Tema 10: El protocolo IP

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Tema 10: El protocolo IP
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Tema 13: Protocolo UDP
1. Interconexión de redes
Redes de Computadores
 1. Interconexió
Interconexión de redes
 2. Formato de un datagrama
¾ 2.1. Fragmentació
Fragmentación de datagramas
 3. Encaminamiento
¾ 3.1. Tablas de encaminamiento
¾ 3.2. Algoritmo de encaminamiento
 4. Procesamiento de un datagrama IP.
 5. Problemas con el direccionamiento IP
 6. IP versió
versión 6 (IPv6).
Computadores (hosts)
LAN/WAN
pasarelas
R
LAN/WAN
R
LAN/WAN
redes IP
Bibliografía:[CO M 96](Tem as7,8,10 y 29).
2
Tema 13: Protocolo UDP
Funcionamiento de IP
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Arquitectura de redes TCP/IP
Tres tipos de servicios, con dependencias entre ellos:
Servicios de aplicación
Servicio de transporte fiable
Servicio de entrega de paquetes sin conexión
3
Tema 13: Protocolo UDP
Servicio sin conexión (datagrama)
No hay garantía de entrega
Entrega desordenada
IP realiza las funciones de encaminamiento
IP establece:
¾ Unidad básica de transferencia de datos: datagrama
¾ Formato, reglas de procesamiento de paquetes,
condiciones de error, etc.
4
Tema 13: Protocolo UDP
Descripción de los campos (I)
El datagrama se envía encapsulado en el campo de
datos de una trama:
6
6
2
destino
fuente
tipo (0x800)
campo de datos del
datagrama
46-1500
4
campo de datos de la trama
CRC
0
4
vers
8
longc
16
19
tipo servicio
identificación
cabecera
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2. Formato de un datagrama IP
cabecera
Tema 13: Protocolo UDP
tiempo vida
31
longitud total
flags
protocolo
24
offset fragmento
checksum de la cabecera
dirección IP fuente
dirección IP destino
opciones IP (variable)
relleno
DATOS
5
Tema 13: Protocolo UDP
Tipo de servicio
Primer campo (4 bits): versión del protocolo IP
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Descripción de los campos (II)
6
Longitud de la cabecera: tamaño de la cabecera
del datagrama en palabras de 32 bits (valor
mínimo = 5)
Longitud total del datagrama: se expresa en
octetos, incluye tanto la cabecera como el área de
datos. Tamaño máximo = 65.535 octetos
7
Tema 13: Protocolo UDP
Permite al usuario solicitar las condiciones
deseadas de retardo, ancho de banda y fiabilidad
¾ bits 0,1,2: prioridad del datagrama
¾ bit 3: bajo retardo
¾ bit 4: alta velocidad
¾ bit 5: elevada fiabilidad
Estos valores pueden servir de ayuda en las
decisiones de encaminamiento
Pero ... no se garantiza el tipo de servicio requerido
8
Tema 13: Protocolo UDP
Fragmentación de datagramas (II)
Los datagramas IP deben ser transmitidos a través
del servicio que proporciona la red física a la que
está conectado el computador
Todas las redes imponen limitaciones al tamaño
máximo de los paquetes (MTU: Maximum transfer
Unit)
MTU en Ethernet: 1500 bytes (campo de datos)
Si el datagrama “cabe” en una trama no hay
segmentación (datagrama<=MTU)
Los datagramas excesivamente grandes se dividen
para su transmisión, dando lugar a fragmentos
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2.1 Fragmentación de datagramas (I)
Tema 13: Protocolo UDP
El problema se presentará en el tránsito entre dos
redes físicas distintas Æ fragmentarán los routers
Al fragmentar un datagrama se copian la mayoría
de los campos de la cabecera:
¾ El campo de identificación, distinto para cada
datagrama, permite identificar todos los fragmentos de
un mismo datagrama
El desplazamiento del fragmento (en múltiplos de
8 bytes) indica la posición del fragmento dentro
del datagrama original
9
10
Tema 13: Protocolo UDP
Fragmentación de datagramas (III)
Reensamblado de datagramas
El campo longitud en un fragmento indica la
longitud de dicho fragmento
El destino activa un temporizador cuando se recibe
el primer fragmento de un datagrama
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Tema 13: Protocolo UDP
Dos bits en el campo de flags:
¾ Do not fragment (DF): El datagrama no puede ser fragmentado
¾ More fragments (MF): El fragmento no es el último de la serie
Sólo se reensambla en el destino
Se tienen en cuenta los campos de dirección fuente,
identificación, flags y desplazamiento de fragmento
11
Si llegan todos los fragmentos antes de que venza
el temporizador
¾ el datagrama se ensambla y posteriormente se procesa
En caso contrario, los fragmentos ya recibidos se
descartan
12
Tema 13: Protocolo UDP
Tiempo de vida
Host A
Red 1
MTU=1500
Router 1
Red 2
MTU=620
Router 2
Red 3
MTU=1500
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Ejemplo
Host B
Fragmentación en el router 1 al enviar datagramas superiores a 600, desde el
host A hasta el host B
lon. total
1420
identific.
32
DF=0
MF=0
datos 1
(600 octetos)
lon. total
620
identific.
32
DF=0
MF=1
offset 0
datos 1
lon. total
620
identific.
32
DF=0
MF=1
offset 75
(600)
datos 2
lon. total
220
identific.
32
DF=0
MF=0
offset 150
(1200)
datos 2
(600 octetos)
datos 3
(200 octetos)
MTU = 1500
octetos
MTU = 620 octetos
Tema 13: Protocolo UDP
Los datagramas tienen un tiempo limitado de
permanencia en la internet
Finalidad: Evitar que, por un mal encaminamiento,
estén dando vueltas en la Internet sin alcanzar el
destino
Cada retransmisión del datagrama (en cada pasarela)
debe decrementar ese campo
Al llegar a cero el datagrama se descarta y ya no es
retransmitido
datos 3
13
14
El campo protocolo
Otros campos de la cabecera IP
El campo protocolo indica el protocolo del nivel
superior al que van destinados los datos.
Se utiliza para demultiplexar los paquetes.
El checksum incluye sólo la cabecera
UDP
TCP
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Tema 13: Protocolo UDP
ICMP
IP
15
Tema 13: Protocolo UDP
El cálculo del checksum se obtiene
¾Tomando los bytes de la cabecera como enteros de
16 bits
¾Sumándolos con aritmética de complemento a uno
¾Tomando el complemento a uno de la suma
16
Tema 13: Protocolo UDP
3. Encaminamiento en IP (I)
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El campo de opciones
No siempre está presente y se incluye con
propósitos de verificación del funcionamiento de
la red
Tiene longitud variable
¾ Determina el tamaño del campo de relleno
Dependiendo del tipo de opción se replicará en
uno o en todos los fragmentos de un datagrama
Permiten al emisor de un datagrama:
¾ Solicitar un registro de los diferentes routers por los
que pasa el datagrama en su tránsito hacia el destino
¾ Especificar la ruta a seguir por el datagrama
¾ Solicitar un registro del instante en que el router
procesa el datagrama
Tema 13: Protocolo UDP
Dos hosts pueden comunicarse directamente
mediante tramas sólo si comparten la misma red
IP (diálogo directo).
En ese caso, el emisor encapsula el datagrama en
una trama, averigua la dirección física del destino
(ARP) y le envía directamente la trama.
Cuando el destino no está en la misma red que el
origen hay que enviar el datagrama al router
(diálogo indirecto). El proceso es parecido pero
ahora la dirección física destino es la del router
¿Cómo sabemos en qué caso estamos?
17
18
Tema 13: Protocolo UDP
3.1. Tablas de encaminamiento (I)
132.58.0.11
132.58.10.12
Red 1
132.58.0.0
Host A
132.58.0.2
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Encaminamiento en IP (II): Ejemplo
Host B
Red 2
25.0.0.0
25.0.0.3
Host C
Router 1
A
25.0.0.1
B
cabecera tram a
Hw dest B
A
Hw orig. A
datagram a IP
0x800
C
IP dest B
IP orig. A
datos
cabecera IP
Hw dest R1
Hw orig. A
0x800
IP dest C
IP orig. A
datos
Hw dest C
Hw orig.R1 0x800
IP dest C
IP orig. A
datos
19
Tema 13: Protocolo UDP
Elemento primordial en el encaminamiento IP.
Contienen información sobre los posibles destinos
y cómo llegar a ellos
¿Dónde están?
¾ En routers y hosts
¿Cómo deben ser?
¾ Compactas y pequeñas (en la medida de lo posible) para
un funcionamiento más eficiente.
¾ Sólo con información sobre redes destino y sobre
pasarelas que nos conducen a éstas
20
Tema 13: Protocolo UDP
Tablas de encaminamiento (III): ejemplo
Tipos de entradas en la tabla de encaminamiento:
Parejas (dir. red destino, router siguiente (next
hop))
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Tablas de encaminamiento (II)
Tema 13: Protocolo UDP
¾ Todo el tráfico a la misma suele seguir el mismo camino
¾ La ruta de A a B puede diferir de la de B a A
Rutas por defecto: No aparece la red destino
explícitamente en la tabla.
¾ Útil cuando la conexión al resto de la internet es única
Ruta específica para alguno hosts determinados.
Responde a propósitos de control y seguridad
Red 1
142.58.0.0
Router 1
Red 2
12.0.0.0
Router 2
Router 3
15.0.0.6
12.0.0.3
12.0.0.1
Tabla de encaminamiento del router 2
Tabla de encaminamiento del host A
destino
12.0.0.0
142.58.0.0
default
Red 4
96.0.0.0
Red 3
15.0.0.0
Host A
142.58.0.2
96.0.0.1
15.0.0.3
12.1.1.1
router
entrega directa
12.0.0.1
12.0.0.3
destino
15.0.0.0
ruta
entrega directa
12.0.0.0
142.58.0.0
96.0.0.0
entrega directa
12.0.0.1
15.0.0.6
21
22
Tema 13: Protocolo UDP
Tema 13: Protocolo UDP
3.2. Algoritmo de encaminamiento IP (I)
Es la función más importante de IP
Los routers intercambian información para
mantener actualizadas las tablas de
encaminamiento.
No ∃ ningún protocolo obligatorio para actualizar
las tablas de encaminamiento de IP
Hay varios (se denominan IGP: Interior Gateway
Protocol).
Los más populares:
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Encaminamiento de IP en los routers
¾ RIP: Routing Information Protocol (protocolo de vector de
distancias)
¾ OSPF: Open Shortest Path First (protocolo de estado del
enlace)
Extraer prefijo de red R
S
2
1
¿diálogo directo?
N
Consultar tabla
de encaminamiento
¿ Ruta por defecto?
Error
N
S
S
¿ Ruta específica
datagrama?
Enviar los datos
N
S
¿ Ruta específica
para R?
N
1
2
23
24
Tema 13: Protocolo UDP
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4. Procesamiento de un datagrama IP
Inicio
N
Checksum
1
Descartar datagrama
S
IP datag.
= Host
Reensamblar
N
Fin
S
N
Pasar a nivel superior
Es un
fragmento
S
Fin
Primero
S
Activar Temporizador
N
1
S
Todos
N
Almacenar
Procesamiento de un datagrama IP
en un router
Inicio
Tamaño >MTU
N
S
Pasar a
nivel superior
S
IP dest
= Router
N
Calcular Checksum
TTL=TTL -1
Fin
Siguiente
fragmento
Enviar datagrama
S
1
TTL = 0
N
Descartar
datagrama
Fragmentar
N
Checksum
1
S
Tema 13: Protocolo UDP
Encaminar Datagrama
(Consulta tabla)
Más fragmentos
S
N
Fin
Fin
Fin
25
26
Tema 13: Protocolo UDP
Tema 13: Protocolo UDP
5. Problemas con el direccionamiento IP
Es necesario tener en cuenta que:
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Procesamiento de un datagrama IP.
¾ Un ordenador (host o router) con múltiples conexiones
de red tendrá varias direcciones IP, y habrá que
comprobarlas todas para ver si él es el destino
¾ Hay que considerar también las direcciones de difusión
como direcciones destino propias
¾ Las direcciones de bucle (127.*.*.*) también se
consideran direcciones propias
27
El crecimiento exponencial de Internet ha
provocado serios problemas a la hora de asignar
direcciones.
¾ Los routers requieren tablas de encaminamiento
excesivamente grandes.
¾ El direccionamiento tradicional con clases de tipo A y B
proporciona un uso ineficiente de las direcciones
• No es habitual conectar 224 ó 216 hosts a una misma red
local.
¾ Cada vez quedan menos direcciones disponibles (sobre
todo de tipo A y B)
Con el fin de aliviar estos problemas se han
propuesto algunas técnicas como “subnetting” y
“supernetting”.
28
Tema 13: Protocolo UDP
Superredes (Supernetting)
Una de las soluciones que se proponen consiste en
fragmentar una red IP en subredes (Subnetting)
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Subredes (Subnetting).
¾ Para que esto no signifique modificar IPs se utilizan
máscaras de red.
Máscara de red B estándar:
11111111 11111111 00000000 00000000
131.107.0.0
131.107.0.0
LAN
Router
Máscara de subred :
11111111 11111111 11100000 00000000
131.107.128.0
LAN
131.107.0.0
131.107.32.0
LAN
Router
Hasta 8 subredes
de 213 hosts
LAN
131.107.64.0
Tema 13: Protocolo UDP
Agrupa direcciones consecutivas de redes de clase
C para asignarlas a una red IP.
¾ Esto permite asignar espacio de direcciones a
organizaciones según sus necesidades.
