La capa de red. Protocolos asociados1 Tema 3 La capa de red. Protocolos asociados Algunas de las...

La capa de red. Protocolos asociados 1

Tema 3La capa de red. Protocolos asociados

Algunas de las transparencias tienen copyright:

Redes de computadoras: Un enfoque descendente

Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, April 2009.

Departamento deTecnología Electrónica


Tema 3: La capa de red. Protocolos asociados Objetivos: Entender los principios avanzados tras los

servicios de la capa de red: Control de errores en la capa de red Configuración dinámica de direcciones en

IPv4 Enrutamiento Traducción de direcciones Seguridad en IP IPv6.


Tema 3: La capa de red. Protocolos asociados 3.1 Control de errores

en IPv4: ICMP 3.2 Configuración

dinámica de direcciones en IPv4: DHCP

3.3 Enrutamiento en internet RIP OSPF BGP Enrutamiento

Multiprotocolo

3.4 Traducción de direcciones: NAT

3.5 IP versión 6 3.6 Seguridad en IP:

IPsec






Multiprotocolo



IPsec


ICMP: Internet Control Message Protocol

Utilizado por hosts y routers para comunicar información del nivel de red Informe de errores:

host, red, puerto o protocol inalcanzable

Avisos de los routers o los receptores

Funcionamiento sobre IP: Los mensajes ICMP

van en datagramas IP

Todos los nodos que usen IP deben implementar ICMP

Los mensajes ICMP se crean solo para el primer fragmento IP



Formato de mensaje Los mensajes ICMP

van en datagramas IP• Campo Protocolo = 1

en la cabecera IP

• Dir. IP fuente = host que manda el mensaje ICMP

Tipo Código Descripción0 0 Respuesta de eco (ping)3 0 Red inalcanzable3 1 Host inalcanzable3 2 Protocolo inalcanzable3 3 Puerto inalcanzable5 0 Redireccionamiento8 0 Petición de eco (ping)11 0 TTL excedido



Ping envía un paquete de datos y espera la respuesta de un paquete

de contestación se basa en mensajes ICMP tipo 8 y 0 Funciones:

• Comprobar la conectividad de un host• Ping envía los paquetes con números únicos de secuencia y notifica el

número de secuencia del mensaje de respuesta: – Detección de paquetes duplicados, reordenados o eliminados

• Ping utiliza checksums en cada paquete:– Detección de paquetes corruptos

• Ping permite calcular la RTT (Round Trip Time)• Ping permite detectar otros mensajes ICMP.



Ping

Solicitud de Eco y Respuesta a solicitud de Eco

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| Tipo | Código | Checksum |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| Id | Número de Secuencia |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Tipo: 8 (Solicitud de Eco) o 0 (Respuesta a solicitud de Eco)Código: 0

Id: número de identificación (opcional), típicamente se usa como número de sesión

Número de secuencia (opcional)



Ping

Uso: ping [-t] [-a] [-n cuenta] [-l tamaño] [-f] [-i TTL] [-v TOS] [-r cuenta] [-s cuenta] [[-j lista-host] | [-k lista-host]] [-w tiempo de espera] nombre-destino

Opciones: -t Ping el host especificado hasta que se pare -a Resolver direcciones en nombres de host -n cuenta Número de peticiones eco para enviar. -l tamaño Enviar tamaño del búfer. -f Establecer No fragmentar el indicador en paquetes. -i TTL Tiempo de vida.-v TOS Tipo de servicio.-r cuenta Ruta del registro para la cuenta de saltos.-s count Sello de hora para la cuenta de saltos.-j lista-host Relaja la ruta de origen a lo largo de la lista- host.-k lista-host Restringir la ruta de origen a lo largo de la lista- host.-w tiempo de espera Tiempo de espera en milisegundos para esperar cada

respuesta.



Tracert (Trace route)

El emisor manda peticiones de eco al destino

• En el primero, TTL =1• En el segundo, TTL=2,

etc. Cuando el enésimo

datagram llega al enésimo router:

• El router descarta el datagrama

• Y manda al emisor un mensaje ICMP (tipo 11, código 0)

• El mensaje incluye la IP del router

o Tracert hace esto 3 veces por router

Final del proceso La petición de eco llega

finalmente al host destino

El destination devuelve una respuesta de eco

Cuando el emisor recibe este mensaje ICMP, el proceso termina.



