PDF de programación - Tema 9 - IP

Bloque IV: El nivel de red

Tema 9: IP

Índice

• Bloque IV: El nivel de red

– Tema 9: IP

• Introducción
• Cabecera IP
• Fragmentación IP

• Referencias

– Capítulo 4 de “Redes de Computadores: Un enfoque

descendente basdado en Internet”. James F. Kurose, Keith
W. Ross. Addison Wesley, 2ª edición. 2003.

– Capítulos 3 y 11 de “TCP/IP Illustrated, Volume 1: The
Protocols”, W. Richard Stevens, Addison Wesley, 1994.

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2

Introducción

•

•

Internet Protocolo –
Especificado en el RFC 791.
IP proporciona un servicio de
entrega de datagramas no
fiable y no orientado a conexión
– No fiable:

• No hay garantía de que el

datagrama alcance su destino.
• Sigue un esquema “best effort”:

Cuando algo va mal (p.e: un
router con buffers agotados)
ejecuta un algoritmo simple de
gestión de errores: descarta el
datagrama y trata de enviar un
mensaje ICMP a la fuente.
– No orientado a conexión:

•

IP no mantiene información de
estado relativa a datagramas.
Cada datagrama se gestiona
independientemente de otros
datagramas.

• Los datagramas se pueden

recibir desordenados.

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HTTP

SMTP

DNS

APLICACIÓN

TCP

UDP

TRANSPORTE

IP

Ethernet

RED

ENLACE

3

Cabecera IP

0

8

16

31

Versión
(4 bits)

Long.
Cabec.

TOS (8 bits)

Identificación (16 bits)

TTL (8 bits)

Protocolo (8 bits)
Dir. IP origen (32 bits)
Dir. IP destino (32 bits)

Longitud total (16 bits)
Offset de fragmentación

Flags
(3 bits)
Checksum cabecera (16 bits)

(13 bits)

20 bytes

Opciones (opcional y variable)

Datos (opcional y variable)

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Cabecera IP

Utilizamos “network byte order”: ordenación de bytes “big endian”. Es el orden que se
requiere en TCP/IP para transmitir los bytes en la red. Considerando palabras de 32 bits:
bits 0-7 primero, bits 8-15 a continuación, etc., siendo el bit 0 el más significativo.
Versión: Versión actual de IP (4).
Longitud de cabecera: Número de bytes en la cabecera (incluidas las opciones si las
hubiera (< 60 bytes).
Tipo de servicio (TOS): 3 bits de precedencia (no se usan) + 4 bits de información + 1 bit
que no se usa
– Bits de información:

•

•
•

•

•

• Minimizar retardo
• Maximizar “throughput”
• Maximizar fiabilidad
• Minimizar coste económico

– De los 4 bits de información, sólo uno puede estar a 1 con cada servicio. RFC 1350
indica cual es el uso que se debe hacer de estos bits para cada aplicación estándar.

Longitud total: Longitud total de datagrama IP en bytes.
– Utilizando este campo y el de longitud de la cabecera se puede saber con exactitud

dónde comienza la zona de datos del datagrama IP y su longitud.

– Campo de 16 bits: máximo tamaño es 65535 bytes.
– Muchas aplicaciones limitan actualmente la longitud de los datagramas IP a 8192

bytes (caso de aquellas que utilizan NFS).

– Se precisa este campo porque un datagrama IP puede llegar a ser de menor tamaño
que el mínimo exigido por el nivel de enlace (Ethernet, 46 bytes). En estos casos se
añaden bytes para configurar la trama del nivel de enlace.

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5

•

•
•

•

•

Cabecera IP

Identificación: identifica unívocamente el datagrama IP enviado por una máquina.
– Normalmente se incrementa en una unidad cada vez que se envía un datagrama.
Flags y offset de fragmentación: Campos para fragmentación.
TTL (Time To Live): Establece un tiempo máximo de vida para el datagrama. Previene
bucles indefinidos por problemas de enrutamiento.
– Establece un límite en el número de “routers” por los que puede pasar un datagrama:

Protocolo: usado por IP para demultiplexar. Permite identificar de qué protocolo de la capa
de transporte son los datos enviados.
Checksum de cabecera: Sólo para la cabecera. Se calcula:
– Se pone a cero
– Se calcula la suma complemento a uno (en bloques de 16 bits) de la cabecera.
– El complemento a uno de esta suma se almacena en el checksum.
– En recepción, se hace la suma complemento a uno de la cabecera. Si no da todos

unos, se considera error, se descarta el datagrama y no se notifica.

– Como cada router decrementa el campo TTL para cada datagrama que enruta, debe

actualizarse el checksum.

– Cada vez que el datagrama pasa por un “router”, se decrementa en una unidad el

– Cuando vale 0 se descarta el datagrama y se notifica al remitente con un mensaje

normalmente 32 o 64.

valor de este campo.

ICMP.

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Cabecera IP

• Dirección IP de origen y destino: 32 bits cada una.

• Opciones: Información opcional de longitud variable. Las

opciones definidas son:
– Seguridad y gestión de restricciones (para aplicaciones

militares) RFC 1108.

– Registro de enrutamiento (record route): cada “router” marca

su hora y dirección IP (máximo 9 routers).

– Timestamp: Va anotando la ruta y además pone una marca

de tiempo en cada salto (máximo 4 routers).

– Lista estricta de enrutamientos (strict source routing): La
cabecera contiene la ruta paso a paso que debe seguir el
datagrama (máximo 9).

