Capa de Red
Capa de red:
Comunicación de host a host
La Capa de red o
Capa 3 de OSI provee servicios para intercambiar secciones de datos
individuales a través de la red entre dispositivos finales identificados.
Para realizar
este transporte de extremo a extremo la Capa 3 utiliza cuatro procesos básicos:
•
Direccionamiento
•
Encapsulamiento
• Enrutamiento
• Des
encapsulamiento.
La animación en
la figura muestra el intercambio de datos.
Direccionamiento
Primero, la Capa
de red debe proveer un mecanismo para direccionar estos dispositivos finales.
Si las secciones individuales de datos deben dirigirse a un dispositivo final,
este dispositivo debe tener una dirección única. En una red Ipv4, cuando se
agrega esta dirección a un dispositivo, al dispositivo se lo denomina host.
Encapsulación
Segundo, la capa
de Red debe proveer encapsulación. Los dispositivos no deben ser identificados
sólo con una dirección; las secciones individuales, las PDU de la capa de Red,
deben, además, contener estas direcciones. Durante el proceso de encapsulación,
la Capa 3 recibe la PDU de la Capa 4 y agrega un encabezado o etiqueta de Capa
3 para crear la PDU de la Capa 3. Cuando nos referimos a la capa de Red,
denominamos paquete a esta PDU. Cuando se crea un paquete, el encabezado debe
contener, entre otra información, la dirección del host hacia el cual se lo
está enviando. A esta dirección se la conoce como dirección de destino. El
encabezado de la Capa 3 también contiene la dirección del host de origen. A
esta dirección se la llama dirección de origen. Después de que la Capa de red
completa el proceso de encapsulación, el paquete es enviado a la capa de enlace
de datos que ha de prepararse para el transporte a través de los medios.
Enrutamiento
Luego, la capa
de red debe proveer los servicios para dirigir estos paquetes a su host
destino. Los host de origen y destino no siempre están conectados a la misma
red. En realidad, el paquete podría recorrer muchas redes diferentes. A lo
largo de la ruta, cada paquete debe ser guiado a través de la red para que
llegue a su destino final. Los dispositivos intermediarios que conectan las
redes son los routers. La función del router es seleccionar las rutas y dirigir
paquetes hacia su destino. A este proceso se lo conoce como enrutamiento.
Durante el enrutamiento a través de una internetwork, el paquete puede recorrer
muchos dispositivos intermediarios. A cada ruta que toma un paquete para llegar
al próximo dispositivo se la llama salto. A medida que el paquete es enviado,
su contenido (la PDU de la Capa de transporte) permanece intacto hasta que
llega al host destino.
Desencapsulamiento
Finalmente, el
paquete llega al host destino y es procesado en la Capa 3. El host examina la
dirección de destino para verificar que el paquete fue direccionado a ese
dispositivo. Si la dirección es correcta, el paquete es desencapsulado por la
capa de Red y la PDU de la Capa 4 contenida en el paquete pasa hasta el
servicio adecuado en la capa de Transporte. A diferencia de la capa de
Transporte (Capa 4 de OSI), que administra el transporte de datos entre los
procesos que se ejecutan en cada host final, los protocolos especifican la
estructura y el procesamiento del paquete utilizados para llevar los datos
desde un host hasta otro host. Operar ignorando los datos de aplicación llevados
en cada paquete permite a la capa de Red llevar paquetes para múltiples tipos
de comunicaciones entre hosts múltiples.
Protocolos de
capa de Red
Los protocolos
implementados en la capa de Red que llevan datos del usuario son:
• Versión 4 del
Protocolo de Internet (Ipv4),
• Versión 6 del
Protocolo de Internet (Ipv6),
• Intercambio
Novell de paquetes de internetwork (IPX),
• AppleTalk, y
• Servicio de
red sin conexión (CLNS/DECNet).
El Protocolo de
Internet (Ipv4 y Ipv6) es el protocolo de transporte de datos de la capa 3 más
ampliamente utilizado y será el tema de este curso. Los demás protocolos no
serán abordados en profundidad.
Protocolo Ipv4:
Ejemplo de protocolo de capa de Red
Rol del Ipv4
Como se muestra en
la figura, los servicios de capa de Red implementados por el conjunto de
protocolos TCP/IP son el Protocolo de Internet (IP). La versión 4 de IP (Ipv4)
es la versión de IP más ampliamente utilizada. Es el único protocolo de Capa 3
que se utiliza para llevar datos de usuario a través de Internet y es el tema
de CCNA. Por lo tanto, será el ejemplo que usamos para protocolos de capa de
Red en este curso. La versión 6 de IP (Ipv6) está desarrollada y se implementa
en algunas áreas. Ipv6 operará junto con el Ipv4 y puede reemplazarlo en el
futuro. Los servicios provistos por IP, así como también la estructura y el
contenido del encabezado de los paquetes están especificados tanto por el
protocolo Ipv4 como por el Ipv6. Estos servicios y estructura de paquetes se
usan para encapsular datagramas UDP o segmentos TCP para su recorrido a través
de una internetwork. Las características de cada protocolo son diferentes.
Comprender estas características le permitirá comprender la operación de los
servicios descritos por este protocolo. El Protocolo de Internet fue diseñado
como un protocolo con bajo costo. Provee sólo las funciones necesarias para
enviar un paquete desde un origen a un destino a través de un sistema
interconectado de redes. El protocolo no fue diseñado para rastrear ni
administrar el flujo de paquetes. Estas funciones son realizadas por otros
protocolos en otras capas.
Características
básicas de Ipv4:
• Sin conexión:
No establece conexión antes de enviar los paquetes de datos.
• Máximo
esfuerzo (no confiable): No se usan encabezados para garantizar la entrega de
paquetes.
• Medios
independientes: Operan independientemente del medio que lleva los datos.
Protocolo Ipv4:
Sin conexión
Servicio sin
conexión
Un ejemplo de
comunicación sin conexión es enviar una carta a alguien sin notificar al
receptor con anticipación. Como se muestra en la figura, el servicio postal aún
lleva la carta y la entrega al receptor. Las comunicaciones de datos sin conexión
funcionan en base al mismo principio. Los paquetes IP se envían sin notificar
al host final que están llegando. Los protocolos orientados a la conexión, como
TCP, requieren el intercambio del control de datos para establecer la conexión
así como también los campos adicionales en el encabezado de la PDU. Como IP
trabaja sin conexión, no requiere un intercambio inicial de información de
control para establecer una conexión de extremo a extremo antes de que los
paquetes sean enviados, ni requiere campos adicionales en el encabezado de la
PDU para mantener esta conexión. Este proceso reduce en gran medida la
sobrecarga del IP. Sin embargo, la entrega del paquete sin conexión puede hacer
que los paquetes lleguen a destino fuera de secuencia. Si los paquetes que no
funcionan o están perdidos crean problemas para la aplicación que usa los
datos, luego los servicios de las capas superiores tendrán que resolver estas
cuestiones.
Protocolo Ipv4:
Mejor Intento
Servicio de
mejor intento (no confiable)
El protocolo IP
no sobrecarga el servicio IP suministrando confiabilidad. Comparado con un
protocolo confiable, el encabezado del IP es más pequeño. Transportar estos
encabezados más pequeños genera una menor sobrecarga. Menor sobrecarga
significa menos demora en la entrega. Esta característica es preferible para un
protocolo de Capa 3. La función de la Capa 3 es transportar los paquetes entre
los hosts tratando de colocar la menor carga posible en la red. La Capa 3 no se
ocupa de ni advierte el tipo de comunicación contenida dentro de un paquete.
Esta responsabilidad es la función de las capas superiores a medida que se
requieren. Las capas superiores pueden decidir si la comunicación entre servicios
necesita confiabilidad y si esta comunicación puede tolerar la sobrecarga que
la confiabilidad requiere. Al IP a menudo se lo considera un protocolo no
confiable. No confiable en este contexto no significa que el IP funciona adecuadamente
algunas veces y no funciona bien en otras oportunidades. Tampoco significa que
no es adecuado como protocolo de comunicaciones de datos. No confiable significa
simplemente que IP no tiene la capacidad de administrar ni recuperar
paquetes no entregados o corruptos. Como los protocolos en otras capas
pueden administrar la confiabilidad, se le permite a IP funcionar con mucha eficiencia
en la capa de Red. Si incluimos la sobrecarga de confiabilidad en el
protocolo de la Capa 3, las comunicaciones que no requieren conexiones o
confiabilidad se cargarían con el consumo de ancho de banda y la demora
producida por esta sobrecarga. En el conjunto TCP/IP, la capa de Transporte
puede elegir entre TCP o UDP, basándose en las necesidades de la comunicación.
Como con toda separación de capa provista por los modelos de redes, dejar la
decisión de confiabilidad a la capa de Transporte hace que IP sea más adaptable
y se adecue según los diferentes tipos de comunicación. El encabezado de un
paquete IP no incluye los campos requeridos para la entrega confiable de datos.
No hay acuses de recibo de entrega de paquetes. No hay control de error para
datos. Tampoco hay forma de rastrear paquetes; por lo tanto, no existe la
posibilidad de retransmitir paquetes.
Protocolo Ipv4:
Independiente de los medios
Independiente de
los medios
La capa de Red
tampoco está cargada con las características de los medios mediante los cuales
se transportarán los paquetes. Ipv4 y Ipv6 operan independientemente de los
medios que llevan los datos a capas inferiores del stack del protocolo. Como se
muestra en la figura, cualquier paquete IP individual puede ser comunicado
eléctricamente por cable, como señales ópticas por fibra, o sin cables como las
señales de radio. Es responsabilidad de la capa de Enlace de datos de OSI tomar
un paquete IP y prepararlo para transmitirlo por el medio de comunicación. Esto
significa que el transporte de paquetes IP no está limitado a un medio en
particular. 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. En algunos casos, un
dispositivo intermediario, generalmente un router, necesitará separar un
paquete cuando se lo envía desde un medio a otro medio con una MTU más pequeña.
A este proceso se lo llama fragmentación de paquetes o fragmentación.
