2. Protocolo IP

(07BJ)
(05BR)
(09BM)
Redes
Redes de Computadores
Redes y Sistemas Distribuidos
Tema 6
Funciones y protocolos del
nivel de red
Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
Índice
1. Introducción
2. Protocolo IP
3. Funciones del nivel de red
3.1. Algoritmos de encaminamiento
3.2. Control de la congestión
4. Frame Relay
5. ATM
2
Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
Índice
1. Introducción ([TAN03] Capítulo 5.1)
2. Protocolo IP
3. Funciones del nivel de red
3.1. Algoritmos de encaminamiento
3.2. Control de la congestión
4. Frame Relay
5. ATM
3
Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
1. Introducción
Modelo OSI
•
El nivel de red se encarga de transportar bloques de datos
(paquetes) desde un host origen hasta un host destino a través
de la subred
Objetivos:
•
•
•
•
Determinar la trayectoria más apropiada para los paquetes
• Necesidad de conocer la topología de la subred
• Necesidad de un esquema de direccionamiento lógico
uniforme
Evitar la congestión de líneas y equipos intermedios
Interconectar subredes tecnológicamente distintas
Aislar el nivel de transporte de la tecnología de la subred
• Por ejemplo, fragmentación y reemsamblaje de PDUs del nivel de
transporte en paquetes
Servicios proporcionados por el nivel de red al nivel de
transporte:
•
•
Sin conexión no fiable (subred de datagramas)
Servicio orientado a la conexión (subred de circuitos virtuales)
4
Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
1. Introducción
5
Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
1. Introducción
Datagramas (subredes que ofrecen un servicio no
orientado a conexión)
• Cada paquete se encamina de forma independiente
• Los paquetes se numeran (entrega fuera de orden)
• Cada paquete contiene la dirección del origen y del destino
• Los routers tienen tablas de encaminamiento que
•
asocian líneas de salida a cada posible destino
Los paquetes no se modifican durante el trayecto
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
1. Introducción
Circuitos virtuales (subredes que ofrecen un servicio orientado
a conexión)
• Se establece una ruta fija entre el origen y el destino para
todos los paquetes (establecimiento del circuito virtual)
• El encaminamiento se realiza sólo una vez
• Todos los paquetes siguen la misma ruta
• Cada paquete contiene un identificador de circuito virtual
• Los routers tienen tablas de encaminamiento que asocian
puertos de entrada y circuitos virtuales a puertos de salida
• Los identificadores de circuito virtual tienen significado local
• Los paquetes son modificados durante el trayecto
• Se eliminan todas las entradas de encaminamiento en los
routers correspondientes (liberación del circuito virtual)
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
1. Introducción
Circuitos virtuales (subredes que ofrecen un servicio
orientado a conexión)
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
1. Introducción
Comparación de las subredes de datagramas y de
circuitos virtuales
Función
Establecimiento CV
Direccionamiento
Datagramas
Innecesario
Dirección origen y destino
en cada paquete
Cada paquete se encamina
de forma independiente
Circuitos virtuales
Requerido
Identificador de CV en cada paquete
Paquete de establecimiento de CV,
todos los demás siguen la misma ruta
Cada CV requiere una entrada en
Información estado
Innecesaria
la tabla de encaminamiento
Liberación CV
Innecesario
