones Telemáticas
U PC
Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2000/2001. Q1
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Sistemas de Transportes de Datos (STD)
Direccionamiento de subred
“Subnetting”
Tema II: IP (Entrega 1)
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• 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):
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– Primera subred: 143.250.1.0 / 24.
– 24 bits para id clase + id red + id subred
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 J.C. Cruellas
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