Protocolo IPv4:
Empaquetado de la PDU de la capa de Transporte
Ipv4 encapsula o
empaqueta el datagrama o segmento de la capa de Transporte para que la red
pueda entregarlo a su host de destino. Haga clic en los pasos dentro de la figura
para ver este proceso. La encapsulación de Ipv4 permanece en su lugar desde el
momento en que el paquete deja la capa de Red del host de origen hasta que
llega a la capa de Red del host de destino. El proceso de encapsular datos por
capas permite que los servicios en las diferentes capas se desarrollen y
escalen sin afectar otras capas. Esto significa que los segmentos de la capa de
Transporte pueden ser empaquetados fácilmente por los protocolos de la capa de
Red existentes, como Ipv4 e Ipv6, o por cualquier protocolo nuevo que pueda
desarrollarse en el futuro. Los routers pueden implementar estos protocolos de
la capa de Red para operar concurrentemente en una red hacia y desde el mismo
host u otro. El enrutamiento realizado por estos dispositivos intermediarios
sólo considera el contenido del encabezado de paquetes que encapsula el
segmento. En todos los casos, la porción de datos del paquete, es decir, el PDU
de la Capa de transporte encapsulada, permanece sin cambios durante los
procesos de la capa de red.
Encabezado de
paquete IPv4
Como se muestra
en la figura, un protocolo Ipv4 define muchos campos diferentes en el
encabezado del paquete. Estos campos contienen valores binarios que los
servicios Ipv4 toman como referencia a medida que envían paquetes a través de
la red.
Este curso
considerará estos 6 campos clave:
• Dirección IP
origen,
• Dirección IP
destino,
• Tiempo de
existencia (TTL),
• Tipo de
servicio (ToS),
• Protocolo, y
• Desplazamiento
del fragmento.
Campos Ipv4 de
encabezados clave
Coloque el
cursor sobre cada campo en el gráfico para ver su propósito.
Dirección IP
destino
El campo de
Dirección IP destino contiene un valor binario de 32 bits que representa la dirección
de host de capa de red de destino del paquete.
Dirección IP
origen
El campo de
Dirección IP origen contiene un valor binario de 32 bits que representa la
dirección de host de capa de red de origen del paquete.
Tiempo de vida El tiempo de
vida (TTL) es un valor binario de 8 bits que indica el tiempo remanente de “vida”
del paquete. El valor TTL disminuye al menos en uno cada vez que el paquete es
procesado por un router (es decir, en cada salto). Cuando el valor se vuelve
cero, el router descarta o elimina el paquete y es eliminado del flujo de datos
de la red. Este mecanismo evita que los paquetes que no pueden llegar a destino
sean enviados indefinidamente entre los routers en un routing loop. Si se
permitiera que los loops de enrutamiento continúen, la red se congestionaría con
paquetes de datos que nunca llegarían a destino. Disminuyendo el valor TTL en
cada salto se asegura que eventualmente se vuelva cero y que se descartará el
paquete con el campo TTL vencido.
Protocolo
Este valor
binario de 8 bits indica el tipo de relleno de carga que el paquete traslada. El
campo de protocolo permite a la Capa de red pasar los datos al protocolo
apropiado de la capa superior.
Los valores de
ejemplo son:
• 01 ICMP,
• 06 TCP, y
• 17 UDP.
Tipo de servicio
El campo de tipo
de servicio contiene un valor binario de 8 bits que se usa para determinar la
prioridad de cada paquete. Este valor permite aplicar un mecanismo de Calidad
del Servicio (QoS) a paquetes de alta prioridad, como aquellos que llevan datos
de voz en telefonía. El router que procesa los paquetes puede ser configurado
para decidir qué paquete es enviado primero basado en el valor del Tipo de
servicio.
Desplazamiento
de fragmentos
Como se mencionó
antes, un router puede tener que fragmentar un paquete cuando lo envía desde un
medio a otromedio que tiene una MTU más pequeña. Cuando se produce una
fragmentación, el paquete Ipv4 utiliza el campo Desplazamiento de fragmento y
el señalizador MF en el encabezado IP para reconstruir el paquete cuando llega
al host destino. El campo de desplazamiento del fragmento identifica el orden
en el cual ubicar el fragmento del paquete en la reconstrucción.
Señalizador de
Más fragmentos
El señalizador
de Más fragmentos (MF) es un único bit en el campo del señalizador usado con el
Desplazamiento de fragmentos para la fragmentación y reconstrucción de
paquetes. Cuando está configurado el señalizador Más fragmentos, significa que
no es el último fragmento de un paquete. Cuando un host receptor ve un paquete
que llega con MF = 1, analiza el Desplazamiento de fragmentos para ver dónde ha
de colocar este fragmento en el paquete reconstruido. Cuando un host receptor
recibe una trama con el MF = 0 y un valor diferente a cero en el desplazamiento
de fragmentos, coloca ese fragmento como la última parte del paquete
reconstruido. Un paquete no fragmentado tiene toda la información de
fragmentación cero (MF = 0, desplazamiento de fragmentos = 0).
Señalizador de
No Fragmentar
El señalizador
de No Fragmentar (DF) es un solo bit en el campo del señalizador que indica que
no se permite la fragmentación del paquete. Si se establece el bit del
señalizador No Fragmentar, entonces la fragmentación de este paquete NO está
permitida. Si un router necesita fragmentar un paquete para permitir el paso
hacia abajo hasta la capa de Enlace de datos pero pero el bit DF se establece
en 1, entonces el router descartará este paquete.
Enlaces:
RFC 791 http://www.ietf.org/rfc/rfc0791.txt
Para obtener una
lista completa de valores del campo IP de número de protocolo
Redes:
Separación de los host en grupos comunes
Una de las
principales funciones de la capa de Red es proveer un mecanismo para direccionar
hosts. A medida que crece el número de hosts de la red, se requiere más
planificación para administrar y direccionar la red.
División de
redes
En lugar de
tener todos los hosts conectados en cualquier parte a una vasta red global, es
más práctico y manejable agrupar los hosts en redes específicas.
Históricamente, las redes basadas en IP tienen su raíz como una red grande. Como
esta red creció, también lo hicieron los temas relacionados con su crecimiento.
Para aliviar estos problemas, la red grande fue separada en redes más pequeñas
que fueron interconectadas. Estas redes más pequeñas generalmente se llaman
subredes. Red y subred son términos utilizados indistintamente para referirse a
cualquier sistema de red hecho posible por los protocolos de comunicación
comunes compartidos del modelo TCP/IP. De manera similar, a medida que nuestras
redes crecen, pueden volverse demasiado grandes para manejarlas como una única
red. En ese punto, necesitamos dividir nuestra red. Cuando planeamos la
división de la red, necesitamos agrupar aquellos hosts con factores comunes en
la misma red. Como muestra la figura, las redes pueden agruparse basadas en
factores que incluyen:
• ubicación
geográfica,
• propósito, y
• propiedad.
¿Por qué separar
host en redes? – Rendimiento
Como se mencionó
anteriormente, a medida que las redes crecen, presentan problemas que pueden
reducirse al menos parcialmente dividiendo la red en redes interconectadas más
pequeñas.
Los problemas
comunes con las redes grandes son:
• Degradación de
rendimiento
• Temas de
seguridad
• Administración
de direcciones
Mejoramiento del
rendimiento
Grandes números
de hosts conectados a una sola red pueden producir volúmenes de tráfico de
datos que pueden extender, si no saturan, los recursos de red como la capacidad
de ancho de banda y enrutamiento. La división de grandes redes para que los
host que necesitan comunicarse estén agrupados reduce el tráfico a través de
los internetworks. Además de las comunicaciones de datos reales entre los
hosts, la administración de la red y el tráfico de control (sobrecarga) también
aumentan con la cantidad de hosts. Los factores que contribuyen de manera
significativa con esta sobrecarga pueden ser los broadcasts de redes. Un
broadcast es un mensaje desde un host hacia todos los otros hosts en la red.
Comúnmente, un host inicia un broadcast cuando se requiere información sobre
otro host desconocido. Los broadcasts son una herramienta necesaria y útil
utilizada por protocolos para permitir la comunicación de datos en redes. Sin
embargo, grandes cantidades de hosts generan grandes cantidades de broadcasts
que consumen el ancho de banda de la red. Y como los otros hosts tienen que
procesar el paquete de broadcast que reciben, las otras funciones productivas que
un host realiza son también interrumpidas o degradadas.
Los broadcasts
están contenidos dentro de una red. En este contexto, a una red también se la
conoce como un dominio de broadcast. La administración del tamaño de los
dominios broadcast dividiendo una red en subredes asegura que el rendimiento de
la red y de los host no se degraden hasta niveles inaceptables.
¿Por qué separar
hosts en redes? – Seguridad
La red basada en
IP, que luego se convirtió en Internet, antiguamente tenía un pequeño número de
usuarios confiables en agencias gubernamentales de EE.UU. y las organizaciones
de investigación por ellas patrocinadas. En esta pequeña comunidad, la
seguridad no era un problema importante. La situación ha cambiado porque las
personas, las empresas y las organizaciones han desarrollado sus propias redes
IP que se conectan a Internet. Los dispositivos, servicios, comunicaciones y
datos son propiedad de esos dueños de redes. Los dispositivos de red de otras
compañías y organizaciones no necesitan conectarse a su red. La división de
redes basada en la propiedad significa que el acceso a y desde los recursos externos
de cada red pueden estar prohibidos, permitidos o monitoreados.
Coloque el
cursor sobre los botones de Acceso otorgado y Acceso denegado en la figura paa
ver los diferentes niveles de seguridad.
El acceso a
internetwork dentro de una compañía u organización puede estar asegurado de
manera similar. Por ejemplo, la red de una universidad puede dividirse en
subredes para la administración, investigación y los estudiantes. Dividir una red
basada en el acceso a usuarios es un medio para asegurar las comunicaciones y
los datos del acceso no autorizado, ya sea por usuarios dentro de la
organización o fuera de ella. La seguridad entre redes es implementada en un
dispositivo intermediario (router o firewall) en el perímetro de la red. La
función del firewall realizada por este dispositivo permite que datos conocidos
y confiables accedan a la red.
¿Por qué separar
hosts en redes? – Administración de direcciones
Internet está
compuesto por millones de hosts y cada uno está identificado por su dirección
única de capa de red. Esperar que cada host conozca la dirección de cada uno de
los otros hosts sería imponer una carga de procesamiento sobre estos
dispositivos de red que degradarían gravemente su rendimiento. Dividir grandes
redes para que estén agrupados los hosts que necesitan comunicarse, reduce la
carga innecesaria de todos los hosts para conocer todas las direcciones. Para
todos los otros destinos, los hosts sólo necesitan conocer la dirección de un
dispositivo intermediario al que envían paquetes para todas las otras
direcciones de destino. Este dispositivo intermediario se denomina 162ersión.
El 162ersión es un router en una red que sirve como una salida desde esa red.
¿Por qué separar hosts en redes? – Direccionamiento Jerárquico
Para poder dividir redes, necesitamos el direccionamiento jerárquico. Una dirección jerárquica identifica cada host de manera exclusiva. También tiene niveles que ayudan a enviar paquetes a través de internetworks, lo que permite que una red sea dividida en base a esos niveles. Para mantener las comunicaciones de datos entre redes por medio de internetworks, los esquemas de direccionamiento de capa de red son jerárquicos. Como se ve en la figura, las direcciones postales son los principales ejemplos de direcciones jerárquicas. Consideremos el caso de enviar una carta de Japón a un empleado que trabaja en Cisco Systems, Inc.
División de
redes: redes a partir de redes
Si se tiene que
dividir una red grande, se pueden crear capas de direccionamiento adicionales.
Usar direccionamiento jerárquico significa que se conservan los niveles más
altos de la dirección; con un nivel de subred y luego el nivel de host. La
dirección lógica Ipv4 de 32 bits es jerárquica y está constituida por dos
partes. La primera parte identifica la red y la segunda parte identifica al
host en esa red. Se requiere de las dos partes para completar una dirección IP.
Por comodidad, las direcciones Ipv4 se dividen en cuatro grupos de ocho bits
(octetos). Cada paso se convierte a su valor decimal y la dirección completa
escrita como los cuatro valores decimales separados por punto (período).
Por ejemplo:
192.168.18.57
En este ejemplo,
como muestra la figura, los tres primeros octetos, (192.168.18) pueden identificar
la porción de la red de la dirección, y el último octeto (57) identifica al
host.
Esto es
direccionamiento jerárquico porque la porción de la red indica a la red donde se
ubica cada dirección de host única. Los routers sólo necesitan conocer cómo
llegar a cada red en lugar de conocer la ubicación de cada host individual. Con el direccionamiento jerárquico de Ipv4, la
porción de la red de la dirección para todos los hosts en una red es la misma.
Para dividir una red, la porción de la red de la dirección es extendida para
usar bits desde la porción del host de la dirección. Estos bits de host pedidos
prestados luego se usan como bits de red para representar las diferentes subredes
dentro de un rango de red original. Dado que una dirección Ipv4 es de 32 bits,
cuando los bits del host se usan para dividir una red, cuanto más subredes se crean,
menos hosts pueden utilizarse para cada subred. Sin considerar el número de subredes
creado, se requiere que cada uno de los 32 bits identifique un host individual.
Al número de bits de una dirección utilizada como porción de red se lo denomina
longitud del prefijo. Por ejemplo, si una red usa 24 bits para expresar la
porción de red de una dirección, se dice que el prefijo es /24. En los
dispositivos de una red Ipv4, un número separado de 32 bits llamado máscara de
subred indica el prefijo.
Nota: El
Capítulo 6 en este curso cubrirá el direccionamiento y subdireccionamiento Ipv4
de red en detalle. La extensión de la longitud del prefijo o máscara de subred
permite la creación de estas subredes. De esta manera, los administradores de
red tienen la flexibilidad de dividir redes para satisfacer las diferentes
necesidades, como ubicación, administración del rendimiento de la red y seguridad,
mientras asegura que cada host tenga una dirección única.
Para propósitos
explicativos, en este capítulo, los primeros 24 bits de una dirección Ipv4 se
utilizarán como porción de red.
Enrutamiento:
Cómo se manejan nuestros paquetes de datos
Parámetros
de dispositivos: Cómo respaldar la comunicación fuera de nuestra red
Dentro
de una red o subred, los hosts se comunican entre sí sin necesidad de un dispositivo
intermediario de capa de red. Cuando un host necesita comunicarse con otra red,
un dispositivo intermediario o router actúa como un 165ersión hacia la otra
red. Como parte de su configuración, un host tiene una dirección de 165ersión
por defecto definida. Como se muestra en la figura, esta dirección de 165ersión
es la dirección de una interfaz de router que está conectada a la misma red que
el host. Tenga en claro que no es factible para un host particular conocer la
dirección de todos los dispositivos en Internet con los cuales puede tener que
comunicarse. Para comunicarse con un dispositivo en otra red, un host usa la
dirección de este 165ersión, o 165ersión por defecto, para enviar un paquete
fuera de la red local. El router también necesita una ruta que defina dónde
enviar luego el paquete. A esto se lo denomina dirección del siguiente salto.
Si una ruta está disponible al router, el router enviará el paquete al router
del próximo salto que ofrece una ruta a la red de destino.
Enlaces;
RFC 823
Paquetes
IP: Cómo llevar datos de extremo a extremo
Como
ya sabe, la función de la capa de Red es transferir datos desde el host que
origina los datos hacia el host que los usa. Durante la encapsulación en el
host origen, un paquete IP se construye en la Capa 3 para transportar el PDU de
la Capa 4. Si el host de destino está en la misma red que el host de origen, el
paquete se envía entre dos hosts en el medio local sin la necesidad de un
router. Sin embargo, si el host de destino y el host de origen no están en la
misma red, el paquete puede llevar una PDU de la capa de Transporte a través de
muchas redes y muchos routers. Si es así, la información que contiene no está
alterada por ningún router cuando se toman las decisiones de envío. En cada
salto, las decisiones de envío están basadas en la información del encabezado
del paquete IP. El paquete con su encapsulación de capa de Red también se
mantiene básicamente intacto a través de todo el proceso desde el host de origen
hasta el host de destino.
Si
la comunicación se produce entre dos hosts de diferentes redes, la red local
envía el paquete desde el origen hasta su router del 166ersión. El router
examina la porción de la red de la dirección de destino del paquete y envía el
paquete a la interfaz adecuada. Si la red de destino está conectada
directamente a este router, el paquete es enviado directamente aese
host. Si la red de destino no está conectada directamente, el paquete es
enviado a un segundo router, que es el
router
del siguiente salto. El paquete que se envía pasa a ser responsabilidad de este
segundo router. Muchos routers o saltos a lo largo del camino puede procesar el
paquete antes de llegar a destino. Haga clic en los pasos de la figura para
seguir la ruta del paquete IP.
Enlaces:
RFC 791 http://www.ietf.org/rfc/rfc0791.txt
Gateway: La
salida de nuestra red
El 169ersión,
también conocido como 169ersión por defecto, es necesario para enviar un paquete
fuera de la red local.
Si la porción de
red de la dirección de destino del paquete es diferente de la red del host de
origen, el paquete tiene que hallar la salida fuera de la red original. Para
esto, el paquete es enviado al 169ersión. Este 169ersión es una interfaz del router
conectada a la red local. La interfaz del 170ersión tiene una dirección de capa
de Red que concuerda con la dirección de red de los hosts. Los hosts están
configurados para reconocer que la dirección es un 170ersión.
Gateway por defecto
El 170ersión por
defecto está configurado en el host. En una computadora con Windows, se usan
las herramientas de las Propiedades del Protocolo de Internet (TCP/IP) para
ingresar la dirección Ipv4 del 170ersión por defecto. Tanto la dirección Ipv4 de
host como la dirección de 170ersión deben tener la misma porción de red (y
subred si se utiliza) de sus respectivas direcciones.
Haga clic sobre
el gráfico para ver las Propiedades de Windows.
Configuración de
la 170ersión del host
Ningún
paquete puede ser enviado sin una ruta. Si el paquete se origina
en un host o se reenvía por un dispositivo intermediario, el dispositivo debe
tener una ruta para identificar dónde enviar el paquete. Un host debe reenviar
el paquete ya sea al host en la red local o al 171ersión, según sea lo
adecuado. Para reenviar los paquetes, el host debe tener rutas que representan
estos destinos. Un router toma una decisión de reenvío para cada paquete que
llega a la interfaz del 171ersión. Este proceso de reenvío es denominado
enrutamiento. Para reenviar un paquete a una red de destino, el router requiere
una ruta hacia esa red. Si una ruta a una red de destino no existe, el paquete
no puede reenviarse. La red de destino puede ser un número de routers o saltos
fuera del 171ersión. La ruta hacia esa red sólo indicaría el router del
siguiente salto al cual el paquete debe reenviarse, no el router final. El
proceso de enrutamiento usa una ruta para asignar una dirección de red de
destino hacia el próximo salto y luego envía el paquete hacia esta dirección
del próximo salto.
Enlaces:
Ruta: el camino
hacia una red
Una ruta para
paquetes para destinos remotos se agrega usando la dirección de 171ersión por
defecto como el siguiente salto. Aunque usualmente no se hace, un host puede tener
también rutas agregadas manualmente a través de configuraciones. Al igual que
los dispositivos finales, los routers también agregan rutas para las redes
conectadas a su tabla de enrutamiento. Cuando se configura una interfaz de
router con una dirección IP y una máscara de subred, la interfaz se vuelve
parte de esa red. La tabla de enrutamiento ahora incluye esa red como red directamente
conectada. Todas las otras rutas, sin embargo, deben ser configuradas o
adquiridas por medio del protocolo de enrutamiento. Para reenviar un paquete,
el router debe saber dónde enviarlo. Esta información está disponible como
rutas en una tabla de enrutamiento. La tabla de enrutamiento almacena la
información sobre las redes conectadas y remotas. Las redes conectadas está directamente
adjuntas a una de las interfaces del router. Estas interfaces son los gateways
para los hosts en las diferentes redes locales. Las redes remotas son redes que
no están conectadas directamente al router. Las rutas a esas redes se pueden
configurar manualmente en el router por el adminitrador de red o aprendidas
automáticamente utilizando protocolos de enrutamiento dinámico. Los routers en
una tabla de enrutamiento tienen tres características principales:
• red de
destino,
• próximo salto,
y
• métrica.
El router
combina la dirección de destino en el encabezado del paquete con la red de destino
de una ruta en la tabla de enrutamiento y envía el paquete al router del
próximo salto especificado por esa ruta. Si hay dos o más rutas posibles hacia
el mismo destino, se utiliza la métrica para decidir qué ruta aparece en la
tabla de enrutamiento. Como se muestra en la figura, la tabla de enrutamiento
en un router Cisco puede ser analizada con el comando show ip route.
Nota: El proceso
de enrutamiento y el rol de la métrica son tema de un curso posterior y se
abarcará en detalle más adelante. Como sabemos, los paquetes no pueden
reenviarse por el router sin una ruta. Si una ruta que representa la red de destino
no está en la tabla de enrutamiento, el paquete será descartado (es decir, no
se reenviará). La ruta encontrada puede ser una ruta conectada o una ruta hacia
una red remota. El router también puede usar una ruta por defecto para enviar
el paquete. La ruta default se usa cuando la ruta de destino no está representada
por ninguna otra ruta en la tabla de enrutamiento.