Requerido
de retransmisión de paquetes
Control de errores
Los paquetes erróneos se descartan Solicitud
erróneos al nodo anterior
Fácil (preasignación de buffers a cada
Control de congestión Difícil
CV)
Fácil (preasignación de ancho de banda
Calidad de servicio
Difícil
a cada CV)
Existencia de rutas alternativas
Ninguna porque caen todos los CVs
Tolerancia a fallos
para el envío de los paquetes
que atraviesan el router afectado
Encaminamiento
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
Índice
1. Introducción
2. Protocolo IP ([TAN03] Capítulo 5.6)
3. Funciones del nivel de red
3.1. Algoritmos de encaminamiento
3.2. Control de la congestión
4. Frame Relay
5. ATM
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Protocolo IP (Internet Protocol)
• Definido en el RFC 791
• Diseñado para la interconexión de LANs, subredes o
•
sistemas autónomos mediante la retransmisión de
datagramas desde el host origen hasta el host destino
No es compatible con el protocolo del nivel de red de
OSI (CLNP)
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Protocolos asociados a IP: ARP, RARP, ICMP, IGMP
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Encaminamiento en IP
• Si dos hosts se encuentran en la misma (sub)red,
pueden comunicarse directamente
• Se puede determinar si dos hosts se encuentran en la misma
(sub)red comparando el netid(+subnetid) de sus direcciones IP
• Si el host origen no conoce la dirección MAC del host destino,
la obtiene mediante el uso del protocolo ARP
• Si dos hosts no se encuentran en la misma (sub)red,
el host origen envía el paquete al router por defecto
• Todos los equipos deben saber la dirección IP del router por
defecto al que envían todos los paquetes destinados a una
(sub)red diferente
• Si el host origen no conoce la dirección MAC del router,
la obtiene mediante el uso del protocolo ARP
• La dirección IP del paquete es la del host destino
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Encaminamiento en IP
• Cuando un router recibe una trama, extrae el paquete
IP y lo procesa:
• Si la dirección IP destino del paquete es distinta a la suya,
reenviará el paquete en base a sus tablas de encaminamiento
• Los paquetes pasan de un router a otro hasta llegar al
•
que está conectado directamente a la (sub)red destino
Un router sabe a qué redes está conectado porque
tiene una interfaz de red con una dirección IP válida
para cada una de ellas
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Problema 1. Un router tiene las siguientes entradas en su
tabla de encaminamiento:
Destino
Gateway
Máscara
Interfaz
135.46.56.0
*
/22
eth0
135.46.60.0
*
/22
eth1
192.53.40.0
R1
/23
eth2
default
R2
/0
eth3
Para cada una de las siguientes direcciones IP, ¿qué haría
el router con un paquete con esa dirección IP como
dirección IP de destino?
a)
b)
c)
d)
e)
135.46.63.10
135.46.57.14
135.46.52.2
192.53.40.7
192.53.56.7
15
Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Problema 2. Un router tiene cuatro entradas para
las siguientes subredes IP con la misma línea de
salida: 57.6.96.0/21, 57.6.104.0/21, 57.6.112.0/21 y
57.6.120.0/21. ¿Pueden agregarse?
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Resolución de direcciones
• Las direcciones IP no pueden usarse para enviar
•
•
paquetes porque el nivel de enlace requiere direcciones
MAC
¿Cómo consigue el host que envía el paquete la
dirección MAC del destino a partir de la dirección IP?
