PDF de programación - Tema 4 - Interconexión de redes mediante TCP/IP

TEMA 4
INTERCONEXIÓN DE REDES MEDIANTE TCP/IP

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Tema 4. Interconexión de redes mediante TCP/IP

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Contenido del Tema 4

Introducción

1.
2. La arquitectura TCP/IP
3. La capa interfaz de red
4. La capa IP

4.1.Direccionamiento IPv4
4.2.Direccionamiento IPv6
4.3.El datagrama IP
4.4. El protocolo ICMP
4.5.El encaminamiento
4.6.Casos de estudio de encaminamiento

5. La capa de transporte
6. La capa de aplicación
7. Bibliografía

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1. Introducción
La red Internet
Elementos de Internet
Dispositivos de Internet

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La red Internet

La red Internet es un compendio de redes diferentes que comparten una
pila de protocolos comunes que facilitan una conexión IP extremo-a-
extremo

Ethernet

App
TCP
IP

802.3
FO

IP

802.3
FO

ATM
FO

IP

ATM
FO

ATM
FO

ATM

ATM
FO

ATM
FO

IP

ATM
FO

FR
FO

IP

FR
FO

PPP
4G

4G

App
TCP
IP
PPP
4G

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La red Internet
Estructura

A nivel de red, Internet puede definirse como un conjunto de
redes conectadas entre sí por dispositivos conocidos como
gateways

BB internet

NSP

Nacional/global

G

NSP

Nacional/global

G

G

G

G
NSP
regional

G

G
NSP
regional

G

G

G

NSP
regional

ISP local

ISP local

ISP local

ISP local


e
d

P
S

I

1

l
e
v
n

i



e
d
P
S

I

2


l

e
v
n

i


e
d

P
S

I

3

l
e
v
n

i

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ISP: Internet Service Provider
NSP: Network Service Provider
G: Gateway
BB: Backbone

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La red Internet
Servicio Best effort

Las redes IP son redes de datagramas, no orientadas a conexión,
con servicio best effort, es decir, no ofrece calidad de servicio
Su desarrollo comenzó a finales de los 60, como un experimento de la
agencia ARPA (Advanced Research Projects Agency), una agencia del
Departamento de Defensa del gobierno de USA

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Elementos de Internet

Infraestructura:

líneas, conexiones, nodos, ...

Dispositivos:

Host, Routers, Firewalls.

Direcciones (IP) y nombres de dominio.
Protocolos:

de red (IP), de transporte (TCP, UDP).

Aplicaciones:

telnet, rlogin, ftp, mail, www, ...

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Dispositivos de Internet

HOSTS

Un único interfaz de red. Una sola dirección IP

MULTIHOMED HOST

Más de una interfaz de red. Varias direcciones IP. Una
por cada interfaz

ROUTERS o GATEWAYS

Encaminar Datagramas
Varios interfaces de red
Unen redes o subredes

FIREWALS o CORTAFUEGOS

Varios interfaces de red
Aíslan redes o subredes

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2. La arquitectura TCP/IP
Introducción a TCP/IP
Arquitectura TCP/IP vs OSI
Arquitectura TCP/IP. Encapsulación
Capas propias del host: Aplicación y transporte
Capas de red: IP e interfaz de red

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Introducción a TCP/IP

TCP/IP constituye el armazón sobre el que se asienta
Internet
El conjunto de protocolos TCP/IP permite la comunicación
entre diferentes máquinas, independientemente de la
tecnología:

Diferentes sistemas operativos
Diferentes tipos de máquinas
Diferentes tipos de red

TCP/IP es un auténtico sistema abierto: Los protocolos
y sus implementaciones están disponibles públicamente

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Arquitectura TCP/IP vs OSI

Aplicación

(Telnet, SMTP, etc.)

Aplicación

(DNS, SNMP, etc.)

Aplicación

Acceso a los servicios OSI de las aplicaciones

Se ocupa de las conversiones que puedan ser

Presentación
necesarias para los datos.

Sesión

Gestión de la comunicación entre aplicaciones:

establece y cierra conexiones

TCP

UDP

IP

(ARP, IGMP, ICMP)

Interfaz de red

Transferencia fiable. Segmentación. Control del flujo

Transporte

y errores.

Red

Trans. Paquetes entre sistemas finales. Direcc.

Prioridad. Enrutamiento. Conexiones

Enlace

Trans. De datos (tramas) fiable, control de errores y

flujo. Sincronización

Física

Trans. de bits, características funcionales,

mecánicas y eléctricas

Solo en los Host
(nodos finales)

En todos los nodos
de la red

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Arquitectura TCP/IP

Encapsulación

i

n
ó
c
a
c

i
l

p
A

ApX

Protocolo de aplicación

Mensaje
Datos

TCP( ó UDP)

Protocolo de transporte
(TCP,UDP)

IP

Protocolo red
(IP)

RH

Segmento (o datagrama UDP)

TH

Datos
Datagrama IP
Datos

TH

Interfaz de red

Protocolo
Enlace

Bits

Trama

EH

RH TH

Datos

ET

Red IP

ApY

A
p

l
i

c
a
c
ó
n

i

TCP( ó UDP)

IP

Interfaz de red

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Arquitectura TCP/IP

Capas propias del host

• Interfaz con los servicios finales. Contiene toda la

lógica necesaria para posibilitar las distintas
aplicaciones de usuario

• Las aplicaciones acceden a la capa de transporte por

los puertos asignados

• Protocolos: FTP, Telnet, WWW, DNS, ….

• Transferencia entre procesos de aplicación

extremo-extremo

• Identificación de procesos mediante Puertos
• TCP (Transport Control Protocol): orientado a

conexión y complejo

• UDP (User Datagram Protocol): No orientado a

conexión y mas sencillo

Aplicación

Transporte

(TCP, UDP)

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Arquitectura TCP/IP

Capas de red

Internet

• Gestiona el movimiento de paquetes por la red
• Transferencia entre máquinas origen y destino
• Identificación mediante Direcciones IP
• No fiable y no orientado a conexión
• Encaminamiento y Fragmentación
• Comunica errores (con ICMP y SNMP)

Interfaz de red

• Proporciona los drivers que interactúan con los

componentes hardware para adaptar y configurar
el nivel físico

• Funciones de nivel físico y de enlace

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3. La capa interfaz de red
La interfaz de red
IP sobre Ethernet
El problema de la resolución de las direcciones IP
Resolución de las direcciones IP
El protocolo ARP

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La interfaz de red

El uso de IP hace necesario
implantar niveles intermedios
entre el propio IP y las
subredes sobre las que
descansa.

IP es único. Redes hay muchas.

La Interfaz de red es un
módulo periférico (placa de
red) que actúa como interfaz
de conexión entre un
computador (host) y la red
Cada interfaz de red tiene una
dirección IP única

Host

P

I
/

P
C
T
a



l
i

P

NIC

Conmutador

r
e
v
r
i
D

Interfaz de red

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Interfaz de red
Ejemplo con Ethernet

IP sobre Ethernet
1) Se genera el datagrama IP con su correspondiente cabecera
2) Se construye la trama Ethernet:

20
Cab

Datos

Datagrama IP

IP

Interfaz de red

Direcciones MAC

Preambulo

Destino Origen

2

Tip

Carga útil (payload)
Datos (<1500B)

8

6

6

46….1500

CRC
4

Trama Ethernet II

0800H para IPv4
0806H para ARP

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IP sobre Ethernet

Las tarjetas de red Ethernet tienen una dirección MAC única
alojada en el HW

Esta dirección se utiliza en el campo de dirección Origen/Destino de la trama
Ethernet.

El campo Longitud/Tipo de la trama MAC Ethernet muestra la
longitud de la trama o el tipo de protocolo que transporta la trama:

0800H para IP
0806H para ARP

Una máquina “escuchando la red” y ejecutando una aplicación
TCP/IP comprobará si el campo L/T es 0800H o 0806H.
Una estación ejecutando otro protocolo dará las tramas anteriores
como inválidas

MAC: Media Access Control

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El problema de la resolución de las direcciones IP
Las direcciones IP son abstracciones proporcionadas por la capa IP.
Debido a que el hardware de red física (Ethernet, en este caso) de un sistema no
sabe cómo localizar un ordenador por su dirección IP, esta debe ser traducida a
una dirección MAC equivalente antes de enviar una trama.

Quiero mandar un
datagrama a C (10.1.1.3)
¿Cuál es la dirección MAC de
10.1.1.3?

2

.

1

.

1

.

0
1

A

B

4

.

1

.

1

.

0
1

C

3

.

1

.

1

.

0
1

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Resolución de las direcciones IP
Mediante tablas estáticas

Problema: Dada una dirección IP, obtener la dirección MAC
correspondiente: dirMAC= f (dirIP).
Solución estática:

Tablas estáticas (una en cada host) mantenidas manualmente
Principal inconveniente: necesidad de actualizar las tablas en todos los nodos de
la red cada vez que se produce alguna modificación en la tabla de direcciones.

Quiero mandar un
datagrama aIP3
Su dirección MAC es MAC3

IP1
1

IP1
IP2
IP3

MAC1
MAC2
MAC3

IP2
2

IP1
IP2
IP3

MAC1
MAC2
MAC3

IP3
3

IP1
IP2
IP3

MAC1
MAC2
MAC3

MAC1

MAC2

MAC3

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Resolución de las direcciones IP
Mediante asociación dinámica

Problema: Dada una dirección IP, obtener la dirección MAC correspondiente:
dirMAC= f (dirIP).
Solución dinámica:

Se construye un paquete (ARP request) en el que se escribe lo que sabemos y lo que
queremos saber y se manda a la dirección MAC FF:FF:FF:FF:FF:FF (broadcast)
Sólo responde el que reconozca su dirección IP en el target, y lo hace con un paquete ARP
response
Las direcciones resueltas vía ARP se mantienen un cierto tiempo en caché, en previsión de
usos futuros

Quiero mandar un
datagrama aIP3
Pregunto a todos cual es la
dirección MAC de IP3

IP1
1

IP2
2

IP3
3

ARP Rq

MAC2

MAC3

ARP Rp

Envío a MAC1 mi dirección

Yo soy IP3
MAC3

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El protocolo ARP

Como se ha visto, en una LAN hace falta un
mecanismo que permita des