¾ Mejor uso del espacio de direcciones IP
Ejemplo:
Máscara: 255.255.240.0 ó 193.40.128.0 /20
193.40.128.0
193.40.129.0
11000001 00101000 10000000 00000000
11000001 00101000 10000001 00000000
193.40.142.0
193.40.143.0
11000001 00101000 10001110 00000000
11000001 00101000 10001111 00000000
.
.
.
.
.
.
Dirección red
193.40.128.0
Nº de Hosts
4094
29
30
Tema 13: Protocolo UDP
CIDR (Classless Inter-Domain Routing)
6. IPv6: ¿Por qué una nueva versión?
Permite reducir el tamaño de las tablas de
encaminamiento de los routers
Internet está creciendo exponencialmente (su
tamaño se dobla en menos de un año)
Las direcciones se están agotando: Se necesita un
espacio de direcciones mucho más amplio.
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Tema 13: Protocolo UDP
¾ Añade la información de máscara a las tablas de
encaminamiento
INTERNET
193.40.128.0 /22
Omisión
LAN
Router B
Router C
Internet
Router C
12.107.64.0 /24
12.107.65.0 /24
12.107.66.0 /24
Omisión
Directa
Directa
Directa
Router A
193.40.128.0 /24
193.40.129.0 /24
193.40.130.0 /24
193.40.131.0 /24
Router B
Router A
193.40.128.0 /22
12.0.0.0 /8
Omisión
Directa
Router A
LAN
12.107.64.0 /24
LAN
12.107.65.0 /24
LAN
12.107.66.0 /24
¾ Direcciones de 128 bits
• 6×1023 direcciones por m2 de la Tierra
Formato de cabecera más flexible:
¾ Menos campos fijos que en IPv4
¾ Cabeceras de extensión opcionales
Soporte de tráfico multimedia.
¾ Permite definir flujos de tráfico con distintos niveles de
prioridad.
Integración de servicios de seguridad.
31
¾ Autentificación (MD5), cifrado (DES), etc..
32
Tema 13: Protocolo UDP
Direcciones IPv6: Notación
Direcciones IP de 16 bytes.
No hay clases de direcciones.
La separación entre prefijo (red) y sufijo (host)
puede estar en cualquier sitio
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Direcciones IPv6
Tema 13: Protocolo UDP
¾ No se deduce de la propia dirección, siempre hay que
indicar la longitud del prefijo (máscara de red)
Direcciones especiales
¾ Unicast: dirección de un computador
¾ Multicast: dirección de un grupo de computadores
(todos)
¾ Anycast: dirección de un grupo de computadores (uno
cualquiera del grupo)
Notación:
¾ Demasiado larga en decimal
104.230.140.100.255.255.255.255.0.0.17.128.150.10.255.255
¾ Se utilizará representación hexadecimal
68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:96A:FFFF
¾ Los campos consecutivos a 0 pueden comprimirse:
FF05:0:0:0:0:0:0:B3 ⇒ FF05::B3
El símbolo :: sólo puede aparecer una vez en una dirección.
Incorpora direcciones de IPv4:
::128.10.2.1
El símbolo :: sólo puede aparecer una vez en una dirección.
Las direcciones pueden varios niveles de jerarquía.
010
Id. Proveed.
Id. suscriptor
Id. subred
Id. nodo
33
34
Tema 13: Protocolo UDP
Transición de la v4 a la v6
Cabecera IPv4:
Version
IHL
Identification
Time to Live
Total Length
Type of Service
Flags
Protocol
•
Fragment Offset
Header Checksum
•
Source Address
Cabecera de tamaño fijo
(extensiones de cabecera opcionales)
Destination Address
Padding
Options
•
No hay Checksum
(Relegado al nivel de enlace)
Cabecera IPv6:
Version Priority
Espacio de direcciones
cuadriplicado
Flow Label
Payload Length
Next Header
Hop Limit
•
Source Address
Destination Address
No hay fragmentación
(Descubrimiento de mínimo MTU)
•
Etiqueta de flujo/prioridad
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IPv6: Cambios en las cabeceras IP
Tema 13: Protocolo UDP
Se ha previsto una fase de transición, durante la
que puedan convivir ambos protocolos
Durante el transitorio:
¾ Las direcciones antiguas pueden codificarse fácilmente
como direcciones nuevas
¾ Se permitirán dispositivos capaces de encaminar
paquetes IPv6 e IPv4
¾ Las estaciones podrán utilizar los dos protocolos
¾ El empleo de túneles permitirá encapsular tráfico IPv6
que tiene que atravesar zonas IPv4
(Calidad de servicio)
36