PDF de programación - Clase 22 - TCP/IP e Internet

TCP/IP e Internet


Eytan Modiano


MIT

Eytan Modiano

Slide 1

El protocolo TCP/IP

• Protocolo de control de transmisión / Protocolo de Internet

• Desarrollado por DARPA con el fin de conectar entre sí las universidades
y los laboratorios de investigación:

Modelo de cuatro capas

Aplicación
Transporte

Red
Enlace

Telnet, FTP, correo, etc.

TCP, UDP

IP, ICMP, IGMP

Drivers, tarjetas de interfaz

TCP - Protocolo de control de transmisión
UDP - Protocolo de datagramas de usuario
IP - Protocolo de Internet

Eytan Modiano

Slide 2

Direcciones IP

• Las direcciones de 32 bits se escriben con cuatro números decimales

– Uno por cada byte de la dirección (ej.: 155.34.60.112)

• Estructura de la dirección jerárquica:

ID de red / ID del servidor (host) / ID del puerto

–
– La dirección completa se denomina zócalo (socket)
– El ID de red y el del servidor van incorporados en la cabecera IP
– El ID del puerto (proceso de envío) va incorporado en la cabecera TCP

• Clases de direcciones IP:

8
ID de red

0

ID del servidor
16

32

32

Redes de Clase A

10

ID de red

ID del servidor

Redes de Clase B

110

ID de red

24
ID del servidor

32

Redes de Clase C

La clase D es para el tráfico multidifusión (multicast)

Eytan Modiano

Slide 3

Nombres de servidores

• Cada máquina tiene también un nombre único

• Sistema de los nombres de dominio: base de datos distribuida
que proporciona un servicio de mapeo entre las direcciones IP y
los nombres de los servidores

• Ej.: 155.34.50.112 => plymouth.ll.mit.edu

Eytan Modiano

Slide 4

Estándares de Internet

• La IETF (Internet Engineering Task Force):

– Desarrolla los estándares de Internet a corto plazo
– Es un grupo abierto
– Se reúne 3 veces al año

• Los RFC (Request for Comments):

– Estándares oficiales de Internet
– Disponibles en la página web de la IETF: http://www.ietf.org

Eytan Modiano

Slide 5

El protocolo de Internet (IP)


• Enrutamiento de paquetes a través de la red
• Servicio poco fiable:

– Entrega "Best effort"
– Los paquetes perdidos se deben recuperar en las capas superiores

• Sin conexión:

– Los paquetes se distribuyen (enrutan) de forma independiente
– Se pueden entregar desordenados
– La secuencia se reestablece en las capas superiores

• La versión actual es la V4

• Futura versión V6:

– Añade más direcciones (¡cabecera de 40 bytes!)
– Capacidad para ofrecer QoS

Eytan Modiano

Slide 6

Campos de la cabecera IP


1

4

Versión

IHL

8
Tipo de servicio

16



Longitud total (bytes)

32


Identificación (16 bits) Flags



Desplazamiento (13 bits)

TTL



Protocolo



Suma de comprobación de
la cabecera (Checksum)

Dirección IP de origen (SA)

Dirección IP de destino (DA)

Opciones (si las hay)

Datos

Obsérvese que el tamaño mínimo de la cabecera es de 20 bytes;
el de la cabecera del TCP es también de 20 bytes

Eytan Modiano


Slide 7

CAMPOS DE LA CABECERA IP

Número de la versión IP (la versión actual es la 4)

Longitud del datagrama IP

ID de datagrama único

Longitud de la cabecera en palabras de 32 bits

• Versión:
• IHL:
• Tipo de servicio: Ignorado en la mayoría de los casos
• Longitud total
• ID
• Banderas (Flags): No fragmentar, más fragmentos
• Desplazamiento:
• TTL:
• Protocolo:
• Checksum: Comprobación de la suma de los complementos a
• SA y DA:
• Opciones:

Offset del fragmento en unidades de 8 octetos
Tiempo de vida en "segundos” o saltos (hops)
Nº ID del protocolo de capa superior

1 de 16 bits (sólo en la cabecera)

Direcciones de red

Record Route, Source Route y TimeStamp

Eytan Modiano

Slide 8

Enrutamiento IP

• La tabla de enrutamiento de cada nodo contiene para cada destino

el siguiente router al que se debe enviar el paquete:

– No todas las direcciones de destino están en la tabla de enrutamiento:
Busca el ID de red para la coincidencia del prefijo de destino ("Prefix match")
Utiliza el router establecido por defecto

el salto al siguiente router

• Los routers no conocen la ruta completa hasta el destino, tan sólo
• IP utiliza algoritmos de enrutamiento distribuidos: RIP o OSPF
• En una LAN, el servidor envía el paquete al router establecido por
defecto, que a su vez, proporciona una pasarela al mundo exterior

Eytan Modiano

Slide 9

Asignación de direcciones de subred

• Las direcciones de clase A y B asignan demasiados servidores a
• La asignación de direcciones de subred nos permite dividir el espacio

una red dada

de ID del servidor en “subredes” de menor tamaño:
– Simplifica el enrutamiento dentro de una organización
– Tablas de enrutamiento más pequeñas
– Potencialmente, permite la asignación de la misma dirección de clase B

a más de una organización

• La máscara de subred de 32 bits se utiliza para dividir el campo ID

del servidor en subredes:

– “1” indica el campo de la dirección de red
– “0” indica el campo ID de un servidor

Dirección
de clase B
Máscara

ID de red de 16 bits ID del servidor de 16 bits
ID de subred ID del servidor

140.252

111111 111 1111111

11111111

00000000

Eytan Modiano
Slide 10

Enrutamiento entre dominios sin clase (CIDR)


• Las direcciones de clase A y B asignan demasiados servidores a una
organización, mientras que las direcciones de clase C no le asignan
los suficientes:

– Esto conlleva una asignación ineficaz del espacio de direcciones

• El enrutamiento sin clase permite la asignación de direcciones sin

los límites de las clases (dentro de la gama de direcciones de clase C):

– Asignar un bloque de direcciones contiguas:

Ej.: 192.4.16.1 - 192.4.32.155
Poner desordenadamente 16 direcciones de clase C
Los primeros 20 bits del campo dirección son los mismos y constituyen,
básicamente, el ID de red

– A continuación, hay que describir los números de red con su longitud

y valor (es decir, la longitud del prefijo de red)

– Consultar la tabla de enrutamiento utilizando la coincidencia del

prefijo más largo

• Obsérvese la similitud entre la asignación de subred y la de

“superred”

Eytan Modiano
Slide 11

Configuración dinámica del servidor (DHCP)


• Método automatizado de asignación de números de red:

– Direcciones IP o routers por defecto

• Los ordenadores se ponen en contacto con el servidor DHCP al iniciar
• El servidor les asigna una dirección IP
• Permite compartir el espacio de dirección:
– Uso más eficiente del espacio de dirección
– Añade escalabilidad

• El número de direcciones es “menor” durante un tiempo

– No se asignan permanentemente

Eytan Modiano
Slide 12

Protocolo de resolución de direcciones

• Las direcciones IP sólo tienen sentido en el entorno IP
• Las redes de área local, como Ethernet, tienen su propio esquema
– Para hablar con un nodo de una LAN es necesario tener su dirección
física (las tarjetas de interfaz física no reconocen sus direcciones IP)

de direccionamiento:

direcciones LAN

• ARP proporciona un mapeo entre las direcciones IP y las
• RARP proporciona un mapeo de direcciones LAN a direcciones IP
• Para ello se envía un paquete “broadcast” (de amplia difusión) pidiendo

al propietario de la dirección IP que responda con su dirección física:

– Todos los nodos de la LAN reconocen el mensaje broadcast
– El propietario de la dirección IP responde con su dirección física

• En cada nodo se mantiene una caché ARP con los últimos mapeos

ARP

IP

Ethernet

RARP

Eytan Modiano
Slide 13

Enrutamiento en Internet


•
Internet está dividida en subredes, cada una de ellas bajo el control
de una sola autoridad, conocida como sistema autónomo (AS)
• Los algoritmos de enrutamiento se dividen en dos categorías:

– Protocolos interiores (operan dentro de un AS)
– Protocolos exteriores (operan entre sistemas autónomos)

• Los protocolos interiores utilizan algoritmos del camino más corto:

– Protocolos del vector distancia basados en el algoritmo de Bellman-Ford:

Los nodos se intercambian las tablas de enrutamiento entre ellos
Ej.: Protocolo de información de enrutamiento (RIP)

– Protocolos de estado de los enlaces basados en el algoritmo de Dijkstra:

Los nodos monitorizan el estado de sus enlaces (ej.: retardo)
Los nodos difunden ampliamente esta información por toda la red
Ej.: OSPF (Open Shortest Path First)

• Los protocolos exteriores enrutan los paquetes a través de los AS

– Problemas: no hay una única métrica de coste, política de enrutamiento, etc.
– Las rutas se suelen calcular por adelantado
– Protocolos de ejemplo: Protocolo de pasarela exterior (EGP) y Protocolo

de pasarela de borde (BGP)

Eytan Modiano
Slide 14

IPv6


• Se inició en 1991 con el IPng
• Motivos:

– Necesidad de incrementar el espacio de direcciones IP
– Soporte para aplicaciones en tiempo real: “QoS”
– Seguridad, movilidad y autoconfiguración

0
Ver Clase
longitud

Etiqueta de flujo
límite de salto

Prox. cabec

Dirección de origen

31

Dirección de destino

• Principales cambios:

– Aumento del espacio de direcciones (6 bytes)

1500 direcciones IP por cada pie cuadrado de la tierra
Partición de direcciones similar a la del CIDR

– Soporte para QoS por medio del campo Etiqueta

de flujo

– Cabecera simplificada

• La mayoría de los motivos para desarrollar el IPv6

se habían tenido en cuenta en el IPv4
– ¿Es realmente necesario el IPv6?
– La transición del V4 al V6 es compleja

Eytan Modiano
Slide 15

Protocolo de datagramas de usuario (UDP)


• Protocolo de la capa de transporte:

– Difusión de mensajes a través de la red

• Orientado a datagramas:

– No es fiable:

No posee un mecanismo de control de errores

– Sin conexión
– No es un protocolo de flujo (“stream” protocol)
• La lo