CAPA DE RED 3 ENRUTAMIENTO Y DIRECCIONAMIENTO

CAPA 3 ENRUTAMIENTO Y DIRECCIONAMIENTO• La capa de red define la forma de transportar el tráfico entre

los dispositivos que no están conectados localmente. Se utilizan 2 piezas de información para conseguirlo:1. Direcciones lógicas asociadas con los host origen y

destino.2. Rutas a través de la red para alcanzar los destinos

deseados.

La capa de red mueve los datos a través de la internetwork. El esquema de direccionamiento de la capa de red es

utilizado por los dispositivos para determinar el destino de los datos mientras se mueven por la red.

CAPA 3 ENRUTAMIENTO Y DIRECCIONAMIENTO

• Los esquemas lógicos de direccionamiento se usan para definir que redes forman la internetworking y donde estarán los dispositivos en el contexto de esas redes.

• El más común en redes enrutadas es el protocolo IP. • Las direcciones MAC utilizan un esquema de

direccionamiento plano que hace difícil localizar los dispositivos en otras redes.

• El direccionamiento jerárquico proporciona un medio eficiente para que la información fluya a través de la internetwork (IW).

CAPA 3 ENRUTAMIENTO Y DIRECCIONAMIENTO• La red telefónica usa direccionamiento jerárquico.• Los dispositivos de red necesitan un esquema de

direccionamiento que les permite enviar paquetes de datos a través de una IW (un grupo de redes compuesto de múltiples segmentos que utilizan el mismo tipo de direccionamiento).

• Algunos protocolos de capa de red tienen esquemas de direccionamiento diferentes que permiten que los dispositivos envíen datos a través de una IW, incluyendo IP e IPX.

• Un requisito para trabajar en la IW es tener una arquitectura de direcciones eficiente a la que estén adheridos todos los usuarios de esa IW.

• Las direcciones siempre son numéricas, pero se expresan en base 2 o 16

CAPA 3 ENRUTAMIENTO Y DIRECCIONAMIENTO

SEGMENTACIÓN Y SISTEMAS AUTÓNOMOS• Dos factores afectan la escalabilidad de una red:

el crecimiento de cada red y el crecimiento del # de redes.

• Cuando una LAN, MAN o WAN crece, puede que sea necesario, o conveniente dividirla en segmentos de red.

• A medida que las redes crecen, la cantidad de tráfico crece. Una solución es aumentar el ancho de banda, esto es análogo a incrementar el límite de velocidad o añadirle carriles a la autopista. Otra solución puede ser utilizar dispositivos que segmenten la red y controlen el flujo de tráfico, de la misma forma que los semáforos controlan el flujo de vehículos en una calle.

DISPOSITIVOS DE RED DE CAPA 3 Y DETERMINACIÓN DE LA RUTA

• Los routers son dispositivos de IW que funcionan en la Capa 3 del modelo OSI.

• Interconectan segmentos de red, o redes enteras.• Pasan paquetes de datos entre redes basándose en la

información de la CAPA 3.• Los routers toman decisiones lógicas teniendo en

cuenta la mejor ruta para el envío de los datos en una internetwork; estas decisiones se implementan direccionando los paquetes a los puertos de salida y a los segmentos asociados apropiados.

• Los routers toman los paquetes de los dispositivos de las LAN y, basándose en la información de la capa 3, los envían a través de la red.

FUNCION DE LOS ROUTERS• Proporcionan conectividad física entre redes en virtud de

sus conexiones físicas a redes LAN, como Token Ring o Ethernet o a redes WAN como Frame Relay o RDSI.

• Se puede utilizar para conectar sólo LAN, sólo WAN o combinados.

• La interfaz (puerto) del router es la conexión a una LAN o WAN. Ej. Una conexión a una LAN Token Ring se hace en una interfaz Token Ring.

• **conectamos la red token ring al dpto. financiero al backbone corporativo mediante la primera interfaz token ring del Bbone-1. Bbone-1, en este caso, es el nombre lógico de un router en una red corporativa. Normalmente, los routers tienen asignados nombres que proporcionan información sobre su posición y su función. ***

FUNCION DE LOS ROUTERS

INTERFAZ DE UN ROUTER• El router de enrutamiento IP, cada LAN o WAN a la que está

conectado debe tener una única dirección IP de red, o de subred, asignado.

• La interfaz del router debe tener una dirección IP de host válida para que la subred se conecte. En la mayoría de los casos sólo puede tener una conexión a cada subred individual

• Algunos tipos de enlaces en serie, un router debe “tomar prestada” una dirección desde otra interfaz. Este tipo de enlaces en serie en un router se llama IP no numerado, ya que no se utilizan direcciones IP de red adicionales.

• IP no numerado se refiere a la utilización de una dirección de red, o subred de una interfaz de LAN local como la dirección de la red o subred del router para un enlace en serie punto a punto.

• Punto a punto significa que sólo hay dos dispositivos en el enlace como es el caso con una conexión T1 entre dos routers o entre dos subinterfaces punto a punto en una red Frame Relay.

INTERFAZ DE UN ROUTER

DATAGRAMAS• Además de proporcionar conectividad física entre redes, los

routers también poseen la capacidad de mover información a través de múltiples rede enviando datagramas basándose en sus direcciones de capa de red.

• Los usuarios indican mediante su aplicación Telnet que se quieren conectar a un servidor.

• La aplicación Telnet pasa su petición a la siguiente capa que está por debajo en la pila de protocolo (TCP, en este caso) y espera una respuesta desde el sistema remoto.

• La capa TCP añade su propia información a lo recibido desde la aplicación Telnet y pasa este mensaje combinado a la capa IP (la capa de red) de la pila de protocolo. TCP espera la petición que recibe de Telnet en caso de que el primer intento de conectar con el host remoto falle.

DATAGRAMAS• Los datagramas no son fiables.

• Si el host de destino no recibe el datagrama, algún protocolo o aplicación de capa superior en el host que creó dicho datagrama debe intentarlo de nuevo o abandonar.

• TCP tendrá que hacer, al menos, un intento más y tendrá que pasar otra copia de su información a la capa IP, la cual tendrá que intentar entregar el datagrama de nuevo.

• Cuando los routers envían datagramas basándose en sus direcciones de Capa 3, se descarta toda la información de Capa 2 que llega con el paquete. El router crea la información necesaria de esta capa para el siguiente enlace antes de enviar el datagrama al siguiente router, lo que permite que éstos se conecten a redes con diferentes tramas y formatos de direccionamiento de Capa 2.

CONTENIDO DE TABLA DE ENRUTAMIENTO• Los routers siguen la pista de la información actualizada de

la ruta mediante una tabla enrutamiento:• Dirección de red. Una dirección de red es un protocolo

específico. Si un router soporta más de un protocolo, tiene una tabla de direcciones de red específica para cada uno.

• INT.- Este término se refiere a la interfaz utilizada para alcanzar una red dada. El router enumera la interfaz, o interfaces, a través de las que envía los paquetes destinado a una red específica.

• Métrica.- Este concepto se refiere a la distancia a la red objetivo. La forma en que se mide la distancia depende del protocolo que se usa.

• Las métricas comunes incluyen el número de dispositivos de IW debe cruzar un paquete (cuenta de saltos), el tiempo que tarde en llegar del origen al destino (retraso), o un valor asociado con la velocidad de un enlace.

TABLA DE ENRUTAMIENTO

DETERMINACIÓN DE RUTA• Permite que un router evalúe las rutas disponibles a un

destino para establecer la mejor forma de gestionar un paquete.

• Los servicios de enrutamiento utilizan la información de la topología de red para evaluar las rutas de red.

• La determinación de esa ruta es el proceso que desarrolla un router para seleccionar el siguiente salto hacia el destino último de un paquete. Este proceso se llama enrutamiento del paquete.

• Los routers también pueden tomar sus propias decisiones basándose en el tráfico y en la velocidad del enlace (ancho de banda).

DIRECCIONAMIENTO DE LA CAPA DE RED• El router utiliza la dirección de red para identificar la red de destino

de un paquete dentro de una IW.

• Además de la dirección de red, los protocolos de red utilizan alguna forma de dirección de host.

• Para algunos protocolos de capa de red, un administrador de red asignan direcciones de host de acuerdo a algún plan de direccionamiento de red predeterminado. Para otros es parcial, o completamente dinámica.

• El direccionamiento lógico tiene lugar en la capa de red. Sin esto no puede haber el enrutamiento.

• Los routers necesitan direcciones de red para asegurar la correcta entrega de los paquetes. Sin una estructura de direccionamiento jerárquica, los paquetes no podrían viajar a través de una IW.

DIRECCIONAMIENTO DE LA CAPA DE RED

• Una dirección MAC se puede comparar con su nombre, y la dirección de la capa de red sería su dirección de correo.

• Los dispositivos de red tienen una dirección MAC y una dirección de protocolo (capa de red).

• Al cambiar el host físicamente de red, mantiene la misma dirección MAC aunque debe asignársele una nueva dirección de capa de red.

LA RUTA DE COMUNICACIÓN• La función de la capa de red es encontrar la mejor ruta para

atravesar la red.• La red debe representar de forma coherente las rutas disponibles

entre dos routers.

• Estas direcciones deben llevar información que se pueda utilizar en un proceso de enrutamiento. Esto significa que una dirección debe tener información sobre la ruta de las conexiones de medios que el proceso de enrutamiento utiliza para pasar los paquetes desde un origen hacia un destino.

• Utilizando estas direcciones, la capa de red puede proporcionar una conexión de transmisión que interconecte redes independientes.

• La coherencia de las direcciones de la Capa 3 a través de la IW también mejoran el uso del ancho de banda, evitando difusiones innecesarias.

DIRECCIONES IP DENTRO DE LA CABECERA IP

• Las direcciones IP se clasifican en:

• Direcciones IP públicas. Son visibles en todo Internet. Un ordenador con una IP pública es accesible (visible) desde cualquier otro host conectado a Internet. Para conectarse a Internet es necesario tener una dirección IP pública.

• Direcciones IP privadas (reservadas). Son visibles únicamente por otros hosts de su propia red o de otras redes privadas interconectadas por routers. Se utilizan en las empresas para los puestos de trabajo. Los hosts con direcciones IP privadas pueden salir a Internet por medio de un router (o proxy) que tenga una IP pública.

DIRECCIONES IP DENTRO DE LA CABECERA IP

• Direcciones IP estáticas (fijas). Un host que se conecte a la red con dirección IP estática siempre lo hará con una misma IP. Las direcciones IP públicas estáticas son las que utilizan los servidores de Internet con objeto de que estén siempre localizables por los usuarios de Internet. Estas direcciones hay que contratarlas.

• Direcciones IP dinámicas. Un host que se conecte a la red mediante dirección IP dinámica, cada vez lo hará con una dirección IP distinta. Las direcciones IP públicas dinámicas son las que se utilizan en las conexiones a Internet mediante un módem. Los ISP utilizan direcciones IP dinámicas debido a que tienen más clientes que direcciones IP (es muy improbable que todos se conecten a la vez).

DIRECCIONES IP• Las direcciones de Internet se han dividido en las

clases primarias A, B y C.

• La clase D está formada por direcciones que identifican no a un host, sino a un grupo de ellos.

• Las direcciones de clase E no se pueden utilizar (están reservadas).

•

CLASES DE REDES

CLASES DE REDES

FORMAS DE TRANSMISIÓN

• El término DIFUSIÓN (broadcast) se refiere a todos los hosts de una red.

• MULTIDIFUSIÓN (multicast) se refiere a varios hosts (aquellos que se hayan suscrito dentro de un mismo grupo).

• Siguiendo esta misma terminología, en ocasiones se utiliza el término Unidifusión para referirse a un único host.

Direcciones IP especiales y reservadas• No todas las direcciones comprendidas entre la 0.0.0.0 y la

223.255.255.255 son válidas para un host: algunas de ellas tienen significados especiales.

• Su interpretación depende del host desde el que se utilicen.

Direcciones IP especiales y reservadas• Difusión o broadcasting es el envío de un mensaje a todos los

ordenadores que se encuentran en una red.

• La dirección de loopback (normalmente 127.0.0.1) se utiliza para comprobar que los protocolos TCP/IP están correctamente instalados en nuestro propio ordenador

Direcciones IP Privadas

• Las direcciones de redes siguientes se encuentran reservadas para su uso en redes privadas (intranets). Una dirección IP que pertenezca a una de estas redes se dice que es una dirección IP privada

Protocolo IP

Define la unidad básica de transferencia de datos entre el origen y destino, atravesando toda la red de redes.Encargado de elegir la ruta más adecuada por la que los datos serán enviados. Se trata de un sistema de entrega de paquetes (llamados datagramas IP) que tiene las siguientes características:Es no orientado a conexión ya que cada uno de los paquetes puede seguir rutas distintas entre origen y el destino.. Es no fiable porque los paquetes pueden perderse, dañarse o llegar retrasados.

Formato del datagrama IP • El datagrama IP es la unidad básica de transferencia de datos

entre el origen y el destino.• Viaja en el campo de datos de las tramas físicas de las

distintas redes que va atravesando. • Cada vez que un datagrama tiene que atravesar un router, el

datagrama saldrá de la trama física de la red que abandona y se acomodará en el campo de datos de una trama física de la siguiente red.

• Este mecanismo permite que un mismo datagrama IP pueda atravesar redes distintas: enlaces punto a punto, redes ATM, redes Ethernet, redes Token Ring, etc.

• El propio datagrama IP tiene un campo de datos: será aquí donde viajen los paquetes de las capas superiores.

Formato del datagrama IP

Campos del datagrama IP• VERS (4 bits). Indica la versión del protocolo IP que se utilizó para crear el

datagrama. Actualmente se utiliza la versión 4 (IPv4) aunque ya se están preparando las especificaciones de la siguiente versión, la 6 (IPv6).

• HLEN (4 bits). Longitud de la cabecera expresada en múltiplos de 32 bits. El valor mínimo es 5, correspondiente a 160 bits = 20 bytes.

• Tipo de servicio (Type Of Service). Los 8 bits de este campo se dividen a su vez en: – Prioridad (3 bits). Un valor de 0 indica baja prioridad y un valor de 7, prioridad

máxima. – Los siguientes tres bits indican cómo se prefiere que se transmita el mensaje,

es decir, son sugerencias a los routers que se encuentren a su paso los cuales pueden tenerlas en cuenta o no.

– Bit D (Delay). Solicita retardos cortos (enviar rápido). – Bit T (Throughput). Solicita un alto rendimiento (enviar mucho en el menor

tiempo posible). – Bit R (Reliability). Solicita que se minimice la probabilidad de que el datagrama

se pierda o resulte dañado (enviar bien). – Los siguientes dos bits no tienen uso.

***Puede ser tema de examen OJO

Campos del datagrama IP• Longitud total (16 bits). Indica la longitud total del datagrama expresada

en bytes. Como el campo tiene 16 bits, la máxima longitud posible de un datagrama será de 65535 bytes.

• Identificación (16 bits). Número de secuencia que junto a la dirección origen, dirección destino y el protocolo utilizado identifica de manera única un datagrama en toda la red. Si se trata de un datagrama fragmentado, llevará la misma identificación que el resto de fragmentos.

• Banderas o indicadores (3 bits). Sólo 2 bits de los 3 bits disponibles están actualmente utilizados. El bit de Más fragmentos (MF) indica que no es el último datagrama. Y el bit de No fragmentar (NF) prohíbe la fragmentación del datagrama.

• Desplazamiento de fragmentación (13 bits). Indica el lugar en el cual se insertará el fragmento actual dentro del datagrama completo, medido en unidades de 64 bits. Por esta razón los campos de datos de todos los fragmentos menos el último tienen una longitud múltiplo de 64 bits. Si el paquete no está fragmentado, este campo tiene el valor de cero.

Campos del datagrama IP• Tiempo de vida o TTL (8 bits). Número máximo de segundos que puede

estar un datagrama en la red de redes. Cada vez que el datagrama atraviesa un router se resta 1 a este número. Cuando llegue a cero, el datagrama se descarta y se devuelve un mensaje ICMP de tipo "tiempo excedido" para informar al origen de la incidencia.

• Protocolo (8 bits). Indica el protocolo utilizado en el campo de datos: 1 para ICMP, 2 para IGMP, 6 para TCP y 17 para UDP.

• CRC cabecera (16 bits). Contiene la suma de comprobación de errores sólo para la cabecera del datagrama. La verificación de errores de los datos corresponde a las capas superiores.

• Dirección origen (32 bits). Contiene la dirección IP del origen. • Dirección destino (32 bits). Contiene la dirección IP del destino. • Opciones IP. Este campo no es obligatorio y especifica las distintas

opciones solicitadas por el usuario que envía los datos (generalmente para pruebas de red y depuración).

• Relleno. Si las opciones IP (en caso de existir) no ocupan un múltiplo de 32 bits, se completa con bits adicionales hasta alcanzar el siguiente múltiplo de 32 bits (recuérdese que la longitud de la cabecera tiene que ser múltiplo de 32 bits).

SUBNETING

MASCARA DE SUBRED• Una máscara de subred es aquella dirección que enmascarando

nuestra dirección IP, nos indica si otra dirección IP pertenece a nuestra subred o no.

• La siguiente tabla muestra las máscaras de subred correspondientes a cada clase:

MASCARA DE SUBRED

MASCARA DE SUBRED• Supongamos una subred con máscara 255.255.0.0, en la

que tenemos un ordenador con dirección 148.120.33.110. Si expresamos esta dirección y la de la máscara de subred en binario, tenemos:

• 148.120.33.110 10010100.01111000.00100001.01101110 (dir. de una máquina)255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 (dir. de su máscara de red)148.120.0.0 10010100.01111000.00000000.00000000 (dir. de su subred) <------RED------> <------HOST----->

• El producto lógico binario (AND) de una IP y su máscara devuelve su dirección de red.

Cálculo de la dirección de difusión• Para calcular su dirección de difusión, hay que hacer la suma lógica

en binario (OR) de la IP con el inverso (NOT) de su máscara. • Las máscaras 255.0.0.0 (clase A), 255.255.0.0 (clase B) y

255.255.255.0 (clase C) suelen ser suficientes para la mayoría de las redes privadas.

• Sin embargo, las redes más pequeñas que podemos formar con estas máscaras son de 254 hosts y para el caso de direcciones públicas, su contratación tiene un coste muy alto. Por esta razón suele ser habitual dividir las redes públicas de clase C en subredes más pequeñas.

• La división de una red en subredes se conoce como subnetting.•

PASOS PARA CREAR SUBREDES• Paso 1: Piense solo en binarios ya que tendrá que convertir.

Paso 2: Encuentre la mascara adecuada para la cantidad de subredes que le solicitan, independientemente de la dirección IP lo que nos importa es la clase de red.

Razone, red clase C, el primer octeto, el segundo y el tercero corresponden a la dirección de red por lo tanto trabaje con el cuarto octeto correspondiente a los host. De izquierda a derecha tome la cantidad de bits necesarios de la mascara para la cantidad de subredes que le solicitan:

Crear 10 subredes a partir de una red clase CMascara de red 255.255.255.0 Rango de red Rango de host11111111.11111111.11111111.00000000 Cuarto octeto 00000000Tomo prestados cuatro bits: 11110000

Según la formula 2N debemos tomar 4 bits del rango de host, por lo tanto: Dos a la cuarta igual a 16

PASOS PARA CREAR SUBREDES• Paso 3. Coloque en uno los bits que resultaron de la operación anterior y

súmelos, recuerde el valor de cada bit dentro del octeto: 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 111110000 128+64+32+16=240La mascara de subred de clase C para obtener 10 subredes validas es: 255.255.255.240

• Número Valor del ValorSubred octeto decimal

0 00000000 01 00010000 162 00100000 323 00110000 484 01000000 645 01010000 806 01100000 96

7 01110000 1128 10000000 1289 10010000 14410 10100000 16011 10110000 17612 11000000 19213 11010000 20814 11100000 22415 11110000 240

• Se ha obtenido 16 subredes con la máscara dada.

PASOS PARA CREAR SUBREDES• Paso 4: Obtenga las direcciones IP de las Subredes

Dirección IP de la red cero: 192.168.1.0 255.255.255.0Dirección IP de la 1º subred: 192.168.1.16 255.255.255.240Dirección IP de la 2º subred: 192.168.1.32 255.255.255.240Dirección IP de la 3º subred: 192.168.1.48 255.255.255.240Dirección IP de la 4º subred: 192.168.1.64 255.255.255.240……………………………………………………………………………………………………Dirección IP de la 13º subred: 192.168.1.208 255.255.255.240Dirección IP de la 14º subred: 192.168.1.224 255.255.255.240

• Otra forma de identificar las mascaras es sumar los bits en uno y colocarlos detrás de la dirección IP separados por una barra:Dirección IP de la red cero: 192.168.1.0/28Dirección IP de la 1º subred: 192.168.1.16/28Dirección IP de la 2º subred: 192.168.1.32/28Dirección IP de la 3º subred: 192.168.1.48/28Dirección IP de la 4º subred: 192.168.1.64/28 ……………………………………………………………………………………………………………Dirección IP de la 13º subred: 192.168.1.208/28 Dirección IP de la 14º subred: 192.168.1.224/28

PASOS PARA CREAR SUBREDES• Paso 5- Identifique el rango de Host que integran las

subredes.Hasta ahora hemos trabajado con los bits del rango de red, es decir de izquierda a derecha en el octeto correspondiente, ahora lo haremos con los bits restantes del rango de host, es decir de derecha a izquierda.

Tomemos como ejemplo la subred 196.168.1.16/28 y apliquemos la formula 2N-2, nos han quedado 4 bits libres por lo tanto: 24-2=16-2=14 Estas subredes tendrán 14 host validos utilizables cada una.

• En el caso de los host, se descartan la primera y ultima dirección puesto que son la dirección de red y la de broadcast respectivamente.

PASOS PARA CREAR SUBREDES

PASOS PARA CREAR SUBREDES

• El Rango de Host valido para la subred 192.168.1.16/28 será:192.168.1.17 al 30

Posibles divisiones de una red Clase C

EJERCICIOS DESARROLLADOS

• Suponga que el host tiene la dirección IP 192.168.5.65 con máscara 255.255.255.0, indicar qué significan las siguientes direcciones especiales:

• 0.0.0.0: el host• 0.0.0.29: 192.168.5.29 • 192.168.67.0: la red 192.168.67.0 • 255.255.255.255: broadcasting a la red 192.168.5.0 (la nuestra) • 192.130.10.255: broadcasting a la red 192.130.10.0 • 127.0.0.1: 192.168.5.65 (loopback a el host)

EJERCICIOS DESARROLLADOS

• Calcular la dirección de red y dirección de broadcasting (difusión) de las máquinas con las siguientes direcciones IP y máscaras de subred (si no se especifica, se utiliza la máscara por defecto):

• 194.209.14.33: máscara 255.255.255.0, red 194.209.14.0, broadcasting 194.209.14.255

• 190.33.109.133 / 255.255.255.0: red 190.33.109.0, broadcasting 190.33.109.255

• 192.168.20.25 / 255.255.255.240: red 192.168.20.16, broadcasting 192.168.20.31

(25=00011001, 240=11110000, 16=00010000, 31=00011111)