El protocolo IP Direccionamiento, protocolos de transporte, puertos y Encapsulacion

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El protocolo IPDireccionamiento, protocolos de
transporte, puertos y Encapsulacion

• Seminario de Redes
• Universidad Naciona de Jujuy - 04/2009

Luis Tomas Wayar - lwayar_at_retronet.com.ar
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Un poco de historia

• La familia de protocolos TCP/IP permite a
  sistemas operativos diferentes, comunicarse entre
  ellos.
• Un poco de historia
• Desarrollado desde finales de los 60.
• Inicialmente con un proyecto financiado por el
  gobierno de EE.UU. para investigar redes de
  conmutación de paquetes ARPANET
• Inicialmente conectó UCLA, UC Santa Barbara,
  Instituto de Investigaciones de Stanford y la
  Universidad de Utah.
• En 1971 había dos docenas de nodos.
• En 1974 se consolidan 62 nodos.
• En 1981, se superaron los 200 nodos.
• Hasta mediados los ochenta no se alcanzó una masa
  crítica de importancia.
• En 1994 se había incorporado hasta 45.000 redes
  pequeñas.
• La Web
• En 1989 surge el World Wide Web, desarrollada en
  el CERN.
• En 1991 aparece el primer servidor y el
  navegador.
• En 1993 aparece el primer navegador gráfico.

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Capas de la pila IP

• Física transporta los bits por el medio físico
  (RJ45, coaxial, aire)?
• Enlace también llamado capa de enlace de datos o
  interfaz de red (driver, placa de red)?
• Red gestiona el movimiento de paquetes por la
  red (enrutamiento, direccionamiento).
• Transporte gestiona para el nivel de aplicación
  el flujo de datos entre dos maquinas.
• Aplicación gestiona los detalles de cada
  aplicación. (Telnet, FTP, SMTP, HTTP, etc.

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Hardware en capa fisica y de enlace

• Hay otros dispositivos de interconexión de LANs
  repetidores (hubs), puentes(bridge) y
  conmutadores (switch).
• Sólo implementan los niveles físico y de enlace.
• Se basan en las direcciones del nivel de enlace
  (direcciones MAC)?
• Repetidor (hub) repite cada trama recibida por
  sus puertos de entrada por el resto de puertos de
  salida.
• La red se comporta con si fuese un único segmento
  LAN (todos oyen todo).

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Hardware de capa fisica y enlace

• Puente (bridge) permite conectar distintos segmen
  tos LAN. Una trama de entrada sólo es reenviada al
   segmento destino (si es necesario).
• Puede realizar conversiones entre distintos protoc
  olos de enlace.
• Realiza comprobación de errores.

• Conmutador (switch) permite conectar distintos eq
  uipos para formar una LAN.
• Una trama de entrada es enviada (conmutada) sólo a
  l equipo destino (usando la dirección MAC).
• Permite obtener una mayor velocidad efectiva.

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El datagrama IP

• Agrupación lógica de información que se envía
  como una unidad de capa de red a través de un
  medio de transmisión.
• Los datagramas IP son las unidades principales de
  información de Internet.
• Un datagrama tiene una cabecera de IP que
  contiene información de direcciones de la capa 3.
  
• Los encaminadores examinan la dirección de
  destino de la cabecera de IP, para dirigir los
  datagramas al destino.

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Direccionamiento IP (conceptos básicos)?

• Una dirección IP es un número formado por 4 bytes
  que identifica de manera lógica y jerárquica a
  una interfaz de un dispositivo (habitualmente una
  computadora) dentro de una red que utilice el
  protocolo IP
• La dirección 0.0.0.0 es utilizada por las
  máquinas cuando están arrancando o no se les ha
  asignado dirección.
• La dirección que tiene su parte de host a cero
  sirve para definir la red en la que se ubica. Se
  denomina dirección de red.
• La dirección que tiene su parte de host a unos
  sirve para comunicar con todos los hosts de la
  red en la que se ubica. Se denomina dirección de
  broadcast.
• Las direcciones 127.x.x.x se reservan para
  retroalimentación. Se denomina dirección de bucle
  local o loopback.
• Hay tres tipos de direcciones IP
• unicast destinadas para una única máquina.
• broadcast destinadas para todas las máquinas en u
  na red determinada.
• multicast destinadas a un conjunto de máquinas qu
  e pertenecen a un grupo multicast.

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El loopback y localhost

• Se reserva la dirección IP tipo A 127.X.X.X para l
  a interfaz de loopback. Normalmente será la direcc
  ión 127.0.0.1 y el nombre asociado es localhost.
• Pretende ser una interfaz a la que se envían los p
  aquetes dirigidos a la misma máquina. Un datagrama
   cuyo destino sea la propia máquina (localhost) no
   debe llegar físicamente a la red.
• Utilización de la interfaz de loopback
• Todo paquete dirigido a la dirección de loopback a
  parece directamente como una entrada en la capa de
   red.
• Los datagramas de broadcast y multicast se copian 
  a la interfaz de loopback y se envían a la red.
• Todo datagrama enviado a una dirección IP de la má
  quina se envía a la interfaz de loopback.

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Direccionamiento IP (clases)?

• Originalmente solo se dividian las redes por
  clases definidas en su RFC

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Mascara de red

• La máscara de red es una combinación de bits que
  sirve para delimitar el ámbito de una red de
  computadoras.
• Su función es indicar a los dispositivos qué
  parte de la dirección IP es el número de la red
  (NID), incluyendo la subred, y qué parte
  corresponde al host (HID).
• Mediante la máscara de red una computadora podrá
  saber si debe enviar los datos dentro o fuera de
  la red (gateway)?
• La dirección mas baja corresponde a la red
• La dirección mas alta corresponde al broadcast
• Las clases y sus mascaras
• 8bit x 4 bytes 32 bit. (11111111.11111111.111111
  11.11111111 255.255.255.255)
• 8bit x 3 bytes 24 bit. (11111111.11111111.111111
  11.00000000 255.255.255.0)?
• 8bit x 2 bytes 16 bit. (11111111.11111111.000000
  00.00000000 255.255.0.0)?
• 8bit x 1 bytes 8 bit. (11111111.00000000.0000000
  0.00000000 255.0.0.0)?
• Redes privadas (RFC 1918)?
• Clase A 10.0.0.0 a 10.255.255.255 (8 bits red,
  24 bits hosts)?
• Clase B 172.16.0.0 a 172.31.255.255 (12 bits
  red, 20 bits hosts)?
• Clase C 192.168.0.0 a 192.168.255.255 (16 bits
  red, 16 bits hosts)?

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Calculo de mascaras (CIDR)?

• Classless Inter-Domain Routing (CIDR
  Encaminamiento Inter-Dominios sin Clases)?
• Un uso más eficiente de las cada vez más escasas
  direcciones Ipv4.
• Un mayor uso de la jerarquía de direcciones
  ('agregación de prefijos de red')?
• Se cuentan unos de izquierda a derecha

• Trabaja con potencias de 2
• 27 128 10000000
• 26 64 01000000
• 25 32 00100000
• 24 16 00010000
• 2³ 8 00001000
• 2² 4 00000100
• 2¹ 2 00000010
• 2 1 00000001

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Segmentacion de redes

• Nos debemos preguntar
• Cuántas subredes queremos
• Cuántos nodos tendrá cada subred
• A tener en cuenta
• Cada bit más de máscara es el doble de subredes y
  la mitad de nodos (o viceversa)?
• Cada subred se puede sub-dividir a su vez
• Ejercicio
• Nos asignan 192.168.1.0/24
• Tenemos
• Red A con 121 nodos
• Red B con 50 nodos
• Red C con 25 nodos
• Red D con 25 nodos

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Entendiendo los calculos

• 255.255.255.224
• A qué prefijo corresponde?
• 224 27 (128) 26 (64) 25 (32) 11100000
• 256 - 224 32 (cantidad de IPs disponibles)?
• 32 - 2 cantidad de nodos (resta red y
  broadcast)?
• 32 25
• Si tengo 5 bits de nodo, quedan 3 de red en el
  ultimo byte
• 11111111 11111111 11111111 11100000
• 27 3 x 8 3
• El prefijo CIDR es /27

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Ventajas de la segmentacion

• Escalabilidad, eficiencia
• Reducir los dominios de broadcast
• Menos uso de CPU
• Más espacio para tráfico legítimo
• Facilitar la gestión
• Ingeniería de tráfico
• Implementación de políticas
• Seguridad
• Filtros de paquetes
• Aislamiento interredes
• Proligidad
• Facil deteccion de fallas
• Facil diagnostico

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Protocolo UDP

• User Datagram Protocol (UDP) es un protocolo del
  nivel de transporte basado en el intercambio de
  datagramas.
• Permite el envío de datagramas a través de la red
  sin que se haya establecido previamente una
  conexión
• No tiene confirmación ni control de flujo
• No hay confirmación de entrega o recepción
• Proporciona una sencilla interfaz entre la capa
  de red y la capa de aplicación
• Añade multiplexado de aplicación y suma de
  verificación de la cabecera y la carga útil

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Protocolo TCP

• Protocolo de Control de Transmisión, garantiza
  que los datos serán entregados en su destino sin
  errores y en el mismo orden en que se
  transmitieron
• Orientado a conexión dos computadoras establecen
  una conexión para intercambiar datos. Los
  sistemas de los extremos se sincronizan con el
  otro para manejar el flujo de paquetes y
  adaptarse a la congestión de la red.
• Operación Full-Duplex una conexión TCP es un par
  de circuitos virtuales, cada uno en una
  dirección. Sólo los dos sistemas finales
  sincronizados pueden usar la conexión.
• Error Checking una técnica de checksum es usada
  para verificar que los paquetes no estén
  corrompidos.
• Acknowledgements sobre recibo de uno o más
  paquetes, el receptor regresa un acknoledgement
  (reconocimiento) al transmisor indicando que
  recibió los paquetes. Si los paquetes no son
  notificados, el transmisor puede reenviar los
  paquetes o terminar la conexión si el transmisor
  cree que el receptor no está más en la conexión.
• Flow Control si el transmisor está desbordando
  el buffer del receptor por transmitir demasiado
  rápido, el receptor descarta paquetes. Los
  acknowledgement fallidos alertan al receptor para
  bajar la tasa de transferencia o dejar de
  transmitir.
• Servicio de recuperación de Paquetes el receptor
  puede pedir la retransmisión de un paquete. Si el
  paquete no es notificado como recibido (ACK), el
  transmisor envía de nuevo el paquete.

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Protocolo ICMP

• Protocolo de Mensajes de Control de Internet es
  el subprotocolo de control y notificación de
  errores de IP
• Los mensajes ICMP son comúnmente generados en
  respuesta a errores en los datagramas de IP o
  para diagnóstico y ruteo.
• Cada mensaje ICMP es encapsulado directamente en
  un solo datagrama IP, y por tanto no garantiza la
  entrega del ICMP.
• Tiene un numero limitado de mensajes y respuestas

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Puertos

• TCP y UDP identifican aplicaciones usando números
  de puertos de 16 bits.
• Los servidores se conocen normalmente por un númer
  o de puerto fijo y conocido (puertos 1  1023)?
• Los clientes no se preocupan del puerto que se les
   asigna.
• Son siempre asignaciones efímeras sólo se mantien
  en mientras el cliente demanda el servicio.
• Números utilizados 1024  5000
• En sistemas UNIX existe el concepto de puertos res
  ervados. No deben entrar en conflicto con los fijo
  s. Se reservan entre 1  1023.

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Encapsulación IP

• Cada capa de la pila añade a los datos a enviar a
  la capa inferior, información de control para que
  el envío sea correcto.
• Esta información de control se denomina cabecera,
  pues se coloca precediendo a los datos.
• A la adición de esta información en cada capa se
  le denomina encapsulación.
• Cuando los datos se reciben tiene lugar el
  proceso inverso, es decir, según los datos
  ascienden por la pila, se van eliminando las
  cabeceras correspondientes.

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La página WEB es el soporte interactivo ideal
para ofrecer un servicio, facilitar información,
hacer negocio, etc de un modo más completo y
directo que cualquier otro. Todavía hay mucha
gente que ofrece contenidos por el mero placer de
saber que la información puede resultar útil a
otras personas. En no mucho tiempo contaremos
con unas líneas inteligentes y que estarán
totalmente integradas con la Red. En el futuro
no se usará MODEM para acceder a Internet. En el
año 2005 los chips serán tan baratos que los
encontraremos en todas partes la nevera, la
lavadora y cualquier otro electrodoméstico. Vinto
n Cerf Padre de Internet. (Fundador de Internet
Society).
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Bibliografia

• http//www.rfc-es.org/rfc/rfc1180-es.txt - Un
  Tutoríal de TCP/IP
• http//www.rfc-es.org/rfc/rfc0774-es.txt -
  Protocolo de internet
• http//www.rfc-es.org/rfc/rfc0791-es.txt - Guía
  del Protocolo de Internet
• http//www.rfc-es.org/rfc/rfc0793-es.txt -
  Protocolo de Control de Transmisión
• http//www.rfc-es.org/rfc/rfc0768-es.txt -
  Protocolo de Datagramas de usuario

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Fin

• Muchas Gracias
• Luis Tomas Wayar
• Profesor Adjunto UNJU

www.retronet.com.ar/unju/