Capítulo 1
Introducción
Internet no es un nuevo tipo de red física, sino un conjunto de
tecnologías que permiten interconectar redes muy distintas entre sí. Internet
no es dependiente de la máquina ni del sistema operativo utilizado. De esta
manera, podemos transmitir información entre un servidor Unix y un ordenador
que utilice Windows 98. O entre plataformas completamente distintas como
Macintosh, Alpha o Intel. Es más: entre una máquina y otra generalmente
existirán redes distintas: redes Ethernet, redes Token Ring e incluso enlaces
vía satélite. Como vemos, está claro que no podemos utilizar ningún protocolo
que dependa de una arquitectura en particular. Lo que estamos buscando es un
método de interconexión general que sea válido para cualquier plataforma,
sistema operativo y tipo de red. La familia de protocolos que se eligieron para
permitir que Internet sea una Red de redes es TCP/IP. Nótese aquí que
hablamos de familia de protocolos ya que son muchos los protocolos que la
integran, aunque en ocasiones para simplificar hablemos sencillamente del
protocolo TCP/IP.
El protocolo TCP/IP tiene que estar a un nivel superior del tipo de red
empleado y funcionar de forma transparente en cualquier tipo de red. Y a un
nivel inferior de los programas de aplicación (páginas WEB, correo
electrónico…) particulares de cada sistema operativo. Todo esto nos sugiere el
siguiente modelo de referencia:
|
Capa de aplicación (HTTP, SMTP, FTP,
TELNET...) |
|
Capa de transporte (UDP, TCP) |
|
Capa de red (IP) |
|
Capa de acceso a la red (Ethernet, Token
Ring...) |
|
Capa física (cable coaxial, par
trenzado...) |
El nivel más bajo es la capa física. Aquí nos referimos al medio físico
por el cual se transmite la información. Generalmente será un cable aunque no
se descarta cualquier otro medio de transmisión como ondas o enlaces vía
satélite.
La capa de acceso a la red determina la manera en que las estaciones
(ordenadores) envían y reciben la información a través del soporte físico
proporcionado por la capa anterior. Es decir, una vez que tenemos un cable,
¿cómo se transmite la información por ese cable? ¿Cuándo puede una estación
transmitir? ¿Tiene que esperar algún turno o transmite sin más? ¿Cómo sabe una
estación que un mensaje es para ella? Pues bien, son todas estas cuestiones las
que resuelve esta capa.
Las dos capas anteriores quedan a un nivel inferior del protocolo TCP/IP, es
decir, no forman parte de este protocolo. La capa de red define la forma en que
un mensaje se transmite a través de distintos tipos de redes hasta llegar a su
destino. El principal protocolo de esta capa es el IP aunque también se
encuentran a este nivel los protocolos ARP, ICMP e IGMP. Esta capa proporciona
el direccionamiento IP y determina la ruta óptima a través de los encaminadores
(routers) que debe seguir un paquete desde el origen al destino.
La capa de transporte (protocolos TCP y UDP) ya no se preocupa de la
ruta que siguen los mensajes hasta llegar a su destino. Sencillamente,
considera que la comunicación extremo a extremo está establecida y la utiliza.
Además añade la noción de puertos, como veremos más adelante.
Una vez que tenemos establecida la comunicación desde el origen al destino
nos queda lo más importante, ¿qué podemos transmitir? La capa de aplicación
nos proporciona los distintos servicios de Internet: correo electrónico, páginas
Web, FTP, TELNET…
Capítulo 2
Capa de red
La familia de protocolos TCP/IP fue diseñada para permitir la interconexión
entre distintas redes. El mejor ejemplo de interconexión de redes es Internet:
se trata de un conjunto de redes unidas mediante encaminadores o routers.
A lo largo de este Curso aprenderemos a construir redes privadas que
funcionen siguiendo el mismo esquema de Internet. En una red TCP/IP es posible
tener, por ejemplo, servidores web y servidores de correo para uso interno.
Obsérvese que todos los servicios de Internet se pueden configurar en pequeñas
redes internas TCP/IP.
A continuación veremos un ejemplo de interconexión de 3 redes. Cada host
(ordenador) tiene una dirección
física que viene determinada por su adaptador de red. Estas direcciones
se corresponden con la capa de
acceso al medio y se utilizan para comunicar dos ordenadores que
pertenecen a la misma red. Para identificar globalmente un ordenador dentro de
un conjunto de redes TCP/IP se utilizan las direcciones IP (capa de red).
Observando una dirección IP sabremos si pertenece a nuestra propia red o a una
distinta (todas las direcciones IP de la misma red comienzan con los mismos
números, según veremos más adelante).
|
Host |
Dirección física |
Dirección IP |
Red |
|
A |
00-60-52-0B-B7-7D |
192.168.0.10 |
Red 1 |
|
R1 |
00-E0-4C-AB-9A-FF |
192.168.0.1 |
|
|
A3-BB-05-17-29-D0 |
10.10.0.1 |
Red 2 |
|
|
B |
00-E0-4C-33-79-AF |
10.10.0.7 |
|
|
R2 |
B2-42-52-12-37-BE |
10.10.0.2 |
|
|
00-E0-89-AB-12-92 |
200.3.107.1 |
Red 3 |
|
|
C |
A3-BB-08-10-DA-DB |
200.3.107.73 |
|
|
D |
B2-AB-31-07-12-93 |
200.3.107.200 |
El concepto de red está relacionado con las direcciones IP que se
configuren en cada ordenador, no con el cableado. Es decir, si tenemos varias
redes dentro del mismo cableado solamente los ordenadores que permanezcan a una
misma red podrán comunicarse entre sí. Para que los ordenadores de una red
puedan comunicarse con los de otra red es necesario que existan routers que
interconecten las redes. Un router o encaminador no es más que un
ordenador con varias direcciones IP, una para cada red, que permita el tráfico
de paquetes entre sus redes.
La capa de red se encarga de fragmentar cada mensaje en paquetes de datos
llamados datagramas IP y de enviarlos de forma independiente a través de
la red de redes. Cada datagrama IP incluye un campo con la dirección IP de
destino. Esta información se utiliza para enrutar los datagramas a
través de las redes necesarias que los hagan llegar hasta su destino.
Nota: Cada vez
que visitamos una página web o recibimos un correo electrónico es habitual
atravesar un número de redes comprendido entre 10 y 20, dependiendo de la
distancia de los hosts. El tiempo que tarda un datagrama en atravesar 20 redes
(20 routers) suele ser inferior a 600 milisegundos.
En el ejemplo anterior, supongamos que el ordenador 200.3.107.200 (D) envía
un mensaje al ordenador con 200.3.107.73 (C). Como ambas direcciones comienzan
con los mismos números, D sabrá que ese ordenador se encuentra dentro de su
propia red y el mensaje se entregará de forma directa. Sin embargo, si el
ordenador 200.3.107.200 (D) tuviese que comunicarse con
10.10.0.7 (B), D advertiría que el ordenador destino no pertenece a su propia
red y enviaría el mensaje al router R2 (es el ordenador que le da salida a
otras redes). El router entregaría el mensaje de forma directa porque B
se encuentra dentro de una de sus redes (la Red 2).
2.1 Direcciones IP
La dirección IP es el identificador de cada host dentro de su red de redes.
Cada host conectado a una red tiene una dirección IP asignada, la cual debe ser
distinta a todas las demás direcciones que estén vigentes en ese momento en el
conjunto de redes visibles por el host. En el caso de Internet, no puede haber
dos ordenadores con 2 direcciones IP (públicas) iguales. Pero sí podríamos
tener dos ordenadores con la misma dirección IP siempre y cuando pertenezcan a
redes independientes entre sí (sin ningún camino posible que las comunique).
Las direcciones IP se clasifican en:
·
Direcciones IP públicas. Son visibles en todo
Internet. Un ordenador con una IP pública es accesible (visible) desde
cualquier otro ordenador conectado a Internet. Para conectarse a Internet es
necesario tener una dirección IP pública.
·
Direcciones IP privadas (reservadas). Son
visibles únicamente por otros hosts de su propia red o de otras redes privadas
interconectadas por routers. Se utilizan en las empresas para los puestos de
trabajo. Los ordenadores con direcciones IP privadas pueden salir a Internet
por medio de un router (o proxy) que tenga una IP pública. Sin embargo,
desde Internet no se puede acceder a ordenadores con direcciones IP privadas.
A su vez, las direcciones IP pueden ser:
·
Direcciones IP estáticas (fijas). Un host que se
conecte a la red con dirección IP estática siempre lo hará con una misma IP.
Las direcciones IP públicas estáticas son las que utilizan los servidores de
Internet con objeto de que estén siempre localizables por los usuarios de
Internet. Estas direcciones hay que contratarlas.
·
Direcciones IP dinámicas. Un host que se conecte
a la red mediante dirección IP dinámica, cada vez lo hará con una dirección IP
distinta. Las direcciones IP públicas dinámicas son las que se utilizan en las
conexiones a Internet mediante un módem. Los proveedores de Internet utilizan
direcciones IP dinámicas debido a que tienen más clientes que direcciones IP
(es muy improbable que todos se conecten a la vez).
Las direcciones IP están formadas por 4 bytes (32 bits). Se suelen
representar de la forma a.b.c.d donde cada una de estas letras es un número
comprendido entre el 0 y el 255. Por ejemplo la dirección IP del servidor de
IBM (www.ibm.com) es 129.42.18.99.
Las direcciones IP también se pueden representar en hexadecimal, desde la
00.00.00.00 hasta la FF.FF.FF.FF o en binario, desde la
00000000.00000000.00000000.00000000 hasta la
11111111.11111111.11111111.11111111.
Las tres direcciones siguientes representan a la misma máquina (podemos
utilizar la calculadora científica de Windows para realizar las conversiones).