Protocolo ARP (Address Resolution Protocol)
• Definido en RFC 826
• Permite a un equipo obtener la dirección MAC de otro a partir
de su dirección IP
• Existen diversas optimizaciones para evitar tener que recurrir
al protocolo ARP continuamente
• El protocolo RARP (Reverse ARP) definido en el RFC
903 realiza la tarea inversa
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Protocolo ARP
• Formato del paquete
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Protocolo ARP
• Ejemplo
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Protocolo ARP
• Escenarios posibles de resolución de direcciones
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Formato del paquete IP
• VER: versión (0100)
• HLEN: longitud cabecera
•
•
en múltiplos de 32 bits (0101
sin opciones)
DS: Differentiated Services
Total Length: longitud total del paquete (máximo de
65535 bytes)
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Formato del paquete IP
• Identification: entero para identificar cada paquete
•
•
(todos sus fragmentos lo comparten)
Fragmentation Offset: desplazamiento de un fragmento
respecto al paquete original en múltiplos de 64 bits
Flags:
• MF (More Fragments): toma el valor 1 para todos los
fragmentos de un datagrama excepto para el último
• DF (Don’t Fragment): indica que el datagrama no se puede
fragmentar
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Fragmentación de paquetes IP
• Las redes que atraviesa un paquete pueden tener un
tamaño máximo de paquete menor que su tamaño
• Limitar el tamaño del paquete en función del menor tamaño
máximo sería muy ineficiente
• IP permite elegir un tamaño de paquete determinado y, si es
necesario, fragmentarlo
• No obstante, todos los routers y todos los hosts deben aceptar
paquetes de 576 bytes como mínimo
• La fragmentación no es transparente en IP, es decir, el nodo
destino debe ser capaz de reensamblar los paquetes
• Si un fragmento se pierde, el destino no puede reconstruir el
paquete original y tiene que descartar todos los fragmentos
restantes (temporizador de reensamblaje)
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Formato del paquete IP
• Time To Live (TTL): tiempo de vida máximo del paquete
en segundos
• Cada router que procesa el paquete decrementa su valor y,
por tanto, se trata de un contador de saltos
• Cuando el campo TTL llega a 0, el paquete se descarta y se
informa al origen mediante un paquete ICMP Time Exceeded
• Protocol: especifica protocolo de más alto nivel que se
•
•
•
está utilizando
Header Checksum: suma de comprobación de la
cabecera que debe recalcularse en cada router
Direcciones IP de origen y de destino
Opciones
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
Problema 3. El host A está conectado a un router R1, el
router R1 está conectado a un router R2, y el router R2
está conectado al host B. En el host A, la capa TCP
entrega un segmento, que contiene 900 bytes de datos y
20 bytes de cabecera, a la capa IP para su entrega al host
B. Muestra los campos Total Length, Identification,
Fragmentation Offset y Flags (MF y DF) del encabezado
del paquete IP de cada paquete transmitido a través de los
tres enlaces. El enlace HA-R1 soporta un tamaño de trama
máximo de 1024 bytes, con 14 bytes de cabecera; el
enlace R1-R2 soporta un tamaño de trama máximo de 512
bytes, con 8 bytes de cabecera; y el enlace R2-HB soporta
un tamaño de trama máximo de 512 bytes, con 12 bytes de
cabecera.
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
ICMP (Internet Control Message Protocol)
• IP puede fallar al intentar entregar un paquete:
• El host destino no existe o está desconectado
• El campo TTL toma el valor 0 y el router descarta el paquete
• Sin embargo, IP no permite al emisor detectar estos
•
•
problemas o simplemente conocer el estado de la red
ICMP es un protocolo diseñado para informar a un host
de posibles errores o del estado de la red
Los paquetes ICMP viajan dentro de paquetes IP pero
su destino es la capa de red del host origen
• El identificador de protocolo para el paquete IP es 1
• El nivel de red del receptor puede informar a los niveles
superiores para que tomen las medidas correctivas oportunas
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Tema 6
Funciones y protocolos del nivel de red
2. Protocolo IP
ICMP (Internet Control Message Protocol)
•
Destination Unreachable (Type=3)
•
•
•
•
•
•
Source Quench (Type=4)
•
•
Pointer indica el octeto donde ha ocurrido el error
Redirect (Type=5)
•
•
TTL exceeded in transit (Code=0)
Fragment reassembly time exceeded (Code=1)
Parameter problem (Type=12)
•
•
El router o host que lo envía indica que ha
agotado sus buffers o está a punto de hacerlo
Time exceeded (Type=11)
•
•
•
Net unreachable (Code=0)
Host unreachable (Code=1)
Protocol unreachable (Code=2)
Port unreachable (Code=3)
Fragmentation needed and DF set (Code=4)
El router que lo envía indica que se redirijan los
paquetes para la red destino al router
especificado (Gateway Internet address)
Echo Request (Type=8) / Reply (Type = 0)
•
•
Identifier: identificador para determinar
correspondencia entre preguntas y respuestas
Sequence Number: contador
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