Tracert (Trace route)

Echo requestTTL = 1

Echo requestTTL = 1

Echo requestTTL = 1

Echo requestTTL = 1

Echo requestTTL = 2

Echo requestTTL = 2

Echo requestTTL = 2

Echo requestTTL = 3

Echo requestTTL = 4

Echo requestTTL = 3

ICMP messageTTL exceeded (type 11)

ICMP messageTTL exceeded (type 11) ICMP message

TTL exceeded (type 11)

Echo reply

X X

X



Destino inalcanzable (tipo 3)

Valores más comunes del campo código (causas)• Código 1: host inalcanzable• Código 3: puerto inalcanzable• Código 4: fragmentación necesaria



RED B

RED A

Router A

Router B

(1)

(3)

(2)

ICMP Redirect (type 5)

Útil cuando hay distintas puertas de enlace posibles Pasos

Se manda el paquete a la puerta de enlace por defecto

La puerta de enlace por defecto manda el paquete al router B

La puerta de enlace por defecto manda un ICMP redirect al host






Multiprotocolo



IPsec


Configuración dinámica de direcciones

Configuración de direcciones estática dinámica: automática y más eficiente

Protocolos para la configuración automática de direcciones: RARP: Reverse Address Resolution

Protocol BootP: Bootstrap Protocol DHCP: Dynamic Host Configuration

Protocol


Dynamic Address Configuration

RARP RARP: Reverse Address Resolution

Protocol Dada una MAC, se asigna una dirección IP Los mensajes tienen la misma estructura

que los mensajes ARP RARP es limitado y, por tanto, está

obsoleto.


Configuración dinámica de direcciones

BootP BootP Protocol:

Bootstrap Protocol Usado para obtener

una dirección Ip automáticamente (normalmente en el proceso de arranque)

No se suele usar para la configuración dinámica de direcciones, dado que DHCP es una versión mejorada de BootP.

Proceso BootP El host determina su propia

MAC El host manda su IP al puerto

67 del (0.0.0.0 si no conoce su IP and 255.255.255.255 si no conoce la del servidor)

El servidor busca la MAC del host en un fichero de configuración

El servidor inclute las IPs del host y el servidor en un datagrama UDP

El Host guarda su IP y arranca


Configuración dinámica de direcciones Mensaje BootP

Code: BootPRequest & BootPReply

Transaction id HW address: ej. MAC Server host name (el servidor no

tiene por qué estar en el mismo dominio de broadcast)

Boot file name Vendor specific area

• Magic cookie: indica el tipo de información opcional

• Es un campo clave para DHCP


Dynamic Address Configuration DHCPDynamic Host Configuration Protocol (DHCP) – RFC 2131:

capacidad de asignar automáticamente direcciones de red reutilizables (arrendamiento de direcciones IP)

se basa en el protocolo BOOTP, mediante la estandarización del campo Vendor Specific Area de PDU de BootP (312 bytes).

3 mecanismos para la asignación de direcciones IP: • Asignación automática:

– DHCP asigna al host una dirección IP permanente.

• Asignación dinámica:– DHCP asigna una dirección IP por un periodo de tiempo limitado -> reutilización

automática de direcciones que ya no son necesitadas

• Asignación manual: – dirección del host es asignada por el administrador de red


Dynamic Address Configuration Mensaje DHCP

Igual que el mensaje BootP excepto por el campo opciones (312 bytes) en lugar del Vendor Specific Area

• 4 primeros bytes: magic cookie -> 99.130.83.99 (means DHCP).

• Diferentes opciones. Algunas de las más importantes son:

– 50: dirección IP solicitada– 51: tiempo de arrendamiento– 53: tipo de mensaje DHCP


Configuración dinámica de direcciones Ciclo DHCP

1. DHCP DISCOVER: intenta encontrar un servidor DHCP.

2. DHCP OFFER: el/los servidor(es) ofrece(n) una dirección IP

3. DHCP REQUEST: el cliente pide ciertos parámetros (Normalmente los que le ha ofrecido el servidor)

4. DHCP ACK: ACK del servidor

Además:

• DHCP RELEASE: libera la dirección IP

• DHCP DECLINE. La IP ofrecida está en uso

• DHCP INFORM: pide algunos parámetros de configuración

• DHCP NAK: si el servidor no acepta la petición

1

2

3

4DHCP Client

DHCP Server


Configuración dinámica de direcciones Otras características de DHCP

Un router puede hacer de servidor DHCP BootP Relay: cuando el servidor no está en el mismo dominio

de broadcast ARP gratuito: petición ARP del cliente de su propia IP.

Comprueba si la dirección asignada está en uso. Opción 50: el cliente pide una determinada IP Opción 51: tiempo de arrendamiento Tamaño máximo del mensaje DHCP : 576 bytes






Multiprotocolo



IPsec


Enrutamiento en internet

Funciones de la capa de red Direccionamiento Enrutamiento

Enrutamiento: búsqueda de la MEJOR ruta La mejor ruta depende de

diferentes criterios: número de saltos, velocidad de transferencia, carga del enlace, fiabilidad, coste…

Diferentes rutas• Rotura de enlaces• Enlaces lentos

Which route?


Enrutamiento en internet Dos aproximaciones

Circuito virtual• La ruta se establece en el inicio de la conexión

Datagrama• La dirección del rx está en todos los paquetes

Which route?


Circuito virtual vs. Datagrama

Circuito virtual Control de errores y

flujo; orden de los datos Orientado a conexión

• Tres fases: establecimiento, transferencia y fin

Ventajas• Eficiencia• QoS

Datagrama Cada paquete es una

unidad independente• Dir. dest. en cada

paquete • Los paquetes pueden

llegar al dest. desordenados

• No hay control de flujo ni de errores

Ventajas• Más simple• Sin conexión-> mejor

para tx cortas• Más fiable• M ejor para redes

heterogéneas


Flujo de paquetes Unicast Broadcast Multicast


A

B

C D E F

4 flujos

2 flujos

Unicast Flujos individuales: un tx, un rx


Broadcast un tx, todos rx

A

B

C D E F

1 flujo

1 flujo


Multicast Un flujo, solo rx deseados

A

B

C D E F

1 flujo

1 flujo


Enrutamiento unicast Objetivo

Llevar los paquetes de emisor a receptor

Enrutamiento en la capa de red Direccionamiento

jerárquico: primero se encuentra la red y luego el host

Algoritmo de enrutamiento El router calcula cómo

se debe enrutar

Características del algoritmo de enrutamiento Correcto Simple Robusto Ecuánime Óptimo


Algoritmos de enrutamiento Router

Dispositivo de red que interconecta redes e implementa el algoritmo de enrutamiento

El algoritmo de enrutamiento decide la interfaz por la que sale el paquete

RouterEntradas Salidas

Tabla deenrutamiento

Motor deenrutamiento


Algoritmos de enrutamiento Clasificación

Enrutamiento estático Enrutamiento adaptativo

• Centralizado• Aislado• Distribuído: más utilizado en internet (RIP/OSPF)


Enrutamiento estático No considera las condiciones actuales de la red Las rutas se determinan antes de la puesta en

servicio de la red

Ventajas Simple Buenos resultados para tráfico y topología constantes

Inconvenientes Inapropiado para redes con topología cambiante Inapropiado para grandes redes-> no escalable


Enrutamiento adaptativo Decisiones basadas en

Topología actual Estado de la red (congestión de enlaces)

Mejor que el enrutamiento estático, pero más difícil de implementar

Tres subgrupos Enrutamiento adaptativo centralizado Enrutamiento adaptativo aislado Enrutamiento adaptativo distribuído


Enrutamiento adaptativo centralizado

Centro de Control de Enrutamiento (RCC) Los nodes (routers) mandan info sobre su estado al RCC

Lista de nodos vecinos Long de cola Uso de los enlaces

RCC Recibe esta info Calcula la ruta óptima para cada Calcula la tabla de enrutamiento para cada nodo Distribuye las tablas a los nodos

Problemas RCC y enlaces a RCC -> cuellos de botella Cálculo inexacto

37

Enrutamiento adaptativo aislado Sin intercambio de info entre nodos Decisiones basadas solo en info local -> sencillo Ejemplo

Flooding

La capa de red. Protocolos asociados

38

Enrutamiento adaptativo distribuido

Utilizado en internet Dos subgrupos

Algoritmos de vectores de distancias• Decisiones basados en la información recibida de los nodos

vecinos. Ej: RIP (Routing Information Protocol) Algoritmos de estado de enlaces

• Todos los nodos conocen el estado de la red• Cuando hay un cambio, tarda un tiempo en propagarse• Ej: OSPF (Open Short Path First)


39

RIP: Routing Information Protocol Routing Information Protocol

(RIP) – RFC 1058 (RIP), RFC 1723 (RIPv2):

Routing Protocol (protocolo de aplicación sobre UDP – puerto 520 -)

RIPv2 es idéntico a RIP, pero con dos extensiones: Permite CIDR Mecanismo de autenticación

Métrica: número de saltos Máximo número de saltos->

15 Mejor para redes

homogéneas Tablas de enrutamiento

basadas en vectores de distancias

Actualizaciones de la tabla de enrutamiento: Actualizaciones periódicas:

via broadcast (en RIPv2: multicast to 224.0.0.9)

Actualizaciones cuando cambia la topología de la red


40

RIP: Routing Information Protocol

RIP: Funcionamiento La actualización de un vecino V llega a un router R:

Las redes conocidas por V, y no por R, se incluyen en la tabla de enrutamiento de R.

Si V conoce una ruta mejor para una red conocida por ambos, la tabla de enrutamiento de R se actualiza

Métrica (nº saltos): incrementada en uno Mensajes de actualización tx a los vecinos. Dos formas:

• Sin usar la técnica del horizonte dividido: las actualizaciones se envían a todos los vecinos.

• Usando la técnica del horizonte dividido: las actualizaciones se envían a todos los vecinos, excepto a aquellos que han informado acerca de la mejor ruta


41


RIP: temporizadores (timers)

Routing-update timer: 30 segundos – tiempo aleatorio

Route-timeout timer: tras el timeout -> ruta inválida

Route-flush timer: tras el timeout -> borra la ruta de la tabla de enrutamiento


42


Mensajes RIP

Comandos Petición (1) Respesta (2): más habitual (actualizaciones)

Versión: v1 or v2 RIP versión 2: campo más importante -> subnet mask

-> permite CIDR (subnetting)


43

OSPF: Open Short Path FirstSistema Autónomo (AS)

AS: Redes IP con una política de enrutamiento común

Open Short Path First (OSPF)

Para el enrutamiento interno de AS Para redes más grandes que con RIP (normalmente) Protocolo abierto (RFC 2328)


44

OSPF: Características básicasOpen Short Path First

(OSPF)

Protocol de enrutamiento de estado de enlaces

Algoritmo de Dijkstra para encontrar la MEJOR ruta

El router construye un grafo Los pesos del grafo los

configura el administrador de la red. Ej:

Todos iguales a 1 (similar a RIP) Inversamente proporcional al

BW (criterio habitual) Se puede fijar cualquier criterio

Open Short Path First (OSPF)

Las actualizaciones se difunden a todo el AS (via flooding)

Cambios en la topología Periodicamente (una vez cada

30 min, al menos) Van en mensajes OSPF

directamente sobre IP (en vez de TCP ó UDP) -> campo protocolo: 89

La conectividad del enlace se comprueba con mensajes HELLO a los vecinos


45

OSPF: características avanzadas (no en RIP)

seguridad: todos los mensajes OSPF están autenticados

Para cada enlace, puede haber diferentes métricas para diferentes TOS

Posible soporte multicast: Multicast OSPF (MOSPF)

OSPF jerárquico en dominios grandes.


46

Cabecera OSPF

Checksum: control de errores

Autenticación


Valor Tipo

1 HELLO

2 Descripción de la base de datos

3 Petición de estado de enlace

4 Actualización de estado de enlace

5 ACK de estado de enlace

47

BGP: Border Gateway Protocol

Problema: Redes IP diferentes no tienen por qué usar el mismo protocolo de enrutamiento

Dos clases de protocolos IGP (Interior Gateway Protocols): definen el

enrutamiento dentro de un AS. (RIP, OSPF…) EGP (Exterior Gateway Protocols): definen el

enrutamiento entre diferentes AS.

BGP (Border Gateway Protocol): EGP más común (RFC 4271)


48

BGP: Características principales

BGP proprciona a cada AS medios para:

1. Obtener info acerca de como alcanzar una subred por parte de otros AS vecinos.

2. Propagar la info sobre el alcance a todos los routers internos del AS.

Permite a una subred anunciar su existencia al resto de Internet


49

BGP: Características principales

Cada AS: ASN = Autonomous System Number)

Dentro de cada AS -> Protocolo de enrutamiento del AS

Fuera del AS -> “router frontera”: los routers frontera de diferentes AS intercambian sus tables de enrutamiento

BGP funciona sobre TCP (puerto 179)


50

BGP: Ejemplo


51

Enrutamiento multiprotocolo


Router

Host BIP Host Z

IPX

Host AIPX

Host YIP

IP no es el único protocolo de red (IPX, DecNET, Apple Talk…)

Solo los hosts que usan el mismo protocolo de red pueden comunicarse entre ellos

Los routers multiprotocolo evitan que haya que usar routers diferentes routers para cada protocolo






Multiprotocolo



IPsec

53

Traducción de direcciones: NAT Problema: Número limitado de direcciones IP Soluciones

o Subnetting o Dir IP privadas

• 10.0.0.0/8• 172.16.0.0/12• 192.168.0.0/16• 169.254.0.0/16


54

Traducción de direcciones: NAT Dir IP privadas: como puede el destino

encontrar una dir IP privada? Solución: NAT (Network Address Translation)

o Mecanismo para modificar la dir IP de los paqueteso Permite que la comunicación de las dir IP privadas

(inside networks) con las dir IP públicas (outside networks)

o Los routers NAT deben tener una tabla NAT con la traducción en ambos sentidos


55

NAT: funcionamiento básico Un router NAT reserva una o más dir IP addr para NAT -> para traducir

IP privadas en IP públicas El router NAT modifica el campo “Source IP addr” de la cabecera IP y

almacena la equivalencia entre las dir privada y pública en la tabla NAT

El destino responde a la dir modificada El router NAT busca en su tabla NAT la equivalencia entre las dir

pública y privada, enviando el paquete a la dir IP privada

NAT Router

Host A192.168.1.10

Host Z150.214.141.20

Inside network Outside network

192.168.1.1 150.214.141.1

192.168.1.10 150.214.141.20 150.214.141.2 150.214.141.20

IP packet IP packet

Source addr Dest addr Source addr Dest addr

150.214.141.20 150.214.141.2

IP packet

Source addr Dest addr

NAT Table


56

Tipos de NAT

NAT dinámico

NAT estático

NAPT (Network Address Port Translation)


57

NAT dinámico La traducción es unidireccional El tráfico proviene de la inside network La traducción es temporal Una vez que la dir IP no está en uso, se borra de la tabla NAT

NAT Router

Host A192.168.1.10

Host Z150.214.141.20


192.168.1.1 150.214.141.1

192.168.1.10 150.214.141.20 150.214.141.2 150.214.141.20

IP packet IP packet


150.214.141.20 150.214.141.2

IP packet


NAT Table

150.214.141.20 150.214.141.2

IP packet


Private IP Public IP192.168.1.10 150.214.141.2


58

NAT dinámico

NAT Router

Host A192.168.1.10

Host Z150.214.141.20


192.168.1.1 150.214.141.1

192.168.1.10 150.214.141.20 150.214.141.2 150.214.141.20

IP packet IP packet


150.214.141.20 150.214.141.2

IP packet


NAT Table

150.214.141.20 150.214.141.2

IP packet


Private IP Public IP192.168.1.10 150.214.141.2

Ventaja Ahorra dir IP públicas

Inconveniente El tráfico siempre es iniciado desde la inside network -> no permite

servidores


59

NAT estático Las traducciones están en la tabla NAT desde que se configuran los

routers La comunicación puede ser iniciada por las inside & outside networks La dir IP pública debe ser conocida (via DNS) por los hosts de la outside

network

NAT Router

Host A192.168.1.10

Host Z150.214.141.20


192.168.1.1 150.214.141.1

192.168.1.10 150.214.141.20 150.214.141.2 150.214.141.20

IP packet IP packet


150.214.141.20 150.214.141.2

IP packet


NAT Table

150.214.141.20 150.214.141.2

IP packet


Private IP Public IP 192.168.1.10 150.214.141.2 static


60

NAT estático Ventaja

Permite servidores

Inconveniente Una dir IP pública por cada dir IP privada… pero los NAT dinámico y

estático pueden combinarse

NAT Router

Host A192.168.1.10

Host Z150.214.141.20


192.168.1.1 150.214.141.1

192.168.1.10 150.214.141.20 150.214.141.2 150.214.141.20

IP packet IP packet


150.214.141.20 150.214.141.2

IP packet


NAT Table

150.214.141.20 150.214.141.2

IP packet


Private IP Public IP 192.168.1.10 150.214.141.2 static


61

NAPT Se usan los identificadores de puerto de la capa de transporte Varias dir IP privadas pueden ser convertidas en una única dir IP

privada

NAPT Router

Host B192.168.1.12

Host Z150.214.141.20

Inside networkOutside network

192.168.1.1 150.214.141.1

192.168.1.11 1576 150.214.141.19 80

IP packet


NAPT Table

Private IP Public IP local 192.168.1.11:1576 global 150.214.141.2:1576 local 192.168.1.12:1576 global 150.214.141.2:1577

Host A192.168.1.11

Host Y150.214.141.19

Source port Dest port

150.214.141.2 1576 150.214.141.19 80

IP packet

Source addr Dest addrSource port Dest port

192.168.1.12 1576 150.214.141.20 21

IP packet


150.214.141.2 1577 150.214.141.20 21

IP packet



62

Consideraciones sobre NAT No todas las aplicaciones funcionan

correctamente cuando atraviesan un router NAT (ej: BOOTP)

Es difícil seguir el tráfico que atraviesa varios routers NAT

NAT incrementa el tiempo de procesado en el router

NAPT es un tipo de NAT -> también hay NAPT estático y NAPT dinámico. También se pueden combinar ambos


63





Multiprotocolo



IPsec


64

IPv6 Motivación inicial: El espacio de

direcciones de 32-bits está completo Cambios básicos:

Espacio de direcciones de 128-bits• Ej: 2002:96d6:8ddc::96dc:6301 (los bits que faltan

son ceros) El formato de cabecera mejora el tiempo de

procesado Cabecera de 40-bytes (tamaño fijo) Otros cambios basados en la experiencia

previa con IPv4


65

Cabecera IPv6Versión: 6Priority (clase de tráfico): identifica la prioridad de los datagramasFlow Label (etiqueta de flujo): identifica los datagramas del mismo “flujo” (concepto de “flujo” sin definir exactamente) Payload length: longitud de carga útil

Next header (siguiente cabecera): identifica el protocolo de capa superior Hop limit (límite de saltos): análogo al campo TTL de IPv4Src & Dest addr: 128 bytes


66

Cambios respecto a IPv4

Checksum: eliminado para reducir el tiempo de procesado en cada router

Fragmentación: eliminada en IPv6, también para reducir el tiempo de procesado

Opciones: permitidas, pero fuera de la cabecera, indicadas en el campo “Next Header”

ICMPv6: nueva versión de ICMP Tipos de mensajes adicionales, ej: “Paquete

demasiado grande”La capa de red. Protocolos asociados

67

Transición de IPv4 a IPv6

No todos los routers pueden pasar a IPv6 simultáneamente Sin Día D ¿Cómo hará la red para funcionar con routers

IPv4 y IPv6 al mismo tiempo? Tunelización: IPv6 va en el campo de datos

del datagrama IPv4 entre routers IPv4







Multiprotocolo



IPsec

69

IPsec

Seguridad en la capa de red

Lo veremos en el próximo capítulo: seguridad


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