PDF de programación - Internetworking e IP

ARQUITECTURA DE REDES, SISTEMAS Y SERVICIOS
Área de Ingeniería Telemática

Internetworking e IP

Area de Ingeniería Telemática

http://www.tlm.unavarra.es

Arquitectura de Redes, Sistemas y Servicios

3º Ingeniería de Telecomunicación

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I

Temario

Introducción

1.
2. Arquitecturas, protocolos y estándares
3. Conmutación de paquetes

•
•
•

Arquitectura de protocolos para LANs
Ethernet
Protocolos de Internet
•
•
•

Introducción histórica e Internetworking
Direccionamiento
IP en LAN. ICMP

4. Conmutación de circuitos
5. Tecnologías
6. Control de acceso al medio en redes de área local
7. Servicios de Internet

Objetivo

• Conceptos básicos del nivel de red

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I

Contenido

• Introducción
• Internet Protocol
– Características
– Routing y forwarding
– Formato del paquete IP

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I

Nivel de red

• Objetivo:

– Llevar paquetes del origen al destino
– Usar los enlaces de forma “eficiente”

• Direccionamiento:

– Que permita identificar a los nodos
– Tiene una estructura (no es plano)
– Ésta reduce la información en los routers

Transporte

Red

Enlace

Físico
Medio

• Enrutamiento

– Elementos de encaminamiento deben “aprender” cómo

es la red

– Deben calcular “buenos” caminos a los destinos
– Esto se almacena en las “tablas de rutas”

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I

Routing

•
•

“Ruta” es un camino (path) ⇒ acíclico (…)
“Routing” = proceso de calcular los caminos que
deben seguir los paquetes

• Se pueden calcular en función de:

– Flujo
– Tipo de tráfico
– (origen, destino)
– Destino

Red A

Red B

R1
R1

R5
R5

R3
R3

R2
R2

R6

R4
R4

Red C

Red D

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I

Conmutación

• Reenviar los bits por el camino
• Servicios posibles

– Circuitos (telefonía, longitud de onda)
– Paquetes

• Circuitos virtuales (…)
• Datagramas (…)

Cada paquete del mismo flujo
sigue la misma ruta

Cada paquete es conmutado
independientemente

Red D

Red A

Red B

R1
R1

R5
R5

R3
R3

R2
R2

R6

R4
R4

Red C

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Contenido

• Introducción
• Internet Protocol
– Características
– Routing y forwarding
– Formato del paquete IP

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I

Características de IP

• Nivel de red
• Servicio de datagramas, sin conexión
• Forwarding en función de la dirección destino
• No fiable
• Best effort
• Provee:

– Independencia de las tecnologías de cada red
– Direccionamiento global
– TOS
– Fragmentación y reensamblado

Transporte

Red

Enlace

Físico
Medio

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Otros aspectos

• Direccionamiento

– Nivel 2: local, plano ⇒ no escalable
– Nivel 3: según lugar, jerárquico ⇒ escalable
– Direcciones temporales
– Network Address Translation para reducir direcciones

• Routing

– Basado en la dirección destino
– La red se descompone en dominios
– Routing intradomain : calcula rutas dentro del dominio
– Routing interdomain : rutas entre dominios

• Más

– Multicast; Ad-hoc; P2P; Sensores, etc

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Routing en IP

• Llevado a

cabo por un
proceso que se ejecuta en
cada
(cálculo
distribuido) (…)

router

• Resultado: una

“tabla de

rutas” en cada router (…)

Red A

Red B

Routing
process

R1
R1

Routing
process

R5
R5

Routing
process

R3
R3

Routing
process

R2
R2

R6

Routing
process

R4
R4
Routing
process

Red C

Red D

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I

Routing en IP

• Llevado a

cabo por un
proceso que se ejecuta en
cada
(cálculo
distribuido) (…)

router

• Resultado: una

“tabla de

rutas” en cada router (…)

Destino
Red A
Red B
Red C
Red D
…

Next-hop
IP de if1 de R1
IP de if0 de R3
IP de if0 de R4
IP de if0 de R4
…

Red D

Red A

Red B

Routing
process

if0

R1
R1

if1

Routing
process

if0

if1

Routing
process

if1

R5
R5

if0

Routing
process
if2

R2
R2

if0

if1

R3
R3

if1

if0
Routing
process

R6

if1

R4
R4
Routing
process

if2
Red C

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Tablas de rutas

• Ruta por defecto

– Por ella todo el tráfico
para el que no se tiene
una ruta mejor

– Fácil de emplear con

estructura en árbol

• ¿ Una ruta para cada

host ?:
– 232 entradas -> ¡¡¡ 4 mil

millones !!!

• ¿ Una por host en

Internet ?:
– Hoy aprox ¡ 480 millones !

Red

• Continen una entrada por
(también
cada
llamada a veces subred)
• De hecho hoy en día
puede contener menos
entradas

Forwarding en IP

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• Tarea de

“reenviar” por el

interfaz

adecuado el paquete recibido

• En base a la tabla de rutas del router
• La tabla indica cuál es el siguiente router

(next-hop) en el camino

• El router tendrá conectividad a nivel 2

con él

Destino
Red A
Red B
Red C
Red D
…

Next-hop
IP de if1 de R1
IP de if0 de R3
IP de if0 de R4
IP de if0 de R4
…

Red D

Red A

Red B

Routing
process

if0

R1
R1

if1

Routing
process

if0

if1

Routing
process

if1

R5
R5

if0

Routing
process
if2

R2
R2

if0

if1

R3
R3

if1

if0
Routing
process

R6

if1

R4
R4
Routing
process

if2
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Aplicación
Transporte

Red
Enlace
Físico

Encapsulación

Red

Red
Enlace
Físico

Red
Enlace
Físico

Red

Red
Enlace
Físico

Red
Enlace
Físico

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R5
R5

R3
R3
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R2
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R6
R6

R4
R4
R4

Aplicación
Transporte

Red
Enlace
Físico

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Algunas características de IP

• Muy bueno en escalabilidad

– Millones de nodos
– Tablas de rutas deben ser “pequeñas”
– Actualizaciones deben ser “manejables”

• Bueno ante cambios de topología
– Los routers calculan nuevas rutas
– Los cambios no afectan a la mayoría

• Pobre rendimiento

– Utilización de los enlaces no se balancea
– Las actualizaciones no son muy rápidas
– Algunos flujos deberían tener garantías de calidad
– No detecta errores de configuración
– No se protege ante ataques

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Representación y transmisión

• Palabras de 32 bits

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4

0
Campo Campo Campo

8

Campo

Campo

Campo

31

16

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B
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B
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Campo

Campo

Campo

Campo
Campo
Campo

Campo

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Representación de las direcciones

bit 0

bit 31

Dirección IP

10000010110011101011100001010101

= 2194585685

130

206

184

85

130.206.184.85

• Números de 32 bits

cómodos para

computadoras, no para humanos
• Representación “dotted-decimal”

Formato del datagrama IP

IPv4 vs IPv6

P a l a b r a s
de 32bits

Type of
Service

Longitud en
bytes
del
paquete

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Para
el
reensamblado

Á

“Time To
Live”

Protocolo de
la siguiente
capa

8

4

0
Versión Header
TOS
Length
16-bit identifier
TTL

16

D
F

31

Longitud
M
13-bit fragmentation
F

offset

Protocolo Header checksum
Dirección IP origen
Dirección IP destino

“ D o n ’ t
Fragment”

“More
Fragments”

Offset del
fragmento

[opciones]

[Datos]

,

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Ejemplo de encapsulado

0000 0c07 ac03 000d 9331 59fa 0800 4500 0262 5983 4000 4006 5fbc 82ce
a99f d155 8193 d19a 0050 6a45 0f75 28d8 c360 8018 ffff 81ab 0000
0101 080a 2a86 df2e 1426 9e6d 4745 5420 2f20 4854 5450 2f31 2e31
0d0a 486f 7374 3a20 7777 772e 676f 6f67 6c65 2e65 730d 0a55 7365
722d 4167 656e 743a 204d 6f7a 696c 6c61 2f35 2e30 2028 4d61 6369
6e74 6f73 683b 2055 3b20 5050 4320 4d61 6320 4f53 2058 204d 6163
682d 4f3b 2065 6e