(decimal) 128.10.2.30
(hexadecimal) 80.0A.02.1E
(binario) 10000000.00001010.00000010.00011110
¿Cuántas direcciones IP existen? Si calculamos 2 elevado a 32 obtenemos más
de 4000 millones de direcciones distintas. Sin embargo, no todas las
direcciones son válidas para asignarlas a hosts. Las direcciones IP no se
encuentran aisladas en Internet, sino que pertenecen siempre a alguna red.
Todas las máquinas conectadas a una misma red se caracterizan en que los
primeros bits de sus direcciones son iguales. De esta forma, las direcciones se
dividen conceptualmente en dos partes: el identificador de red y el
identificador de host.
Dependiendo del número de hosts que se necesiten para cada red, las
direcciones de Internet se han dividido en las clases primarias A, B
y C. La clase D está formada por direcciones que identifican no a
un host, sino a un grupo de ellos. Las direcciones de clase E no se
pueden utilizar (están reservadas).
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
8 |
16 |
24 |
31 |
|
Clase A |
0 |
red |
host |
||||||
|
|
|||||||||
|
Clase B |
1 |
0 |
red |
host |
|||||
|
|
|||||||||
|
Clase C |
1 |
1 |
0 |
red |
host |
||||
|
|
|||||||||
|
Clase D |
1 |
1 |
1 |
0 |
grupo de multicast (multidifusión) |
||||
|
|
|||||||||
|
Clase E |
1 |
1 |
1 |
1 |
(direcciones reservadas: no se pueden utilizar) |
||||
|
Clase |
Formato |
Número de redes |
Número de |
Rango de direcciones de redes |
Máscara de subred |
|
A |
r.h.h.h |
128 |
16.777.214 |
0.0.0.0
- 127.0.0.0 |
255.0.0.0 |
|
B |
r.r.h.h |
16.384 |
65.534 |
128.0.0.0
- 191.255.0.0 |
255.255.0.0 |
|
C |
r.r.r.h |
2.097.152 |
254 |
192.0.0.0
- 223.255.255.0 |
255.255.255.0 |
|
D |
grupo |
- |
- |
224.0.0.0
- 239.255.255.255 |
- |
|
E |
no
válidas |
- |
- |
240.0.0.0
- 255.255.255.255 |
- |
Nota: Las
direcciones usadas en Internet están definidas en la RFC 1166 (en inglés).
Difusión (broadcast) y
multidifusión (multicast).-- El término difusión (broadcast) se
refiere a todos los hosts de una red; multidifusión (multicast) se refiere a
varios hosts (aquellos que se hayan suscrito dentro de un mismo grupo).
Siguiendo esta misma terminología, en ocasiones se utiliza el término
unidifusión para referirse a un único host.
2.2 Direcciones IP especiales y reservadas
No todas las direcciones comprendidas entre la 0.0.0.0 y la 223.255.255.255
son válidas para un host: algunas de ellas tienen significados especiales. Las
principales direcciones especiales se resumen en la siguiente tabla. Su
interpretación depende del host desde el que se utilicen.
|
Bits de red |
Bits de host |
Significado |
Ejemplo |
|
todos
0 |
Mi propio host |
0.0.0.0 |
|
|
todos
0 |
host |
Host indicado dentro de mi red |
0.0.0.10 |
|
red |
todos
0 |
Red indicada |
192.168.1.0 |
|
todos
1 |
Difusión a mi red |
255.255.255.255 |
|
|
red |
todos
1 |
Difusión a la red indicada |
192.168.1.255 |
|
127 |
cualquier
valor válido de host |
Loopback (mi propio host) |
127.0.0.1 |
Difusión o broadcasting es el envío de un mensaje a todos los
ordenadores que se encuentran en una red. La dirección de loopback
(normalmente 127.0.0.1) se utiliza para comprobar que los protocolos TCP/IP
están correctamente instalados en nuestro propio ordenador. Lo veremos más
adelante, al estudiar el comando PING.
Las direcciones de redes siguientes se encuentran reservadas para su uso en
redes privadas (intranets). Una dirección IP que pertenezca a una de
estas redes se dice que es una dirección IP privada.
|
Clase |
Rango de direcciones |
|
A |
10.0.0.0 |
|
B |
172.16.0.0
- 172.31.0.0 |
|
C |
192.168.0.0
- 192.168.255.0 |
Intranet.-- Red
privada que utiliza los protocolos TCP/IP. Puede tener salida a Internet o no.
En el caso de tener salida a Internet, el direccionamiento IP permite que los
hosts con direcciones IP privadas puedan salir a Internet pero impide el acceso
a los hosts internos desde Internet. Dentro de una intranet se pueden
configurar todos los servicios típicos de Internet (web, correo, mensajería
instantánea, etc.) mediante la instalación de los correspondientes servidores.
La idea es que las intranets son como "internets" en miniatura o lo
que es lo mismo, Internet es una intranet pública gigantesca.
Extranet.-- Unión
de dos o más intranets. Esta unión puede realizarse mediante líneas dedicadas
(RDSI, X.25, frame relay, punto a punto, etc.) o a través de Internet.
Internet.-- La
mayor red pública de redes TCP/IP.