– Lista difusa de enrutamientos (loose source routing): la

cabecera lleva una lista de routers por los que debe pasar el
datagrama, pero puede pasar además por otros (máximo 9).

– La longitud ha de ser múltiplo de 32 bits. Si hace falta, se

añaden bytes PAD para cumplir esta condición.

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Fragmentación IP

• El nivel físico de la red impone un límite superior al tamaño de

la trama que se puede transmitir (MTU – Maximum
Transmission Unit).
– Ethernet: 1500 bytes
– Token Ring: 4440 bytes

• Cuando el nivel IP recibe un datagrama, identifica la interfaz de

red a utilizar y la interroga sobre su MTU:
– Compara la respuesta con la longitud del datagrama.
– Se hace fragmentación si la longitud del datagrama es

mayor que el MTU.

• El reensamblaje de datagramas IP fragmentados se produce

cuando el datagrama alcanza el destino final:
– Lo hace el nivel IP del destino.
– La fragmentación es transparente al nivel de transporte.

• En la cabecera IP se almacena la información relacionada con

la fragmentación IP.

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Fragmentación IP

• Cabecera IP – Campos para fragmentación

0

8 16

31

Versión
(4 bits)

Long.
Cabec.

TOS (8 bits)

Longitud total (16 bits)

Identificación (16 bits)

D
- M
F
F

Offset de fragmentación

(13 bits)

TTL (8 bits)

Protocolo (8 bits)

Checksum cabecera (16 bits)

Dir. IP origen (32 bits)

Dir. IP destino (32 bits)

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Fragmentación IP

•

Identificación: valor único para cada datagrama IP transmitido
Todos los fragmentos de un datagrama contienen el mismo valor.

• Flags:

IP.

– El primer bit está reservado.
– Bit DF (Don’t Fragment): a 1 si se prohíbe fragmentar el datagrama

– Bit MF (More Fragments): a 1 si hay más fragmentos a

continuación Se pone a 0 en el último fragmento.

• Offset de fragmento: desplazamiento en múltiplos de 8 bytes del

fragmento desde el origen del datagrama original.
Longitud total: se cambia la longitud total del datagrama por longitud
total del fragmento.

•

• El tamaño de cada fragmento debe ser múltiplo de 8 bytes, excepto el

último fragmento Por el campo offset de fragmento.

• Si está activado el flag DF y es necesario fragmentar Se genera un
mensaje de error ICMP Unreachable Error (Fragmentation Required).

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Fragmentación IP: Ejemplo 1

• Desde el host X se envían al host Y 2000 bytes de datos NFS

(utilizando el protocolo UDP).

host X

host Y

RED A – Ethernet
MTU: 1500 bytes

2000 bytes

Datos NFS

Datos NFS

8 bytes
Cab.
UDP

Aplicación

NFS

Transporte

UDP

Red

IP

Enlace

Ethernet

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MTU: 1500 bytes

Cab.
UDP
2008 bytes > (MTU-20) Fragmentación IP

Datos NFS

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Fragmentación IP: Ejemplo 1

• MTU = 1500 bytes
• Cada fragmento lleva una cabecera IP 1500 – 20 = 1480

– ¿Es 1480 múltiplo de 8? 1480/8= 185 Si

• Dividir 2008 bytes en fragmentos de 1480 bytes:
– Fragmento 1: 1480 bytes + 20 bytes (cab. IP)
– Fragmento 2: 528 bytes + 20 bytes (cab. IP)

Offset

0

1480

Cab.
UDP

Cab. IP

Cab.
UDP

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Datos NFS

Fragmento 1

Identificación: 12345
DF: 0
MF: 1
Offset: 0
Long. total: 1480 + 20

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Fragmentación IP: Ejemplo 1

Offset

0

1480

Cab.
UDP

Datos NFS

Fragmento 2
Cab. IP

Identificación: 12345
DF: 0
MF: 0
Offset: 185
Long. total: 528 + 20

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Fragmentación IP: Ejemplo 2

• Desde el host X se envían al host Y 3013 bytes de

datos UDP (sin incluir la cabecera UDP).

host X

RED A – Ethernet
MTU: 1500 bytes

RED B – PPP
MTU: 296 bytes

RA

RB

host Y

RED C – Ethernet
MTU: 1500 bytes

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Fragmentación IP: Ejemplo 2

• Red A

– MTU: 1500 bytes – 20 bytes (cab. IP) = 1480

bytes (1480/8=185 Múltiplo de 8)

– 3013 bytes + 8 bytes = 3021 bytes de datos IP
– Dividir 3021 bytes en fragmentos de 1480

• Fragmentos 1 y 2: 1480 bytes
• Fragmento 3: 61 bytes

8 3013 bytes

Cab.
UDP

Datos UDP

Offset

0 1480

2960

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Fragmentación IP: Ejemplo 2

• Red A:

Fragmento 1

Fragmento 2

Cab. IP

Cab. IP

Identificación: 6789
DF: 0
MF: 1
Offset: 0
Long. total: 1480 + 20

Identificación: 6789
DF: 0
MF: 1
Offset: 185
Long. total: 1480 + 20

Fragmento 3

Cab. IP

Identificación: 6789
DF: 0
MF: 0
Offset: 370
Long. total: 61 + 20

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Fragmentación IP: Ejemplo 2

• Red B

– MTU: 296 bytes – 20 bytes (cab. IP) = 276 bytes

(276/8=34.5 No es múltiplo de 8 Primer
múltiplo menor de 276 272 bytes)

– ¿Se reagrupan los fragmentos? NO!
– Dividir el Fragmento 1 Dividir 1480 bytes en

fragmentos de 272 bytes: