Tema 3: Capa de Red

¿Por donde deboir a w.x.y.z?

Routers

El nivel de Red

● La capa mas importante, la unica que "ve" los caminos

● Se construye con enlaces que conectan:● Nodos terminales: Hosts● Nodos de transito: Routers o Conmutadores

● Los routers y las lineas que los unen constituyen la subred

Puente (nivel 2) vs router (nivel 3)

Física

MAC

Red

Física

MAC

Red

FísicaFísica

MAC

FísicaFísica

MAC MAC

Transp.

Red

El puente actúa a nivel 2 (enlace).No cambia las

direcciones MAC ni las IP de los paquetes

El router actúa a nivel 3 (red).

Cambia las MAC pero no las IP de

los paquetes

A B C D

A B C D

AD AD

AB CD

X Y

XYA, B, C, D son

direcciones MAC. X, Y, Z y W son direcciones IP

X Y

XYXY

Z W

Física

MAC

Red

Física

MAC

Red

Transp.

Servicios del nivel de red

● Direccionamiento

Mecanismo para identificar los dispositivos de forma lógica dentro de la red

● Encapsulacion/Desencapsulación

Los elementos del nivel 3 no deben preocuparse por los protocolos de capa superiores, solo añadiran su cabecera a la PDU que llega del nivel superior

● Enrutamiento● La capa debe proporcionar mecanismos para dirigir

el paquete a su destino a traves de la subred

Funciones de la capa de red

● Elegir la ruta óptima● En servicio CONS: Al establecer el VC (Virtual

circuit)● En servicio CLNS: para cada datagrama de forma

independiente

● Controlar y evitar la congestión

1.11.3 1.2

2.12.3 2.2

1.1

1.31.2

2.1

2.32.2

B.1B.3 B.2

C.1C.3 C.2

B.1

B.3B.2

C.3

C.2C.1

Red CONS

Red CLNS

VC 2

A

A

B

B

C

C

Cada paquete lleva elnúmero del circuito virtual

al que pertenece

Cada datagrama lleva ladirección de destino

El orden se respeta siempre

El orden no siemprese respeta

Todos los paquete quevan por un mismo VC

usan la misma ruta

La ruta se elige deforma independientepara cada datagrama

Servicio CONS vs CLNS

Ruta Optima I

Para elegir la ruta óptima en un viaje por carretera:● La que minimice la distancia● La que minimice el tiempo● La que minimice el consumo de gasolina● La que minimice los peajes● La que minimice el cansancio (preferible autopistas, pocas

curvas, pocos cambios de carretera, etc.)● La que tenga mayor interés turístico o paisajístico● Una determinada combinación de todos los anteriores con

diversos pesos según los gustos del usuario

Ruta Óptima II

Para elegir ruta optima en telemática, los criterios que se aplican suelen ser:

● Minimizar el número de routers o ‘saltos’

● Maximizar el caudal (ancho de banda) de los enlaces

● Minimizar el nivel de ocupación o saturación de los enlaces

● Minimizar el retardo de los enlaces

● Maximizar la fiabilidad de los enlaces (minimizar la tasa de errores)

● Una determinada combinación de todos los anteriores con diversos pesos según los gustos del usuario

Algoritmos de routing

Los algoritmos de routing pueden ser:Estáticos: las decisiones se toman en base a información recopilada con anterioridad (horas, días o meses). Normalmente el cálculo de la ruta es costoso y se realiza de forma centralizada. Por eso una vez fijada la ruta raramente se cambia.

Dinámicos: deciden la ruta óptima en base a información obtenida en tiempo real. Requieren un protocolo de routing para recoger la información. La ruta óptima puede cambiar a menudo.

En redes malladas se suele utilizar routing dinámico.

ACTIVIDAD

● Busca los siguientes protocolos de routing, y realiza una breve descripción de ellos:● RIP● OSPF

Protocolo IPv4

Los servicios de capa de red implementados por la suite de protocolos TCP/IP son el Protocolo de Internet (IP)

Actualmente dos versiones:● IPv4 el mas ampliamente utilizado● IPv6 se implementa en algunas areas, opera junto

a IPv4 y puede remplazarlo en un futuro

Enero 2009

Abril, 2011

Enero 2014

Enero, 2015

Protocolo IPv4

● Fue diseñado como un protocolo de bajo costo● Provee funciones necesarios para enviar un

paquete desde origen a destino pasando por varias redes

● Caracteristicas básicas● Sin conexión: no establece un VC● No confiable: no se utilizan encabezados para

garantizar la entrega● Independiente del medio

Servicio sin conexión

● IP trabaja sin conexión, no necesita campos adicionales para iniciar y mantener una conexión

● Este proceso reduce en gran medida la sobrecarga de IP

● Pero obliga a que las capas superiores resuelvan este problema (Ej:TCP)

No confiable

El protocolo IP no sobrecarga el servicio IP proporcionando confiabilidad

Transportar estos encabezados más pequeños genera una menor sobrecarga. Menor sobrecarga significa menos demora en la entrega

MTU

La capa de red tampoco está cargada con las características de los medios mediante los cuales se transportarán los paquetes

Es responsabilidad de la capa de enlace de datos de OSI tomar un paquete IP y prepararlo para transmitirlo por el medio de comunicación

Existe, no obstante, una característica principal de los medios que la capa de red considera: el tamaño máximo de la PDU que cada medio puede transportar.

A esta característica se la denomina Unidad máxima de transmisión (MTU). Parte de la comunicación de control entre la capa de Enlace de datos y la capa de red es establecer un tamaño máximo para el paquete.

La capa de Enlace de datos pasa la MTU hacia arriba hasta la capa de red. La capa de red entonces determina de qué tamaño crear sus paquetes.

Encapsulación/Desencapsulación

IPv4 encapsula o empaqueta el datagrama o segmento de la capa de transporte para que la red pueda entregarlo a su host de destino.

El proceso de encapsulación de datos por capas permite que los servicios en las diferentes capas se desarrollen y escalen sin afectar otras capas

En todos los casos, la porción de datos del paquete, es decir, la PDU de la capa de transporte encapsulada, se mantiene inalterable durante los procesos de la capa de red.

ACTIVIDAD MTU

● Realiza una captura con el wireshark de los siguientes comandos y explica que pasa● Ping COMPAÑERO -f -l 1472● Ping COMPAÑERO -f -l 1473● Ping COMPAÑERO -l 1472 ● Ping COMPAÑERO -l 1473

● Realiza lo mismo desde ubuntu

IPv4 ● Versión 4=0100 (4 bits)

● DS=8bits (prioridad)● DSCP=6bits(QoS)● ECN=2bits(Congestión)

● TTL=8bits (disminuye con cada salto)● Con 0 se genera ICMP

tiempo superado● Protocolo=8bits

● 01 ICMP, 06 TCP,17UDP

● IP origen/destino● 32bits+32bits

ACTIVIDAD

● Captura con wireshark paquetes IP de los tipos y señala el campo versión, DS, TTL, Protocolo (y su valor para ICMP,TCP,UDP) IP Origen, IP Destino

IPv4

Los campos restantes se utilizan para identificar y validar el paquete, o para volver a ordenar un paquete fragmentado.

● Tamaño de la cabecera (IHL): 4bits Minimo 5 palabras Máximo 15 palabras

● Longitud total: 16 bits definen el tamaño del paquete (encabezado+datos)

● Checksum: 16bits para la verificación del encabezado

● Identificación: 16bits que identifica el fragmento de un paquete IP original

● Indicadores: 3bits para indicar como se framenta el paquete

● Desplazamiento:13 Identifica el orden que se debe colocar el framento

Actividad

Mediante el wireshark identifica los campos implicados en la fragmentación de un paquete IP.

Recuerda los comandos ● ping COMPAÑERO -l 1472● ping COMPAÑERO -l 1473

te generaban un paquete fragmentado y uno no fragmentado, emplea dichas capturas para compararlos

Dirección IPv4

● Una dirección IP (32bits) consta de:● Porción de red (Parte izquierda)● Porción de host (Parte derecha)

● 2 Representaciones● Binario

10101100000100000000010000010100

● Decimal172.16.4.20

Porción de red

● En la capa 3, IPv4 define a la red como un grupo de hosts con patrones de bits identicos en la porción de dirección de red.

● La mascara de subred identifica la porción de redLos unos representan la

porción de red, los ceros

la porcion de host.

MASCARA DE SUBRED

● Prefijo de red

La duración del prefijo es otra forma de expresar la mascara de subred. Esta es la cantidad de bits establecidos a 1, y se escribe en "notación con barras"

● 255.255.255.0 -> /24

Actividad

● Calcula las siguientes mascaras:● /12● /22● /20● /6

Tipos Direcciones

● IP Públicas● Identifican a un host de forma única dentro de

Internet

● IP Privadas● Son direcciones reservadas que no requieren

acceso a Internet, y pueden repetirse en el ambito de redes distintas– 10.0.0.0/8– 172.16.0.0/12– 192.168.0.0/16– 169.254.0.0/16 (NO ENRUTABLE)

IP reservadas

● Loopback● 127.0.0.0

● Dirección de red● Se reserva la primera dirección de host para

identificar a la red

● Broadcast● Se reserva la última direccion de host para

identificar a todos los hosts de la red

● Ruta predeterminada (gateway)● Se reserva las direcciones 0.0.0.0/8 como ruta

comodin

Direccionamiento con clases (classfull)

● Historicamente, el RFC1700 agrupaba las direcciones unicast en rangos llamados:● Clase A: 0.0.0.0/8 a 127.0.0.0/8● Clase B: 128.0.0.0/16 a 191.255.0.0/16● Clase C: 192.0.0.0/24 a 223.255.255.0/24

Limitaciones: no todos los requisitos de las organizaciones se ajustaban a estas clases

Direccionamiento sin clase

El sistema que se utiliza en la actualidad se denomina “direccionamiento sin clase”. El nombre formal es “enrutamiento entre dominios sin clase” (CIDR).

La asignación con clase de direcciones IPv4 era muy ineficaz, y permitía solo las duraciones de prefijo /8, /16 o /24, cada una de un espacio de dirección distinto

CIDR en vez de asignar bloques de direcciones en los límites de los octetos, que implicaban prefijos «naturales» de 8, 16 y 24 bits, CIDR usa la técnica VLSM (variable lenght subnet mask, en español «máscara de subred de longitud variable»), para hacer posible la asignación de prefijos de longitud arbitraria.

Una dirección CIDR se escribe con un sufijo que indica el número de bits de longitud de prefijo, p.ej. 192.168.0.0/16 que indica que la máscara de red tiene 16 bits (es decir, los primeros 16 bits de la máscara son 1 y el resto 0). Esto permite un uso más eficiente del cada vez más escaso espacio de direcciones IPv4

Actividad

● Calcula que mascaras son necesarias, para una red con● 260 hosts● 1200 hosts● 8212 hosts

Actividad

● Pon mascaras y direcciones privadas adecuadas para las siguientes redes● Clase A: 252 hosts● Clase B: 65023 hosts● Clase C: 8212 hosts● Clase A: 55023 host● Clase B: 512 hosts● Clase E: 1024 hosts● Clase A: 65 hosts● Clase C: 30 hosts

Direcciones IP v4Uso Especial

● Dirección de red (Bits de host todos a 0)● Dirección de broadcast (Bits de host todos a 1) ● Loopback 127.0.0.1 – 127.255.255.255● Gateway 0.0.0.0

IPv6

● Sucesor de IPv4● 128 bits frente a 32 bits● 3/02/2011 IANA (Internet Assigned Numbers

Authorit) agoto las Ipv4 (NO NUMBERS)● Se esta acelerando la migración con 3 tecnicas:

● Dual-Stack: IPv4 y Ipv6 coexiten● Tunneling: IPv6 se encapsula dentro de Ipv4● Traducción: similar al NAT se traducen direcciones

IPv6 <-> IPv4

Mejoras IPv6

● Mayor espacio de direcciones (128bits)● Mejora del manejo de los paquetes

(Encabezado mas simple)● Eliminacion necesidad NAT (todos pueden

tener IP pública)● Seguridad integrada: IPv6 admite

autentificacion y privacidad de forma nativa. (Con IPv4 se situan en Nivel 6 OSI)

Paquete IPv6

● Cabecera IPv4 Contiene 5 palabras (20bytes)

● Cabecera IPv6 Contiene palabras 10 (40bytes)

Encabezado IPv6 simplificado

● Mayor eficacia de enrutamiento para un buen rendimiento y una buena escalabilidad de velocidad de reenvío

● Sin requisito de procesamiento de checksums

● Mecanismos de encabezado de extensión simplificados y más eficaces (en comparación con el campo Opciones de Ipv4).

● Un campo Identificador de flujo para procesamiento por flujo, sin necesidad de abrir el paquete interno de transporte para identificar los distintos flujos de tráfico.

Comparativa Encabezados

Campos IPv6

● Versión: (4 bits) Para Ipv6 -> 0110.

● Clase de tráfico: (8 bits) equivale al campo DS IPv4

● Identificador de flujo: (20bits) Aplicaciones tiempo real

● Longitud de contenido: (16bits) IHL

● Siguiente encabezad: (8bits) tipo de datos

● Limite de saltos (8 bits) TTL

● Dir Origen (128bits) Dir Destino (128bits)

● Encabezado de extensión (EH) (optativo y sirven para fragementación, seguridad, etc)

Formato dirección IPv6

● En IPv4 utilizamos decimales, en Ipv6 hexadecimales

● Compresion de los bytes● Cada byte representa un octeto de bits, y por tanto

un valor hexadecima (0...F)● Se agrupan de 4 en 4 y se separan mediante :

FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF

23 digitos hexadecimales

Formato dirección IPv6

Reglas de reducción de notacion IPv6

La primera regla que permite reducir la notación de direcciones IPv6 es que se puede omitir cualquier 0 (cero) inicial en cualquier sección de 16 bits o hexteto.

Por ejemplo:01AB puede representarse como 1AB.09F0 puede representarse como 9F0.0A00 puede representarse como A00.00AB puede representarse como AB.

Esta regla solo es válida para los ceros iniciales, y NO para los ceros finales; de lo contrario, la dirección sería ambigua. Por ejemplo, el hexteto “ABC” podría ser tanto “0ABC” como “ABC0”.

Reglas de reducción de notacion IPv6

La segunda regla que permite reducir la notación de direcciones IPv6 es que los dos puntos dobles (::) pueden reemplazar cualquier cadena única y contigua de uno o más segmentos de 16 bits (hextetos) compuestos solo por ceros.Los dos puntos dobles (::) se pueden utilizar solamente una vez dentro de una dirección; de lo contrario, habría más de una dirección resultante posible. Cuando se utiliza junto con la técnica de omisión de ceros iniciales, la notación de direcciones IPv6 generalmente se puede reducir de manera considerable. Esto se suele conocer como “formato comprimido”.

Formato Preferidovs

Formato Comprimido

Actividad

● ::● ::1● 2001:410::1234:FB00:1400:5000:45FF● 3FFE:B00:C18:1::1234:AB34:2● FE80::9

Tipos IPv6

● Unicast: Identifican un único interfaz● Multicast: Identifican varios destinos● Anycast: Asignar a varios dispositivos, y se

enrutan al mas cercano de ellos● BRODCAST : No tenemos empleamos una

multicast de todos los nodos

Tipos Unicast Ipv6 (I)

● Link-Local: se utilizan para comunicarse con dispositivos en el mismo enlace local (subred). No se enrutan. PREFIJO FE80

● Sitio-Local: se enrutan para lo mismo que Link-Local pero estas si son enrutables dentro de la subred

PREFIJO FEC0

Tipos Unicast Ipv6 (II)

● Agregable Global: Son las direcciones IPv6 utilizadas para el trafico IPv6 genérico

● Prefijo: Proporciona Proveedor (min 48bits)● Sitio: Se pueden emplear los bits restantes del (49

a 64) pra definir la subred (16 bits)● Computador: se asignan los bits restantes a la

interface

Tipos Unicast Ipv6 (III)

● Loopback: es la direccion todos los bits a 0 menos el último bit que se encuentra a 1, se representa como ::1/128 o ::1

● Unspecified: sin especificar ::/128 o ::. Se utiliza para indicar direccion de origen cuando no se tiene IP o esta es irelevante

● Compatible IPv4: utilizada para la transición, los 96 primeros bits a 0, y los otros se emplean con la IPv4

Estructura IPv6 Unicast Global

Actualmente, solo se asignan direcciones unicast globales con los tres primeros bits de 001 o 2000::/3.

La dirección 2001:0DB8::/32 se reservó para fines de documentación, incluido el uso en ejemplos.

Una dirección unicast global consta de tres partes:

Estructura IPv6 Unicast Global

El prefijo de enrutamiento global es la porción de prefijo, o de red, de la dirección que asigna el proveedor, por ejemplo un ISP

En la actualidad, se estan asignando con prefijo de enrutamiento global /48 tanto para empresas como dómesticos

Por ejemplo, la dirección IPv6 2001:0DB8:ACAD::/48 tiene un prefijo que indica que los primeros 48 bits (3 hextetos) (2001:0DB8:ACAD) son la porción de prefijo o de red de la dirección. Los dos puntos dobles (::) antes de la duración de prefijo /48 significan que el resto de la dirección se compone solo de ceros.

Estructura IPv6 Unicast Global

● ID de subred

Las organizaciones utilizan la ID de subred para identificar una subred dentro de su ubicación.● ID de interfaz

La ID de interfaz IPv6 equivale a la porción de host de una dirección IPv4.A diferencia de IPv4, en IPv6 se pueden asignar las direcciones de host compuestas solo por ceros y unos a un dispositivo. Se puede usar la dirección compuesta solo por unos debido al hecho de que en IPv6 no se usan las direcciones de broadcast. También se puede utilizar la dirección compuesta solo por ceros, pero se reserva como una dirección anycast de subred y router, y se debe asignar solo a routers

IPv6 y Subredes

En IPv6 la única forma aceptable de representar una máscara de red es mediante notación CIDR

Actividad IPv6

● Pon una direccion Ipv6 de Enlace-Local, decidid en clase cual utilizar

● Realiza un ping a tu compañero de la derecha y de la izquierda

● Captura con wireshark