Por ejemplo, si estamos construyendo una red privada con un número de
ordenadores no superior a 254 podemos utilizar una red reservada de clase C. Al
primer ordenador le podemos asignar la dirección 192.168.23.1, al segundo
192.168.23.2 y así sucesivamente hasta la 192.168.23.254. Como estamos
utilizando direcciones reservadas, tenemos la garantía de que no habrá ninguna
máquina conectada directamente a Internet con alguna de nuestras direcciones.
De esta manera, no se producirán conflictos y desde cualquiera de nuestros
ordenadores podremos acceder a la totalidad de los servidores de Internet (si
utilizásemos en un ordenador de nuestra red una dirección de un servidor de
Internet, nunca podríamos acceder a ese servidor).
|
CASO PRÁCTICO.- Una empresa dispone de una línea frame relay con
direcciones públicas contratadas desde la 194.143.17.8 hasta la 194.143.17.15
(la dirección de la red es 194.143.17.8, su dirección de broadcasting
194.143.17.15 y su máscara de red 255.255.255.248). La línea frame relay está
conectada a un router. Diseñar la red para: ·
3 servidores (de correo, web y proxy) ·
20 puestos de trabajo Los 20 puestos de trabajo utilizan direcciones IP privadas y salen a
Internet a través del Proxy. En la configuración de red de cada uno de estos
20 ordenadores se indicará la dirección "192.168.1.1" en el cuadro
"Puerta de enlace". La puerta de enlace (puerta de salida
o gateway) es el ordenador de nuestra red que nos permite salir a
otras redes. El Proxy tiene dos direcciones IP, una de la red privada y otra
de la red pública. Su misión es dar salida a Internet a la red privada, pero
no permitir los accesos desde el exterior a la zona privada de la empresa. Los 3 servidores y el router utilizan direcciones IP públicas, para que
sean accesibles desde cualquier host de Internet. La puerta de enlace de
Proxy, Correo y Web es 194.143.17.9 (Router). Obsérvese que la primera y última dirección de todas las redes son
direcciones IP especiales que no se pueden utilizar para asignarlas a hosts.
La primera es la dirección de la red y la última, la dirección de difusión o
broadcasting. La máscara de subred de cada ordenador se ha indicado dentro de
su red después de una barra: PC1, PC2, ... , PC20 y Proxy (para su IP
192.168.1.1) tienen la máscara 255.255.255.0 y Router, Web, Correo y Proxy
(para su IP 194.143.17.10), la máscara 255.255.255.248. El concepto de
máscara de subred se estudia a continuación. |
2.3 Máscara de subred
Una máscara de subred es aquella dirección que enmascarando nuestra
dirección IP, nos indica si otra dirección IP pertenece a nuestra subred o no.
La siguiente tabla muestra las máscaras de subred correspondientes a cada
clase:
|
Clase |
Máscara de subred |
|
A |
255.0.0.0 |
|
B |
255.255.0.0 |
|
C |
255.255.255.0 |
Si expresamos la máscara de subred de clase A en notación binaria, tenemos:
11111111.00000000.00000000.00000000
Los unos indican los bits de la dirección correspondientes a la red y los
ceros, los correspondientes al host. Según la máscara anterior, el primer byte
(8 bits) es la red y los tres siguientes (24 bits), el host. Por ejemplo, la
dirección de clase A 35.120.73.5 pertenece a la red 35.0.0.0.
Supongamos una subred con máscara 255.255.0.0, en la que tenemos un
ordenador con dirección 148.120.33.110. Si expresamos esta dirección y la de la
máscara de subred en binario, tenemos:
148.120.33.110
10010100.01111000.00100001.01101110 (dirección de una máquina)
255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000
(dirección de su máscara de red)
148.120.0.0 10010100.01111000.00000000.00000000 (dirección de
su subred)
<------RED------> <------HOST----->
Al hacer el producto binario de las dos primeras direcciones (donde hay dos
1 en las mismas posiciones ponemos un 1 y en caso contrario, un 0) obtenemos la
tercera.
Si hacemos lo mismo con otro ordenador, por ejemplo el 148.120.33.89,
obtenemos la misma dirección de subred. Esto significa que ambas máquinas se
encuentran en la misma subred (la subred 148.120.0.0).
148.120.33.89
10010100.01111000.00100001.01011001 (dirección de una máquina)
255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 (dirección de
su máscara de red)
148.120.0.0 10010100.01111000.00000000.00000000 (dirección de
su subred)
En cambio, si tomamos la 148.115.89.3, observamos que no pertenece a la
misma subred que las anteriores.
148.115.89.3
10010100.01110011.01011001.00000011 (dirección de una máquina)
255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000
(dirección de su máscara de red)
148.115.0.0 10010100.01110011.00000000.00000000
(dirección de su subred)
Cálculo de la dirección de
difusión.-- Ya hemos visto que el producto lógico binario (AND) de
una IP y su máscara devuelve su dirección de red. Para calcular su dirección de
difusión, hay que hacer la suma lógica en binario (OR) de la IP con el inverso
(NOT) de su máscara.
En una red de redes TCP/IP no puede haber hosts aislados: todos pertenecen a
alguna red y todos tienen una dirección IP y una máscara de subred (si no se
especifica se toma la máscara que corresponda a su clase). Mediante esta
máscara un ordenador sabe si otro ordenador se encuentra en su misma subred o
en otra distinta. Si pertenece a su misma subred, el mensaje se entregará
directamente. En cambio, si los hosts están configurados en redes distintas, el
mensaje se enviará a la puerta de salida o router de la red del host origen.
Este router pasará el mensaje al siguiente de la cadena y así sucesivamente
hasta que se alcance la red del host destino y se complete la entrega del
mensaje.
|
Si un usuario conectado a la red de este ISP tiene la dirección 63.81.1.1
y quiere transferir un archivo al usuario con IP 63.81.1.2, el primero
advertirá que el destinatario se encuentra en su misma subred y el mensaje no
saldrá de la red del proveedor (no atravesará el router). |
EJEMPLO.- Los proveedores de
Internet habitualmente disponen de una o más redes públicas para dar acceso a
los usuarios que se conectan por módem. El proveedor va cediendo estas
direcciones públicas a sus clientes a medida que se conectan y liberándolas
según se van desconectando (direcciones dinámicas). Supongamos que cierto ISP
(proveedor de servicios de Internet) dispone de la red 63.81.0.0 con máscara
255.255.0.0. Para uso interno utiliza las direcciones que comienzan por
63.81.0 y para ofrecer acceso a Internet a sus usuarios, las direcciones
comprendidas entre la 63.81.1.0 hasta la 63.81.1.254 (las direcciones
63.81.0.0 y 63.81.255.255 están reservadas).
Las máscaras 255.0.0.0 (clase A), 255.255.0.0 (clase B) y 255.255.255.0 (clase
C) suelen ser suficientes para la mayoría de las redes privadas. Sin embargo,
las redes más pequeñas que podemos formar con estas máscaras son de 254 hosts y
para el caso de direcciones públicas, su contratación tiene un coste muy alto.
Por esta razón suele ser habitual dividir las redes públicas de clase C en
subredes más pequeñas. A continuación se muestran las posibles divisiones de
una red de clase C. La división de una red en subredes se conoce como subnetting.
|
Máscara de subred |
Binario |
Número de subredes |
Núm. de hosts por subred |
Ejemplos de subredes (x=a.b.c por ejemplo,
192.168.1) |
|
255.255.255.0 |
00000000 |
1 |
254 |
x.0 |
|
255.255.255.128 |
10000000 |
2 |
126 |
x.0,
x.128 |
|
255.255.255.192 |
11000000 |
4 |
62 |
x.0,
x.64, x.128, x.192 |
|
255.255.255.224 |
11100000 |
8 |
30 |
x.0,
x.32, x.64, x.96, x.128, ... |
|
255.255.255.240 |
11110000 |
16 |
14 |
x.0,
x.16, x.32, x.48, x.64, ... |
|
255.255.255.248 |
11111000 |
32 |
6 |
x.0,
x.8, x.16, x.24, x.32, x.40, ... |
|
255.255.255.252 |
11111100 |
64 |
2 |
x.0,
x.4, x.8, x.12, x.16, x.20, ... |
|
255.255.255.254 |
11111110 |
128 |
0 |
ninguna
posible |
|
255.255.255.255 |
11111111 |
256 |
0 |
ninguna
posible |
Obsérvese que en el caso práctico que explicamos un poco más arriba se
utilizó la máscara 255.255.255.248 para crear una red pública con 6 direcciones
de hosts válidas (la primera y última dirección de todas las redes se
excluyen). Las máscaras con bytes distintos a 0 o 255 también se pueden
utilizar para particionar redes de clase A o de clase B, sin embargo no suele
ser lo más habitual. Por ejemplo, la máscara 255.255.192.0 dividiría una red de
clase B en 4 subredes de 16382 hosts (2 elevado a 14, menos 2) cada una.
|
EJERCICIOS ·
18.120.16.250: máscara 255.0.0.0, red
18.0.0.0, broadcasting 18.255.255.255 ·
18.120.16.255 / 255.255.0.0: red 18.120.0.0,
broadcasting 18.120.255.255 ·
155.4.220.39: máscara 255.255.0.0, red
155.4.0.0, broadcasting 155.24.255.255 ·
194.209.14.33: máscara 255.255.255.0, red
194.209.14.0, broadcasting 194.209.14.255 ·
190.33.109.133 / 255.255.255.0: red
190.33.109.0, broadcasting 190.33.109.255 2. Suponiendo que nuestro ordenador tiene la dirección IP 192.168.5.65
con máscara 255.255.255.0, indicar qué significan las siguientes direcciones
especiales: ·
0.0.0.0: nuestro ordenador ·
0.0.0.29: 192.168.5.29 ·
192.168.67.0: la red 192.168.67.0 ·
255.255.255.255: broadcasting a la red
192.168.5.0 (la nuestra) ·
192.130.10.255: broadcasting a la red 192.130.10.0
·
127.0.0.1: 192.168.5.65 (loopback) 3. Calcular la dirección de red y dirección de broadcasting (difusión)
de las máquinas con las siguientes direcciones IP y máscaras de subred: ·
190.33.109.133 / 255.255.255.128: red
190.33.109.128, broadcasting 190.33.109.255 ·
192.168.20.25 / 255.255.255.240: red
192.168.20.16, broadcasting 192.168.20.31 ·
192.168.20.25 / 255.255.255.224: red
192.168.20.0, broadcasting 192.168.20.31 ·
192.168.20.25 / 255.255.255.192: red
192.168.20.0, broadcasting 192.168.20.63 ·
140.190.20.10 / 255.255.192.0: red
140.190.0.0, broadcasting 140.190.63.255 ·
140.190.130.10 / 255.255.192.0: red
140.190.128.0, broadcasting 140.190.191.255 ·
140.190.220.10 / 255.255.192.0: red
140.190.192.0, broadcasting 140.190.255.255 4. Viendo las direcciones IP de los hosts públicos de una empresa
observamos que todas están comprendidas entre 194.143.17.145 y
194.143.17.158, ¿Cuál es (probablemente) su dirección de red, broadcasting y
máscara? Pasamos a binario las dos direcciones. La primera tiene que estar próxima
a la dirección de red y la última, a la dirección de broadcasting: 194.143.017.145
11000010.10001111.00010001.10010001 Podemos suponer que la dirección de red es 194.143.17.144 y la de
broadcasting, 194.143.17.159: 194.143.017.144
11000010.10001111.00010001.10010000 Entonces la máscara será: 255.255.255.240
11111111.11111111.11111111.11110000 |
2.4 Protocolo IP
IP es el principal protocolo de la capa de red. Este protocolo define la
unidad básica de transferencia de datos entre el origen y el destino,
atravesando toda la red de redes. Además, el software IP es el encargado de
elegir la ruta más adecuada por la que los datos serán enviados. Se trata de un
sistema de entrega de paquetes (llamados datagramas IP) que tiene las
siguientes características:
·
Es no orientado a conexión debido a que cada uno
de los paquetes puede seguir rutas distintas entre el origen y el destino.
Entonces pueden llegar duplicados o desordenados.
·
Es no fiable porque los paquetes pueden
perderse, dañarse o llegar retrasados.
Nota: El
protocolo IP está definido en la RFC 791 (en inglés, en
español).
2.5 Formato del datagrama IP
El datagrama IP es la unidad básica de transferencia de datos entre el
origen y el destino. Viaja en el campo de datos de las tramas físicas
(recuérdese la trama
Ethernet) de las distintas redes que va atravesando. Cada vez que un
datagrama tiene que atravesar un router, el datagrama saldrá de la trama
física de la red que abandona y se acomodará en el campo de datos de una
trama física de la siguiente red. Este mecanismo permite que un mismo datagrama
IP pueda atravesar redes distintas: enlaces punto a punto, redes ATM, redes
Ethernet, redes Token Ring, etc. El propio datagrama IP tiene también un campo
de datos: será aquí donde viajen los paquetes de las capas superiores.
|
|
Encabezado del |
Área de datos del datagrama IP |
|
|
|
|
|
|
|
Encabezado de |
Área de datos de la trama |
Final de la trama |
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
||||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
3 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
|
VERS |
HLEN |
Tipo de servicio |
Longitud total |
||||||||||||||||||||||||||||
|
Identificación |
Bandrs |
Desplazaiento de fragmento |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
TTL |
Protocolo |
CRC cabecera |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
Dirección IP origen |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
Dirección IP destino |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
Opciones IP (si las hay) |
Relleno |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Datos |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
... |
|||||||||||||||||||||||||||||||
Campos del datagrama IP:
·
VERS (4 bits). Indica la versión del protocolo
IP que se utilizó para crear el datagrama. Actualmente se utiliza la versión 4
(IPv4) aunque ya se están preparando las especificaciones de la siguiente
versión, la 6 (IPv6).
·
HLEN (4 bits). Longitud de la cabecera expresada
en múltiplos de 32 bits. El valor mínimo es 5, correspondiente a 160 bits = 20
bytes.
·
Tipo de servicio (Type Of Service). Los 8
bits de este campo se dividen a su vez en:
o
Prioridad (3 bits). Un valor de 0 indica baja
prioridad y un valor de 7, prioridad
máxima.
o
Los siguientes tres bits indican cómo se prefiere que
se transmita el mensaje, es decir, son sugerencias a los encaminadores que se
encuentren a su paso los cuales pueden tenerlas en cuenta o no.
o
Bit D (Delay). Solicita retardos cortos
(enviar rápido).
o
Bit T (Throughput). Solicita un alto
rendimiento (enviar mucho en el menor tiempo posible).
o
Bit R (Reliability). Solicita que se
minimice la probabilidad de que el datagrama se pierda o resulte dañado (enviar
bien).
o
Los siguiente dos bits no tienen uso.
·
Longitud total (16 bits). Indica la longitud
total del datagrama expresada en bytes. Como el campo tiene 16 bits, la máxima
longitud posible de un datagrama será de 65535 bytes.
·
Identificación (16 bits). Número de secuencia
que junto a la dirección origen, dirección destino y el protocolo utilizado
identifica de manera única un datagrama en toda la red. Si se trata de un
datagrama fragmentado, llevará la misma identificación que el resto de
fragmentos.
·
Banderas o indicadores (3 bits). Sólo 2 bits de
los 3 bits disponibles están actualmente utilizados. El bit de Más
fragmentos (MF) indica que no es el último datagrama. Y el bit de No
fragmentar (NF) prohibe la fragmentación del datagrama. Si este bit
está activado y en una determinada red se requiere fragmentar el datagrama,
éste no se podrá transmitir y se descartará.
·
Desplazamiento de fragmentación (13 bits).
Indica el lugar en el cual se insertará el fragmento actual dentro del
datagrama completo, medido en unidades de 64 bits. Por esta razón los campos de
datos de todos los fragmentos menos el último tienen una longitud múltiplo de
64 bits. Si el paquete no está fragmentado, este campo tiene el valor de cero.
·
Tiempo de vida o TTL (8 bits). Número máximo de
segundos que puede estar un datagrama en la red de redes. Cada vez que el
datagrama atraviesa un router se resta 1 a este número. Cuando llegue a cero,
el datagrama se descarta y se devuelve un mensaje ICMP de tipo
"tiempo excedido" para informar al origen de la incidencia.
·
Protocolo (8 bits). Indica el protocolo
utilizado en el campo de datos: 1 para ICMP, 2 para IGMP, 6 para TCP y 17 para
UDP.
·
CRC cabecera (16 bits). Contiene la suma de
comprobación de errores sólo para la cabecera del datagrama. La verificación de
errores de los datos corresponde a las capas superiores.
·
Dirección origen (32 bits). Contiene la
dirección IP del origen.
·
Dirección destino (32 bits). Contiene la
dirección IP del destino.
·
Opciones IP. Este campo no es obligatorio y
especifica las distintas opciones solicitadas por el usuario que envía los
datos (generalmente para pruebas de red y depuración).
·
Relleno. Si las opciones IP (en caso de existir)
no ocupan un múltiplo de 32 bits, se completa con bits adicionales hasta
alcanzar el siguiente múltiplo de 32 bits (recuérdese que la longitud de la
cabecera tiene que ser múltiplo de 32 bits).
Fragmentación
Ya hemos visto que las tramas físicas tienen un campo de datos y que es aquí
donde se transportan los datagramas IP. Sin embargo, este campo de datos no
puede tener una longitud indefinida debido a que está limitado por el diseño de
la red. El MTU de una red es la mayor cantidad de datos que puede transportar
su trama física. El MTU de las redes Ethernet es 1500 bytes y el de las redes
Token-Ring, 8192 bytes. Esto significa que una red Ethernet nunca podrá
transportar un datagrama de más de 1500 bytes sin fragmentarlo.
Un encaminador (router) fragmenta un datagrama en varios si el
siguiente tramo de la red por el que tiene que viajar el datagrama tiene un MTU
inferior a la longitud del datagrama. Veamos con el siguiente ejemplo cómo se
produce la fragmentación de un datagrama.
Supongamos que el host A envía un datagrama de 1400 bytes de datos (1420
bytes en total) al host B. El datagrama no tiene ningún problema en atravesar
la red 1 ya que 1420 < 1500. Sin embargo, no es capaz de atravesar la red 2
(1420 >= 620). El router R1 fragmenta el datagrama en el menor número de
fragmentos posibles que sean capaces de atravesar la red 2. Cada uno de estos
fragmentos es un nuevo datagrama con la misma Identificación pero
distinta información en el campo de Desplazamiento de fragmentación y el
bit de Más fragmentos (MF). Veamos el resultado de la fragmentación:
Fragmento 1: Long. total =
620 bytes; Desp = 0; MF=1 (contiene los primeros 600 bytes de los datos del
datagrama original)
Fragmento 2: Long. total = 620 bytes; Desp = 600; MF=1 (contiene los
siguientes 600 bytes de los datos del datagrama original)
Fragmento 3: Long. total = 220 bytes; Desp = 1200; MF=0 (contiene los
últimos 200 bytes de los datos del datagrama original)
El router R2 recibirá los 3 datagramas IP (fragmentos) y los enviará a la
red 3 sin reensamblarlos. Cuando el host B reciba los fragmentos, recompondrá
el datagrama original. Los encaminadores intermedios no reensamblan los
fragmentos debido a que esto supondría una carga de trabajo adicional, a parte
de memorias temporales. Nótese que el ordenador destino puede recibir los fragmentos
cambiados de orden pero esto no supondrá ningún problema para el reensamblado
del datagrama original puesto que cada fragmento guarda suficiente información.
Si el datagrama del ejemplo hubiera tenido su bit No fragmentar (NF)
a 1, no hubiera conseguido atravesar el router R1 y, por tanto, no tendría
forma de llegar hasta el host B. El encaminador R1 descartaría el datagrama.
2.6 Protocolo ARP
Dentro de una misma red, las máquinas se comunican enviándose tramas
físicas. Las tramas
Ethernet contienen campos para las direcciones físicas de origen y destino
(6 bytes cada una):
|
8 bytes |
6 bytes |
6 bytes |
2 bytes |
64-1500 bytes |
4 bytes |
|
Preámbulo |
Dirección física |
Dirección física |
Tipo de trama |
Datos de la trama |
CRC |
El problema que se nos plantea es cómo podemos conocer la dirección física
de la máquina destino. El único dato que se indica en los datagramas es la
dirección IP de destino. ¿Cómo se pueden entregar entonces estos datagramas?
Necesitamos obtener la dirección física de un ordenador a partir de su
dirección IP. Esta es justamente la misión del protocolo ARP (Address
Resolution Protocol, protocolo de resolución de direcciones).
Nota: El
protocolo ARP está definido en la RFC 826 (en inglés)
|
Host |
Dirección física |
Dirección IP |
Red |
|
A |
00-60-52-0B-B7-7D |
192.168.0.10 |
Red 1 |
|
R1 |
00-E0-4C-AB-9A-FF |
192.168.0.1 |
|
|
A3-BB-05-17-29-D0 |
10.10.0.1 |
Red 2 |
|
|
B |
00-E0-4C-33-79-AF |
10.10.0.7 |
|
|
R2 |
B2-42-52-12-37-BE |
10.10.0.2 |
|
|
00-E0-89-AB-12-92 |
200.3.107.1 |
Red 3 |
|
|
C |
A3-BB-08-10-DA-DB |
200.3.107.73 |
|
|
D |
B2-AB-31-07-12-93 |
200.3.107.200 |
Vamos a retomar el ejemplo introductorio de este Capítulo. El host A envía
un datagrama con origen 192.168.0.10 y destino 10.10.0.7 (B). Como el host B se
encuentra en una red distinta al host A, el datagrama tiene que atravesar el
router 192.168.0.1 (R1). Se necesita conocer la dirección física de R1.
Es entonces cuando entra en funcionamiento el protocolo ARP: A envía un
mensaje ARP a todas las máquinas de su red preguntando "¿Cuál es la
dirección física de la máquina con dirección IP 192.168.0.1?". La máquina
con dirección 192.168.0.1 (R1) advierte que la pregunta está dirigida a ella y
responde a A con su dirección física (00-E0-4C-AB-9A-FF). Entonces A envía una
trama física con origen 00-60-52-0B-B7-7D y destino 00-E0-4C-AB-9A-FF
conteniendo el datagrama (origen 192.168.0.10 y destino 10.10.0.7). Al otro
lado del router R2 se repite de nuevo el proceso para conocer la dirección
física de B y entregar finalmente el datagrama a B. El mismo datagrama ha
viajado en dos tramas físicas distintas, una para la red 1 y otra para la red
2.
Observemos que las preguntas ARP son de difusión (se envían a todas las
máquinas). Estas preguntas llevan además la dirección IP y dirección física de
la máquina que pregunta. La respuesta se envía directamente a la máquina que
formuló la pregunta.
Tabla ARP (caché ARP)
Cada ordenador almacena una tabla de direcciones IP y direcciones físicas.
Cada vez que formula una pregunta ARP y le responden, inserta una nueva entrada
en su tabla. La primera vez que C envíe un mensaje a D tendrá que difundir
previamente una pregunta ARP, tal como hemos visto. Sin embargo, las siguientes
veces que C envíe mensajes a D ya no será necesario realizar nuevas preguntas
puesto que C habrá almacenado en su tabla la dirección física de D. Sin
embargo, para evitar incongruencias en la red debido a posibles cambios de
direcciones IP o adaptadores de red, se asigna un tiempo de vida de cierto
número de segundos a cada entrada de la tabla. Cuando se agote el tiempo de
vida de una entrada, ésta será eliminada de la tabla.
Las tablas ARP reducen el tráfico de la red al evitar preguntas ARP
innecesarias. Pensemos ahora en distintas maneras para mejorar el rendimiento
de la red. Después de una pregunta ARP, el destino conoce las direcciones IP y
física del origen. Por lo tanto, podría insertar la correspondiente entrada en
su tabla. Pero no sólo eso, sino que todas las estaciones de la red escuchan la
pregunta ARP: podrían insertar también las correspondientes entradas en sus
tablas. Como es muy probable que otras máquinas se comuniquen en un futuro con
la primera, habremos reducido así el tráfico de la red aumentando su
rendimiento.
Esto que hemos explicado es para comunicar dos máquinas conectadas a la
misma red. Si la otra máquina no estuviese conectada a la misma red, sería
necesario atravesar uno o más routers hasta llegar al host destino. La máquina
origen, si no la tiene en su tabla, formularía una pregunta ARP solicitando la
dirección física del router y le transferiría a éste el mensaje. Estos
pasos se van repitiendo para cada red hasta llegar a la máquina destino.