Tabla
de enrutamiento de host
Un
host crea las rutas usadas para reenviar los paquetes que origina. Estas rutas
derivan de la red conectada y de la configuración del 173ersión por defecto. Los
hosts agregan automáticamente todas las redes conectadas a las rutas. Estas
rutas para las redes locales permiten a los paquetes ser entregados a los hosts
que están conectados a esas redes. Los hosts también requieren una tabla de
enrutamiento para asegurarse de que los paquetes de la capa de Red estén dirigidos
a la red de destino correcta. A diferencia de la tabla de enrutamiento en un router,
que contiene tanto rutas locales como remotas, la tabla local del host
comúnmente contiene su conexión o conexiones directas(s) a la red y su propia
ruta por defecto al 173ersión. La configuración de la dirección de 173ersión
por defecto en el host crea la ruta default local.
Como
muestra la figura, la tabla de enrutamiento de un host de computadora puede ser
analizada en la línea de comando introduciendo los comandos netstat –r, route,
o route PRINT. En algunos casos, puede necesitar indicar rutas más específicas
desde un host. Puede utilizar las siguientes opciones para el comando de ruta
para modificar el contenido de la tabla de enrutamiento: route ADD route DELETE
route CHANGE
Enlaces:
RFC 823 http://www.ietf.org/rfc/rfc0823.txt
5.3.5
Red de destino
Entradas
en la tabla de enrutamiento
La
red de destino que aparece en la entrada de la tabla de enrutamiento, llamada
ruta, representa un rango de direcciones de hosts y, algunas veces, un rango de
direcciones de red y de host. La naturaleza jerárquica del direccionamiento de
la Capa 3 significa que una entrada de ruta podría referirse a una red general
grande y otra entrada podría referirse a una subred de la misma red. Cuando se
reenvía un paquete, el router seleccionará la ruta más específica. Volviendo a
nuestro primer ejemplo de dirección postal, consideremos enviar la misma carta
de Japón a 170 West Tasman Drive San Jose, California USA. ¿Qué dirección
usaría? “USA” o “San Jose California USA” o “West Tasman Drive San Jose,
California USA” o “170 West Tasman Drive San Jose, California USA” Se usaría la
cuarta y más específica dirección. Sin embargo, para otra carta donde el número
de la calle es desconocido, la tercera opción suministraría la mejor
coincidencia de direcció. De la misma forma, un paquete destinado a la subred
de una red más grande sería enrutado usando la ruta a la subred. No obstante,
un paquete direccionado a una subred diferente dentro de la misma red más
grande sería enrutado usando la entrada más general. Como se muestra en la
figura, si un paquete llega a un router con una dirección de destino de 10.1.1.55,
el router reenvía el paquete al router del siguiente salto asociado con una
ruta a la red 10.1.1.0. Si una ruta a 10.1.1.0 no está enumerada en el
enrutamiento, pero está disponible una ruta a 10.1.0.0, el paquete se reenvía
al router del siguiente salto para esa red. Entonces, la prioridad de la
selección de una ruta para el paquete que va a 10.1.1.55 sería:
1.
10.1.1.0
2.
10.1.0.0
3.
10.0.0.0
4.
0.0.0.0 (ruta default si estuviera configurada)
Envío de
paquetes: Traslado del paquete hacia su destino
El enrutamiento
se hace paquete por paquete y salto por salto. Cada paquete es tratado de
manera independiente en cada router a lo largo de la ruta. En cada salto, el
router analiza la dirección IP de destino para cada paquete y luego controla la
tabla de enrutamiento para reenviar información. El router hará una de tres
cosas con el paquete:
• Envíelo al
router del próximo salto
• Envíelo al
host de destino
• Descártelo
Examen del
paquete
Como dispositivo
intermediario, un router procesa el paquete en la Capa de red. No obstante, los
paquetes que llegan a las interfaces del router están encapsulados como PDU
(Capa 2) de la capa de Enlace de datos. Como muestra la figura, el router
primero descarta la encapsulación de la Capa 2 para poder examinar el paquete.
Selección del
siguiente salto
En el router, se
analiza la dirección de destino en el encabezado del paquete. Si una ruta
coincidente en la tabla de enrutamiento muestra que la red de destino está
conectada directamente al router, el paquete es reenviado a la interfaz a la
cual está conectada la red. En este caso, no existe siguiente salto. Para
ubicarlo en la red conectada, el paquete primero debe ser reencapsulado por el
protocolo de la Capa 2 y luego reenviado hacia la interfaz. Si la ruta que
coincide con la red de destino del paquete es una red remota, el paquete es
reenviado a la interfaz indicada, encapsulado por el protocolo de la Capa 2 y
enviado a la dirección del siguiente salto.
Uso de una ruta
default
Como muestra la
figura, si la tabla de enrutamiento no contiene una entrada de ruta más
específica para un paquete que llega, el paquete se reenvía a la interfaz
indicada por la ruta default, si la hubiere. En esta interfaz, el paquete es encapsulado
por el protocolo de la Capa 2 y es enviado al router del siguiente salto. La
ruta default es también conocida como Gateway de último recurso. Este proceso
puede producirse varias veces hasta que el paquete llega a su red de destino.
El router en cada salto conoce sólo la dirección del siguiente salto; no conoce
los detalles de la ruta hacia el host del destino remoto. Además, no todos los
paquetes que van al mismo destino serán enviados hacia el mismo siguiente salto
en cada router. Los routers a lo largo del trayecto pueden aprender nuevas
rutas mientras se lleva a cabo la comunicación y reenvían luego los paquetes a
diferentes siguientes saltos. Las rutas default son importantes porque el
router del 177ersión no siempre tiene una ruta a cada red posible en Internet.
Si el paquete es reenviado usando una ruta default, eventualmente llegará a un
router que tiene una ruta específica a la red de destino. Este router puede ser
el router al cual esta red está conectada. En este caso, este router reenviará
el paquete a través de la red local hacia el host de destino.
PROCESOS DE ENRUTAMIENTO:
CÓMO COMPARTIR RUTAS
Protocolos de
enrutamiento: Cómo compartir rutas
El enrutamiento
requiere que cada salto o router a lo largo de las rutas hacia el destino del
paquete tenga una ruta para reenviar el paquete. De otra manera, el paquete es
descartado en ese salto. Cada router en una ruta no necesita una ruta hacia
todas las redes. Sólo necesita conocer el siguiente salto en la ruta hacia la
red de destino del paquete. La tabla de enrutamiento contiene información que
un router usa en sus decisiones al reenviar paquetes. Para las decisiones de
enrutamiento, la tabla de enrutamiento necesita representar el estado más
preciso de rutas de red a las que el router puede acceder. La información de
enrutamiento desactualizada significa que los paquetes no pueden reenviarse al
siguiente salto más adecuado, causando demoras o pérdidas de paquetes. Esta
información de ruta puede configurarse manualmente en el router o aprenderse
dinámicamente a partir de otros routers en la misma internetwork. Después de que
se configuran las interfaces de un router y éstas se vuelven operativas, se
instala la red asociada con cada interfaz en la tabla de enrutamiento como una
ruta conectada directamente.
Enrutamiento
estatico
Las rutas a
redes remotas con los siguientes saltos asociados se pueden configurar manualmente
en el router. Esto se conoce como enrutamiento estático. Una ruta default
también puede ser configurada estáticamente. Si el router está conectado a
otros routers, se requiere conocimiento de la estructura de internetworking.
Para asegurarse de que los paquetes están enrutados para utilizar los mejores
posibles siguientes saltos, cada red de destino necesita tener una ruta o una
ruta default configurada. Como los paquetes son reenviados en cada salto, cada
router debe estar configurado con rutas estáticas hacia los siguientes saltos
que reflejan su ubicación en la internetwork. Además, si la estructura de
internetwork cambia o si se dispone de nuevas redes, estos cambios tienen que
actualizarse manualmente en cada router. Si no se realiza la actualización
periódica, la información de enrutamiento puede ser incompleta e inadecuada,
causando demoras y posibles pérdidas de paquetes.
Enrutamiento
dinámico
Aunque es
esencial que todos los routers en una internetwork posean conocimiento actualizado,
no siempre es factible mantener la tabla de enrutamiento por configuración
estática manual. Por eso, se utilizan los protocolos de enrutamiento dinámico.
Los protocolos de enrutamiento son un conjunto de reglas por las que los
routers comparten dinámicamente su información de enrutamiento. Como los
routers advierten los cambios en las redes para las que actúan como 180ersión,
o los cambios en enlaces entre routers, esta información pasa a otros routers.
Cuando un router recibe información sobre rutas nuevas o modificadas, actualiza
su propia tabla de enrutamiento y, a su vez, pasa la información a otros
routers. De esta manera, todos los routers cuentan con tablas de enrutamiento
actualizadas dinámicamente y pueden aprender sobre las rutas a redes remotas en
las que se necesitan muchos saltos para llegar. La figura muestra un ejemplo de
rutas que comparten un router.
Entre los
protocolos de enrutamiento comunes se incluyen:
• protocolo de
información de enrutamiento (RIP),
• protocolo de
enrutamiento de 180ersión interior mejorado (EIGRP), y
• Open Shortest Path First (OSPF).
Aunque los
protocolos de enrutamiento proveen routers con tablas de enrutamiento
actualizadas, existen costos. Primero, el intercambio de la información de la
ruta agrega una sobrecarga que consume el ancho de banda de la red.
Esta sobrecarga
puede ser un problema, particularmente para los enlaces del ancho de banda
entre routers. Segundo, la información de la ruta que recibe un router es
procesada extensamente por protocolos como EIGRP y OSPF para hacer las entradas
a las tablas de enrutamiento. Esto significa que los routers que emplean estos
protocolos deben tener suficiente capacidad de procesamiento como para
implementar los algoritmos del protocolo para realizar el enrutamiento oportuno
del paquete y enviarlo. El enrutamiento estático no produce sobrecarga de la
red ni ubica entradas 180ersión180o n180180 en la tabla de enrutamiento; el
router no necesita ningún tipo de procesamiento. El costo para un enrutamiento
estático es administrativo, la configuración manual y el mantenimiento de la
tabla de enrutamiento aseguran un enrutamiento eficiente y efectivo. En muchas
internetworks, la combinación de rutas estáticas, dinámicas y default se usa para
proveer las rutas necesarias. La configuración de los protocolos de
enrutamiento en routers es un componente integral del CCNA y será cubierta
extensivamente en un curso posterior.
Enlaces;
RFC 823 http://www.ietf.org/rfc/rfc0823.txt
DIRECCIONES IPv4
Estructura de
una dirección IPv4
Cada dispositivo
de una red debe ser definido en forma exclusiva. En la capa de red es necesario
identificar los paquetes de la transmisión con las direcciones de origen y de
destino de los dos sistemas finales. Con Ipv4, esto significa que cada paquete
posee una dirección de origen de 32 bits y una dirección de destino de 32 bits
en el encabezado de Capa 3. Estas direcciones se usan en la red de datos como
patrones binarios. Dentro de los dispositivos, la lógica digital es aplicada
para su interpretación. Para quienes formamos parte de la red humana, una serie
de 32 bits es difícil de interpretar e incluso más difícil de recordar. Por lo
tanto, representamos direcciones Ipv4 utilizando el formato decimal punteada.
Punto Decimal
Los patrones
binarios que representan direcciones Ipv4 son expresados con puntos decimales
separando cada byte del patrón binario, llamado octeto, con un punto. Se le
llama octeto debido a que cada número decimal representa un byte u 8 bits.
Por ejemplo: la
dirección
10101100000100000000010000010100
es
expresada en puntos decimales como
172.16.4.20
Tenga en cuenta
que los dispositivos usan la lógica binaria. El formato decimal punteado se usa
para que a las personas les resulte más fácil utilizar y recordar direcciones.
Porciones de red
y de host
En cada
dirección Ipv4, alguna porción de los bits de orden superior representa la
dirección de red. En la Capa 3, se define una red como un grupo de hosts con
patrones de bits idénticos en la porción de dirección de red de sus direcciones.
A pesar de que
los 32 bits definen la dirección host Ipv4, existe una cantidad variable de
bits que conforman la porción de host de la dirección. El número de bits usado
en esta porción del host determina el número de hosts que podemos tener dentro
de la red.
Coloque el
cursor sobre las etiquetas para ver las diferentes partes de la dirección.
Por ejemplo: si
necesitamos tener al menos 200 hosts en una red determinada, necesitaríamos
utilizar suficientes bits en la porción del host para poder representar al
menos 200 patrones diferentes de bits. Para asignar una dirección exclusiva a
200 hosts, se utilizará el último octeto entero. Con 8 bits se puede lograr un
total de 256 patrones de bits diferentes. Esto significa que los bits para los
tres octetos superiores representarían la porción de red.
Nota: Más
adelante en este capítulo se verá cómo calcular la cantidad de hosts y cómo determinar
qué porción de los 32 bits se refiere a la red.
Conocer los números: conversión de binario en
decimal
Para comprender
el funcionamiento de un dispositivo en una red, es necesario considerar las
direcciones y otros datos de la manera en que lo hace un dispositivo: en
notación binaria. Esto significa que es necesario ser hábil en la conversión de
binario en decimal. Los datos representados en el sistema binario pueden
representar muchas formas diferentes de datos en la red humana. En este tema,
se hace referencia al sistema binario por estar relacionado con el direccionamiento
Ipv4. Esto significa que vemos a cada byte (octeto) como número decimal en el
rango de 0 a 255.
Notación de
posición
El Aprendizaje
de la notación de posición para convertir binario a decimal requiere una
comprensión de los fundamentos matemáticos de un sistema de numeración llamado
notación de posición. Notación de posición significa que un dígito representa
diferentes valores según la posición que ocupa. Más específicamente, el valor
que un dígito representa es el valor multiplicado por la potencia de la base o
raíz representado por la posición que el dígito ocupa. Algunos ejemplos ayudarán
a aclarar cómo funciona este sistema. Para el número decimal 245, el valor que
el 2 representa es 2*10^2 (2 multiplicado por 10 elevado a la segunda potencia).
El 2 se encuentra en lo que comúnmente llamamos la posición “100”. Notación de
posición se refiere a esta posición como posición base^2 porque la base o raíz
es 10 y la potencia es 2.
Usando la
notación de posición en el sistema de numeración con base 10, 245 representa:
245 = (2 * 10^2)
+ (4 * 10^1) + (5 * 10^0)
o
245 = (2 * 100)
+ (4 * 10) + (5 * 1)
Sistema de
numeración binaria
En el sistema de
numeración binaria la raíz es 2. Por lo tanto, cada posición representa
potencias incrementadas de 2. En números binarios de 8 bits, las posiciones
representan estas cantidades:
2^7 2^62^5 2^4
2^32^2 2^1 2^0
128 64 32 16 8 4
2 1
El sistema de
numeración de base 2 tiene solamente dos dígitos: 0 y 1.
Cuando se
interpreta un byte como un número decimal, se obtiene la cantidad que esa
posición representa si el dígito es
1 y no se
obtiene la cantidad si el dígito es 0, como se muestra en la figura.
11.. 1 1 1 1
1 1 1
128 64 32 16 8 4
2 1
Un 1 en cada
posición significa que el valor para esa posición se suma al total. Ésta es la
suma cuando hay un 1 en cada posición de un octeto. El total es 255.
128 + 64 + 32 +
16 + 8 + 4 + 2 + 1 = 255
Un 0 en cada
posición indica que el valor para esa posición no se suma al total. Un 0 en
cada posición produce un total de 0.
0 0 0 0 0 0 0 0
128 64 32 16 8 4
2 1
0 + 0 + 0 + 0 +
0 + 0 + 0 + 0 = 0
Note en la
figura que una combinación diferente de unos y ceros producirá un valor decimal
diferente.
Observe la
figura para obtener los pasos para convertir una dirección binaria en una
dirección decimal.
En el ejemplo,
el número binario:
10101100000100000000010000010100
se
convierte en: 172.16.4.20
Tenga en cuenta
estos pasos:
• Divida los 32
bits en 4 octetos.
• Convierta cada
octeto a decimal.
• Agregue un
“punto” entre cada decimal.
Conocer los
números: conversión de decimal en binario
No sólo es
necesario poder realizar una conversión de binario en decimal, sino que también
es necesario poder realizar una conversión de decimal en binario. Con
frecuencia es necesario examinar un octeto individual de una dirección que se
proporciona en notación decimal punteada. Tal es el caso cuando los bits de red
y los bits de host dividen un octeto.
Por ejemplo: si
un host 172.16.4.20 utilizara 28 bits para la dirección de red, sería necesario
examinar los datos binarios del último octeto para descubrir que este host está
en la red 172.16.4.16. Este proceso de extraer la dirección de red de una
dirección de host se explicará más adelante. Los valores de la dirección
están entre 0 y 255
Examinaremos
sólo el proceso de conversión binaria de 8 bits a valores decimales de 0 a 255,
porque nuestra representación de direcciones está limitada a valores decimales
para un solo octeto. Para comenzar el proceso de conversión, empezaremos
determinando si el número decimal es igual a o mayor que nuestro valor decimal
más grande representado por el bit más significativo. En la posición más alta,
se determina si el valor es igual o mayor que 128. Si el valor es menor que
128, se coloca un 0 en la posición de 128 bits y se mueve a la posición de 64
bits. Si el valor en la posición de 128 bits es mayor o igual que 128, se
coloca un 1 en la posición 128 y se resta 128 del número que se está
convirtiendo. Luego se comparan los valores restantes de esta operación con el
siguiente valor más pequeño, 64. Se continúa con este proceso para todas las
posiciones de bits restantes.
Ver la figura
para obtener un ejemplo de estos pasos. Se convierte 172 en 10101100.
Resumen de
conversión
La figura resume
la conversión completa de 172.16.4.20 de notación decimal punteada a notación
binaria.
DIRECCIONES PARA DIFERENTES PROPOSITOS
Tipos de direcciones de una red IPv4
Dentro del rango
de direcciones de cada red Ipv4, existen tres tipos de direcciones:
Dirección de
red: la
dirección en la que se hace referencia a la red.
Dirección de
broadcast: una
dirección especial utilizada para enviar datos a todos los hosts de la red.
Direcciones
host: las
direcciones asignadas a los dispositivos finales de la red.
Dirección de red
La dirección de
red es una manera estándar de hacer referencia a una red. Por ejemplo: se
podría hacer referencia a la red de la figura como “red 10.0.0.0”. Ésta es una
manera mucho más conveniente y descriptiva de referirse a la red que utilizando
un término como “la primera red”. Todos los hosts de la red 10.0.0.0 tendrán
los mismos bits de red. Dentro del rango de dirección Ipv4 de una red, la
dirección más baja se reserva para la dirección de red. Esta dirección tiene un
0 para cada bit de host en la porción de host de la dirección.
Dirección de
broadcast
La dirección de
broadcast Ipv4 es una dirección especial para cada red que permite la comunicación
a todos los host en esa red. Para enviar datos a todos los hosts de una red, un
host puede enviar un solo paquete dirigido a la dirección de broadcast de la
red.
La dirección de
broadcast utiliza la dirección más alta en el rango de la red. Ésta es la dirección
en la cual los bits de la porción de host son todos 1. Para la red 10.0.0.0 con
24 bits de red, la dirección de broadcast sería 10.0.0.255. A esta dirección se
la conoce como broadcast dirigido. Coloque el cursor del mouse sobre la ficha
BROADCAST ADDRESS (dirección de broadcast) en la figura.
Direcciones host
Como se describe
anteriormente, cada dispositivo final requiere una dirección única para enviar
un paquete a dicho host. En las direcciones Ipv4, se asignan los valores entre
la dirección de red y la dirección de broadcast a los dispositivos en dicha
red. Coloque el cursor del mouse sobre la ficha HOST ADDRESS (dirección host)
en la figura.
Prefijos de red
Una pregunta
importante es: ¿Cómo es posible saber cuántos bits representan la porción de
red y cuántos bits representan la porción de host? Al expresar una dirección de
red Ipv4, se agrega una longitud de prefijo a la dirección de red. La
longitud de prefijo es la cantidad de bits en la dirección que conforma la
porción de red. Por ejemplo: en 172.16.4.0 /24, /24 es la lobgitud de
prefijo e indica que los primeros 24 bits son la dirección de red. Esto deja a
los 8 bits restantes, el último octeto, como la porción de host. Más adelante
en este capítulo, el usuario aprenderá más acerca de otra entidad que se
utiliza para especificar la porción de red de una dirección Ipv4 en los
dispositivos de red. Se llama máscara de subred. La máscara de subred consta de
32 bits, al igual que la dirección, y utiliza unos y ceros para indicar cuáles
bits de la dirección son bits de red y cuáles bits son bits de host. No siempre
a las redes se le asigna un prefijo /24. El prefijo asignado puede variar de acuerdo
con la cantidad de hosts de la red. Tener un número de prefijo diferente cambia
el rango de host y la dirección de broadcast para cada red.
Cálculo de
direcciones de host, de red y de broadcast
Hasta ahora, el
usuario podría preguntarse: ¿Cómo se calculan estas direcciones? Este proceso
de cálculo requiere que el usuario considere estas direcciones como binarias. En
las divisiones de red de ejemplo, se debe considerar el octeto de la dirección
donde el prefijo divide la porción de red de la porción de host. En todos estos
ejemplos, es el último octeto. A pesar de que esto es frecuente, el prefijo
también puede dividir cualquiera de los octetos. Para comenzar a comprender
este proceso para determinar asignaciones de dirección, se desglosarán algunos
ejemplos en datos binarios.
Observe la
figura para obtener un ejemplo de la asignación de dirección para la red
172.16.20.0 /25.
En el primer
cuadro, se encuentra la representación de la dirección de red. Con un prefijo
de 25 bits, los últimos 7 bits son bits de host. Para representar la dirección
de red, todos estos bits de host son “0”. Esto hace que el último octeto de la
dirección sea 0. De esta forma, la dirección de red es 172.16.20.0 /25. En el
segundo cuadro, se observa el cálculo de la dirección host más baja. Ésta es
siempre un número mayor que la dirección de red. En este caso, el último de los
siete bits de host se convierte en “1”. Con el bit más bajo en la dirección host
establecido en 1, la dirección host más baja es 172.16.20.1. El tercer cuadro
muestra el cálculo de la dirección de broadcast de la red. Por lo tanto, los siete
bits de host utilizados en esta red son todos “1”. A partir del cálculo, se
obtiene 127 en el último octeto. Esto produce una dirección de broadcast de
172.16.20.127.
El cuarto cuadro
representa el cálculo de la dirección host más alta. La dirección host más alta
de una red es siempre un número menor que la dirección de broadcast. Esto
significa que el bit más bajo del host es un ‘0’ y todos los otros bits ‘1’.
Como se observa, esto hace que la dirección host más alta de la red sea
172.16.20.126. A pesar de que para este ejemplo se ampliaron todos los octetos,
sólo es necesario examinar el contenido del octeto dividido.
Unicast, broadcast, multicast: tipos de comunicación
En una red Ipv4,
los hosts pueden comunicarse de tres maneras diferentes:
Unicast: el proceso por
el cual se envía un paquete de un host a un host individual.
Broadcast: el proceso por
el cual se envía un paquete de un host a todos los hosts de la red.
Multicast: el proceso por
el cual se envía un paquete de un host a un grupo seleccionado de hosts. Estos
tres tipos de comunicación se usan con diferentes objetivos en las redes de
datos. En los tres casos, se coloca la dirección Ipv4 del host de origen en el
encabezado del paquete como la dirección de origen.
Tráfico unicast
La comunicación
unicast se usa para una comunicación normal de host a host, tanto en una red de
cliente/servidor como en una red punto a punto. Los paquetes unicast utilizan la
dirección host del dispositivo de destino como la dirección de destino y pueden
enrutarse a través de una internetwork. Sin embargo, los paquetes broadcast y
multicast usan direcciones especiales como la dirección de destino. Al utilizar
estas direcciones especiales, los broadcasts están generalmente restringidos a
la red local. El ámbito del tráfico multicast también puede estar limitado a la
red local o enrutado a través de una internetwork. Reproduzca la animación para
ver un ejemplo de transmisión unicast. En una red Ipv4, a la dirección unicast
aplicada a un dispositivo final se le denomina dirección de host. En la comunicación
unicast, las direcciones host asignadas a dos dispositivos finales se usan como
direcciones Ipv4 de origen y de destino. Durante el proceso de encapsulación,
el host de origen coloca su dirección Ipv4 en el encabezado del paquete unicast
como la dirección host de origen y la dirección Ipv4 del host de destino en el
encabezado del paquete como la dirección de destino. Es posible enviar la
comunicación utilizando un paquete unicast por medio de una internetwork con
las mismas direcciones. Nota: En este curso, todas las comunicaciones entre
dispositivos son comunicaciones unicast a menos que se indique lo contrario.
Transmisión de
broadcast
Dado que el
tráfico de broadcast se usa para enviar paquetes a todos los hosts de la red,
un paquete usa una dirección de broadcast especial. Cuando un host recibe un
paquete con la dirección de broadcast como destino, éste procesa el paquete como
lo haría con un paquete con dirección unicast. La transmisión de broadcast se
usa para ubicar servicios/dispositivos especiales para los cuales no se conoce
la dirección o cuando un host debe brindar información a todos los hosts de la
red.
Algunos ejemplos
para utilizar una transmisión de broadcast son:
• Asignar
direcciones de capa superior a direcciones de capa inferior
• Solicitar una
dirección
• Intercambiar
información de enrutamiento por medio de protocolos de enrutamiento
Cuando un host
necesita información envía una solicitud, llamada consulta, a la dirección de
broadcast. Todos los hosts de la red reciben y procesan esta consulta. Uno o
más hosts que poseen la información solicitada responderán, típicamente
mediante unicast. De forma similar, cuando un host necesita enviar información
a los hosts de una red, éste crea y envía un paquete de broadcast con la
información. A diferencia de unicast, donde los paquetes pueden ser enrutados
por toda la internetwork, los paquetes de broadcast normalmente están
restringidos a la red local. Esta restricción depende de la configuración del
router que bordea la red y del tipo de broadcast. Existen dos tipos de
broadcasts: broadcast dirigido y broadcast limitado.
Broadcast
dirigido
Se envía un
broadcast dirigido a todos los hosts en una red específica. Este tipo de broadcast
es útil para enviar un broadcast a todos los hosts de una red local. Por
ejemplo: para que un host fuera de la red se comunique con los hosts dentro de
la red 172.16.4.0 /24, la dirección de destino del paquete sería 172.16.4.255.
Esto se muestra en la figura. Aunque los routers no envían broadcasts dirigidos
por defecto, se los puede configurar para que lo hagan.
Broadcast
limitado
El broadcast
limitado se usa para la comunicación que está limitada a los hosts en la red
local. Estos paquetes usan una dirección Ipv4 de destino 255.255.255.255. Los
routers no envían estos broadcasts. Los paquetes dirigidos a la dirección de
broadcast limitada sólo aparecerán en la red local. Por esta razón, también se
hace referencia a una red Ipv4 como un dominio de broadcast. Los routers son
197ersión197o n197 fronterizos para un dominio de broadcast. A modo de ejemplo,
un host dentro de la red 172.16.4.0 /24 transmitiría a todos los hosts en su
red utilizando un paquete con una dirección de destino 255.255.255.255. Reproduzca
la animación para ver un ejemplo de transmisión de broadcast. Como se mostró
anteriormente, cuando se transmite un paquete, éste utiliza recursos de la red
y de esta manera obliga a cada host de la red que lo recibe a procesar el
paquete. Por lo tanto, el tráfico de broadcast debe limitarse para que no afecte
negativamente el rendimiento de la red o de los dispositivos. Debido a que los
routers separan dominios de broadcast, subdividir las redes con tráfico de
broadcast excesivo puede mejorar el rendimiento de la red.
Transmisión de
multicast
La transmisión
de multicast está diseñada para conservar el ancho de banda de la red Ipv4.
Ésta reduce el tráfico al permitir que un host envíe un único paquete a un
conjunto seleccionado de hosts. Para alcanzar hosts de destino múltiples
mediante la comunicación unicast, sería necesario que el host de origen envíe un
paquete individual dirigido a cada host. Con multicast, el host de origen puede
enviar un único paquete que llegue a miles de hosts de destino. Algunos
ejemplos de transmisión de multicast son:
• Distribución
de audio y video
• Intercambio de
información de enrutamiento por medio de protocolos de enrutamiento
• Distribución
de software
• Suministro de
noticias
Clientes
Multicast
Los hosts que
desean recibir datos multicast específicos se denominan clientes multicast. Los
clientes multicast usan servicios iniciados por un programa cliente para subscribirse
al grupo multicast. Cada grupo multicast está representado por una sola
dirección Ipv4 de destino multicast. Cuando un host Ipv4 se suscribe a un grupo
multicast, el host procesa paquetes dirigidos a esta dirección multicast y
paquetes dirigidos a su dirección unicast exclusivamente asignada. Como se
puede ver, Ipv4 ha apartado un bloque especial de direcciones desde 224.0.0.0 a
239.255.255.255 para direccionamiento de grupos multicast. La animiación
muestra clientes que aceptan paquetes multicast.
Rangos de
direcciones IPv4 reservadas
Expresado en
formato decimal punteado, el rango de direcciones Ipv4 es de 0.0.0.0 a
255.255.255.255. Como se pudo observar anteriormente, no todas estas
direcciones pueden usarse como direcciones host para la comunicación unicast.
Direcciones
experimentales
Un importante
bloque de direcciones reservado con objetivos específicos es el rango de direcciones
Ipv4 experimentales de 240.0.0.0 a 255.255.255.254. Actualmente, estas
direcciones se mencionan como reservadas para uso futuro (RFC 3330). Esto
sugiere que podrían convertirse en direcciones utilizables. En la actualidad,
no es posible utilizarlas en redes Ipv4. Sin embargo, estas direcciones podrían
utilizarse con fines de investigación o experimentación.
Direcciones
multicast
Como se mostró
antes, otro bloque importante de direcciones reservado con objetivos específicos
es el rango de direcciones Ipv4 multicast de 224.0.0.0 a 239.255.255.255.
Además, el rango de direcciones multicast se subdivide en diferentes tipos de
direcciones: direcciones de enlace locales reservadas y direcciones agrupadas
globalmente. Un tipo adicional de dirección multicast son las direcciones
agrupadas administrativamente, también llamadas direcciones de alcance
limitado. Las direcciones Ipv4 multicast de 224.0.0.0 a 224.0.0.255 son
direcciones reservadas de enlace local. Estas direcciones se utilizarán con
grupos multicast en una red local. Los paquetes enviados a estos destinos
siempre se transmiten con un valor de período de vida (TTL) de 1. Por lo tanto,
un router conectado a la red local nunca debería enviarlos. Un uso común de
direcciones de enlace local reservadas se da en los protocolos de enrutamiento
usando transmisión multicast para intercambiar información de enrutamiento. Las
direcciones de alcance global son de 224.0.1.0 a 238.255.255.255. Se las puede
usar para transmitir datos en Internet mediante multicast. Por ejemplo:
224.0.1.1 ha sido reservada para el Protocolo de hora de red (NTP) para sincronizar
los relojes con la hora del día de los dispositivos de la red.
Direcciones host
Después de
explicar los rangos reservados para las direcciones experimentales y las direcciones
multicast, queda el rango de direcciones de 0.0.0.0 a 223.255.255.255 que
podría usarse con hosts Ipv4. Sin embargo, dentro de este rango existen muchas
direcciones que ya están reservadas con objetivos específicos. A pesar de que
se han tratado algunas de estas direcciones anteriormente, las principales
direcciones reservadas se tratan en la próxima sección.
Direcciones
públicas y privadas
Aunque la
mayoría de las direcciones Ipv4 de host son direcciones públicas designadas
para uso en redes a las que se accede desde Internet, existen bloques de
direcciones que se utilizan en redes que requieren o no acceso limitado a Internet.
A estas direcciones se las denomina direcciones privadas.
Direcciones
privadas
Los bloques de
direcciones privadas son:
10.0.0.0 a
10.255.255.255 (10.0.0.0 /8)
172.16.0.0 a
172.31.255.255 (172.16.0.0 /12)
192.168.0.0 a
192.168.255.255 (192.168.0.0 /16)
Los bloques de
direcciones de espacio privadas, como se muestra en la figura, se separa para
utilizar en redes privadas. No necesariamente el uso de estas direcciones debe
ser exclusivo entre redes externas. Por lo general, los hosts que no requieren
acceso a Internet pueden utilizar las direcciones privadas sin restricciones.
Sin embargo, las redes internas aún deben diseñar esquemas de direcciones de
red para garantizar que los hosts de las redes privadas utilicen direcciones IP
que sean únicas dentro de su entorno de networking. Muchos hosts en diferentes
redes pueden utilizar las mismas direcciones de espacio privado. Los paquetes
que utilizan estas direcciones como la dirección de origen o de destino no
deberían aparecer en la Internet pública. El router o el dispositivo de
firewall del perímetro de estas redes privadas deben bloquear o convertir estas
direcciones. Incluso si estos paquetes fueran a hacerse camino hacia Internet,
los routers no tendrían rutas para enviarlos a la red privada correcta.
Traducción de direcciones
de red (NAT)
Con servicios
para traducir las direcciones privadas a direcciones públicas, los hosts en una
red direccionada en forma privada pueden tener acceso a recursos a través de
Internet. Estos servicios, llamados Traducción de dirección de red (NAT),
pueden ser implementados en un dispositivo en un extremo de la red privada. NAT
permite a los hosts de la red “pedir prestada” una dirección pública para
comunicarse con redes externas. A pesar de que existen algunas limitaciones y
problemas de rendimiento con NAT, los clientes de la mayoría de las aplicaciones
pueden acceder a los servicios de Internet sin problemas evidentes. Nota: NAT
será tratado en detalle en un curso posterior.
Direcciones
públicas
La amplia
mayoría de las direcciones en el rango de host unicast Ipv4 son direcciones
públicas. Estas direcciones están diseñadas para ser utilizadas en los hosts de
acceso público desde Internet. Aun dentro de estos bloques de direcciones, existen
muchas direcciones designadas para otros fines específicos.
Direcciones IPv4
especiales
Hay determinadas
direcciones que no pueden ser asignadas a los hosts por varios motivos. También
hay direcciones especiales que pueden ser asignadas a los hosts pero con
restricciones en la interacción de dichos hosts dentro de la red.
Direcciones de
red y de broadcast
Como se explicó
anteriormente, no es posible asignar la primera ni la última dirección a hosts
dentro de cada red. Éstas son la dirección de red y la dirección de broadcast,
respectivamente.
Ruta predeterminada
También
anteriormente presentada, se representa la ruta predeterminada Ipv4 como 0.0.0.0.
La ruta predeterminada se usa como ruta “comodín” cuando no se dispone de una
ruta más específica. El uso de esta dirección también reserva todas las direcciones
en el bloque de direcciones 0.0.0.0 – 0.255.255.255 (0.0.0.0 /8).
Loopback
Una de estas
direcciones reservadas es la dirección Ipv4 de loopback 127.0.0.1. La
dirección de loopback es una dirección especial que los hosts utilizan para
dirigir el tráfico hacia ellos mismos. La dirección de loopback crea un método
de acceso directo para las aplicaciones y servicios TCP/IP que se ejecutan en
el mismo dispositivo para comunicarse entre sí. Al utilizar la dirección
de loopback en lugar de la dirección host Ipv4 asignada, dos servicios en el
mismo host pueden desviar las capas inferiores del stack de TCP/IP. También
es posible hacer ping a la dirección de loopback para probar la
configuración de TCP/IP en el host local. A pesar de que sólo se usa la
dirección única 127.0.0.1, se reservan las direcciones 127.0.0.0 a
127.255.255.255. Cualquier dirección dentro de este bloque producirá un
loop back dentro del host local. Ni siquiera debe aparecer ninguna
dirección en ninguna red dentro de este bloque.
Direcciones de
enlace local
Las direcciones
Ipv4 del bloque de direcciones de 169.254.0.0 a 169.254.255.255 (169.254.0.0
/16) son designadas como direcciones de enlace local. El sistema operativo
puede asignar automáticamente estas direcciones al host local en entornos donde
no se dispone de una configuración IP. Éstas pueden usarse en una pequeña red
punto a punto o con un host que no podría obtener automáticamente una dirección
de un servidor de Dynamic Host Configuration Protocol (Protocolo de configuración
dinámica de host, DHCP). La comunicación mediante direcciones de enlace local
Ipv4 sólo es adecuada para comunicarse con otros dispositivos conectados a la
misma red, como se muestra en la figura. Un host no debe enviar un paquete con
una dirección de destino de enlace local Ipv4 a ningún router para ser enviado,
y debería establecer el TTL de Ipv4 para estos paquetes en 1.
Las direcciones
de enlace local no ofrecen servicios fuera de la red local. Sin embargo, muchas
aplicaciones de cliente/servidor y punto a punto funcionarán correctamente con
direcciones de enlace local Ipv4.
Direcciones TEST‐NET
Se establece el
bloque de direcciones de 192.0.2.0 a 192.0.2.255 (192.0.2.0 /24) para fines de
enseñanza y aprendizaje.
Estas
direcciones pueden usarse en ejemplos de documentación y redes. A diferencia de
las direcciones experimentales, los dispositivos de red aceptarán estas
direcciones en su configuración. A menudo puede encontrar que estas direcciones
se usan con los nombres de dominio example.com o example.net en la
documentación de las RFC, del fabricante y del protocolo. Las direcciones
dentro de este bloque no deben aparecer en Internet.
Enlaces:
Direcciones de
enlace local http://www.ietf.org/rfc/rfc3927.txt?number=3927
Direcciones Ipv4
de uso especialhttp://www.ietf.org/rfc/rfc3330.txt?number=3330
Direccionamiento
de IPv4 de legado
Clases de redes
antiguas
Históricamente,
la RFC1700 agrupaba rangos de unicast en tamaños específicos llamados
direcciones de clase A, de clase
B y de clase C.
También definía a las direcciones de clase D (multicast) y de clase E
(experimental), anteriormente tratadas. Las direcciones unicast de clases A, B
y C definían redes de tamaños específicos, así como bloques de direcciones específicos
para estas redes, como se muestra en la figura. Se asignó a una compañía u
organización todo un bloque de direcciones de clase A, clase B o clase C. Este
uso de espacio de dirección es denominado direccionamiento con clase.
Bloques de clase
A
Se diseñó un
bloque de direcciones de clase A para admitir redes extremadamente grandes con
más de 16 millones de direcciones host. Las direcciones Ipv4 de clase A usaban
un prefijo /8 fijo, donde el primer octeto indicaba la dirección de red. Los tres
octetos restantes se usaban para las direcciones host. Para reservar espacio de
direcciones para las clases de direcciones restantes, todas las direcciones de
clase A requerían que el bit más significativo del octeto de orden superior
fuera un cero. Esto significaba que sólo había 128 redes de clase A posibles,
de 0.0.0.0 /8 a 127.0.0.0 /8, antes de excluir los bloques de direcciones
reservadas. A pesar de que las direcciones de clase A reservaban la mitad del
espacio de direcciones, debido al límite de 128 redes, sólo podían ser asignadas
a aproximadamente 120 compañías u organizaciones.
Bloques de clase
B
El espacio de
direcciones de clase B fue diseñado para satisfacer las necesidades de las
redes de tamaño moderado agrande con más de 65.000 hosts. Una dirección IP de
clase B usaba los dos octetos de orden superior para indicar la dirección de
red. Los dos octetos restantes especificaban las direcciones host. Al igual que
con la clase A, debía reservarse espacio de direcciones para las clases de
direcciones restantes. Con las direcciones de clase B, los dos bits más
significativos del octeto de orden superior eran 10. De esta forma, se restringía
el bloque de direcciones para la clase B a 128.0.0.0 /16 hasta 191.255.0.0 /16.
La clase B tenía una asignación de direcciones un tanto más eficiente que la
clase A debido a que dividía equitativamente el 25% del total del espacio de direcciones
Ipv4 entre aproximadamente 16.000 redes.
Bloques de clase
C
El espacio de
direcciones de clase C era la clase de direcciones antiguas más comúnmente
disponible. Este espacio de direcciones tenía el propósito de proporcionar
direcciones para redes pequeñas con un máximo de 254 hosts. Los bloques de
direcciones de clase C utilizaban el prefijo /24. Esto significaba que una red
de clase C usaba sólo el último octeto como direcciones host, con los tres
octetos de orden superior para indicar la dirección de red. Los bloques de
direcciones de clase C reservaban espacio de direcciones para la clase D
(multicast) y la clase E (experimental) mediante el uso de un valor fijo de 110
para los tres bits más significativos del octeto de orden superior. Esto
restringió el bloque de direcciones para la clase C de 192.0.0.0 /16 a
223.255.255.0 /16. A pesar de que ocupaba sólo el 12.5% del total del espacio
de direcciones Ipv4, podía suministrar direcciones a 2 millones de redes.
Limitaciones del
sistema basado en clases
No todos los
requisitos de las organizaciones se ajustaban a una de estas tres clases. La asignación
con clase de espacio de direcciones a menudo desperdiciaba muchas direcciones,
lo cual agotaba la disponibilidad de direcciones Ipv4. Por ejemplo: una
compañía con una red con 260 hosts necesitaría que se le otorgue una dirección
de clase B con más de 65.000 direcciones. A pesar de que este sistema con clase
no fue abandonado hasta finales de la década del 90, es posible ver restos de estas
redes en la actualidad. Por ejemplo: al asignar una dirección Ipv4 a una computadora,
el sistema operativo examina la dirección que se está asignando para determinar
si es de clase A, clase B o clase C. Luego, el sistema operativo adopta el
prefijo utilizado por esa clase y realiza la asignación de la máscara de subred
adecuada. Otro ejemplo es la adopción de la máscara por parte de algunos protocolos
de enrutamiento. Cuando algunos protocolos de enrutamiento reciben una ruta
publicada, se puede adoptar la longitud del prefijo de acuerdo con la clase de
dirección.
ASIGNACION DE
DIRECCIONES
Planificación
del direccionamiento de una red
Es necesario que
la asignación del espacio de direcciones de la capa de red dentro de la red
corporativa esté bien diseñada. Los administradores de red no deben seleccionar
de forma aleatoria las direcciones utilizadas en sus redes. Tampoco la
asignación de direcciones dentro de la red debe ser aleatoria. La asignación de
estas direcciones dentro de las redes debería ser planificada y documentada a
fin de:
• Evitar
duplicación de direcciones.
• Proveer y
controlar el acceso.
• Monitorear
seguridad y rendimiento.
Evitar
duplicación de direcciones
Como se sabe,
cada host en una interwork debe tener una dirección única. Sin la planificación
y documentación adecuadas de estas asignaciones de red, se podría fácilmente
asignar una dirección a más de un host.
Brindar acceso y
controlarlo
Algunos hosts
ofrecen recursos tanto para la red interna como para la red externa. Un ejemplo
de estos dispositivos son los servidores. El acceso a estos recursos puede ser
controlado por la dirección de la Capa 3. Si las direcciones para estos recursos
no son planificadas y documentadas, no es posible controlar fácilmente la seguridad
y accesibilidad de los dispositivos. Por ejemplo: si se asigna una dirección
aleatoria a un servidor, resulta difícil bloquear el acceso a su dirección y es
posible que los clientes no puedan ubicar este recurso.
Monitorear la
seguridad y el rendimiento
De igual manera,
es necesario monitorear la seguridad y el rendimiento de los hosts de la red y
de la red en general. Como parte del proceso de monitoreo, se examina el
tráfico de la red mediante la búsqueda de direcciones que generan o reciben
demasiados paquetes. Con una planificación y documentación correctas del
direccionamiento de red, es posible identificar el dispositivo de la red que
tiene una dirección problemática.
Asignación de
direcciones dentro de una red
Como ya se ha
explicado, los hosts se asocian con una red Ipv4 por medio de una porción de
red en común de la dirección. Dentro de una red, existen diferentes tipos de
hosts.
Algunos ejemplos
de diferentes tipos de hosts son:
• Dispositivos
finales para usuarios.
• Servidores y
periféricos.
• Hosts a los
que se accede desde Internet.
• Dispositivos
intermediarios.
Cada uno de los
diferentes tipos de dispositivos debe ser asignado en un bloque lógico de direcciones
dentro del rango de direcciones de la red. Una parte importante de la
planificación de un esquema de direccionamiento Ipv4 es decidir cuándo utilizar
direcciones privadas y dónde se deben aplicar. Se debe tener en cuenta lo
siguiente:
¿Habrá más
dispositivos conectados a la red que direcciones públicas asignadas por el ISP
de la red?
¿Se necesitará
acceder a los dispositivos desde fuera de la red local?
Si los
dispositivos a los que se pueden asignar direcciones privadas requieren acceso
a Internet, ¿está la red capacitada para proveer el servicio de Traducción de
dirección de red (NAT)?
Si hay más
dispositivos que direcciones públicas disponibles, sólo esos dispositivos que
accederán directamente a Internet, como los servidores Web, requieren una
dirección pública. Un servicio NAT permitiría a esos dispositivos con direcciones
privadas compartir de manera eficiente las direcciones públicas restantes.
Direccionamiento
estático y dinámico para dispositivos de usuario final
Direcciones para
dispositivos de usuario
En la mayoría de
las redes de datos, la mayor población de hosts incluye dispositivos finales
como PC, teléfonos IP, impresoras y asistentes digitales personales (PDA).
Debido a que esta población representa la mayor cantidad de dispositivos en una
red, debe asignarse la mayor cantidad de direcciones a estos hosts. Las
direcciones IP pueden asignarse de manera estática o dinámica.
Asignación
estática de direcciones
Con una
asignación estática, el administrador de red debe configurar manualmente la información
de red para un host, como se muestra en la figura. Como mínimo, esto implica
ingresar la dirección IP del host, la máscara de subred y el 208ersión por
defecto. Las direcciones estáticas tienen algunas ventajas en comparación con
las direcciones dinámicas. Por ejemplo, resultan útiles para impresoras,
servidores y otros dispositivos de red que deben ser accesibles a los clientes
de la red. Si los hosts normalmente acceden a un servidor en una dirección IP
en particular, esto provocaría problemas si se cambiara esa dirección. Además,
la asignación estática de información de direccionamiento puede proporcionar un
mayor control de los recursos de red. Sin embargo, puede llevar mucho tiempo
ingresar la información en cada host.
Al utilizar
direccionamiento IP estático, es necesario mantener una lista precisa de las direcciones
IP asignadas a cada dispositivo. Éstas son direcciones permanentes y
normalmente no vuelven a utilizarse.
Direccionamiento
estático y dinámico para dispositivos de usuario final
Direcciones para
dispositivos de usuario
En la mayoría de
las redes de datos, la mayor población de hosts incluye dispositivos finales
como PC, teléfonos IP, impresoras y asistentes digitales personales (PDA).
Debido a que esta población representa la mayor cantidad de dispositivos en una
red, debe asignarse la mayor cantidad de direcciones a estos hosts. Las
direcciones IP pueden asignarse de manera estática o dinámica.
Asignación
estática de direcciones
Con una
asignación estática, el administrador de red debe configurar manualmente la información
de red para un host, como se muestra en la figura. Como mínimo, esto implica
ingresar la dirección IP del host, la máscara de subred y el 208ersión por
defecto.
Las direcciones
estáticas tienen algunas ventajas en comparación con las direcciones dinámicas.
Por ejemplo, resultan útiles para impresoras, servidores y otros dispositivos
de red que deben ser accesibles a los clientes de la red. Si los hosts normalmente
acceden a un servidor en una dirección IP en particular, esto provocaría
problemas si se cambiara esa dirección. Además, la asignación estática de
información de direccionamiento puede proporcionar un mayor control de los
recursos de red. Sin embargo, puede llevar mucho tiempo ingresar la información
en cada host. Al utilizar direccionamiento IP estático, es necesario mantener
una lista precisa de las direcciones IP asignadas a cada dispositivo. Éstas son
direcciones permanentes y normalmente no vuelven a utilizarse.
Asignación
de direcciones a otros dispositivos
Direcciones
para servidores y periféricos
Cualquier
recurso de red como un servidor o una impresora debe tener una dirección Ipv4
estática, como se muestra en la figura. Los hosts clientes acceden a estos
recursos utilizando las direcciones Ipv4 de estos dispositivos. Por lo tanto, son
necesarias direcciones predecibles para cada uno de estos servidores y
periféricos. Los servidores y periféricos son un punto de concentración para el
tráfico de red. Se envían muchos paquetes desde las direcciones Ipv4 de estos
dispositivos y hacia éstas. Al monitorear el tráfico de red con una herramienta
como Wireshark, un administrador de red debe poder identificar rápidamente
estos dispositivos. Utilizar un sistema de numeración consistente para estos
dispositivos facilita la identificación.
Direcciones
para hosts accesibles desde Internet
En
la mayoría de las internetworks, los hosts fuera de la empresa pueden acceder
sólo a unos poco dispositivos. En la mayoría de los casos, estos dispositivos
son normalmente algún tipo de servidor. Al igual que todos los dispositivos
enuna red que proporciona recursos de red, las direcciones Ipv4 para estos
dispositivos deben ser estáticas. En el caso de los servidores a los que
se puede acceder desde Internet, cada uno debe tener una dirección de espacio
público asociada. Además, las variaciones en la dirección de uno de estos
dispositivos hará que no se pueda acceder a éste desde Internet. En
muchos casos, estos dispositivos se encuentran en una red numerada mediante
direcciones privadas. Esto significa que el router o el firewall del
perímetro de la red debe estar configurado para traducir la dirección
interna del servidor en una dirección pública. Debido a esta configuración
adicional del dispositivo que actúa como intermediario del perímetro,
resulta aun más importante que estos dispositivos tengan una dirección
predecible.
Direcciones
para dispositivos intermediarios
Los
dispositivos intermediarios también son un punto de concentración para el tráfico
de red. Casi todo el tráfico dentro redes o entre ellas pasa por alguna forma
de dispositivo intermediario. Por lo tanto, estos dispositivos de red ofrecen una
ubicación oportuna para la administración, el monitoreo y la seguridad de red. A
la mayoría de los dispositivos intermediarios se le asigna direcciones de Capa
3. Ya sea para la administración del dispositivo o para su operación. Los
dispositivos como hubs, switches y puntos de acceso inalámbricos no requieren direcciones
Ipv4 para funcionar como dispositivos intermediarios. Sin embargo, si es
necesario acceder a estos dispositivos como hosts para configurar, monitorear o
resolver problemas de funcionamiento de la red, éstos deben tener direcciones
asignadas. Debido a que es necesario saber cómo comunicarse con dispositivos
intermedios, éstos deben tener direcciones predecibles. Por lo tanto,
típicamente, las direcciones se asignan manualmente. Además, las direcciones de
estos dispositivos deben estar en un rango diferente dentro del bloque de red
que las direcciones de dispositivos de usuario.
Routers
y firewalls
A
diferencia de otros dispositivos intermediarios mencionados, se asigna a los
dispositivos de router y firewall un dirección Ipv4 para cada interfaz. Cada
interfaz se encuentra en una red diferente y funciona como 210ersión para los hosts
de esa red. Normalmente, la interfaz del router utiliza la dirección más baja o
más alta de la red. Esta asignación debe ser uniforme en todas las redes de la
empresa, de manera que el personal de red siempre conozca la 210ersión de la
red, independientemente de cuál sea la red en la que están trabajando. Las
interfaces de router y firewall son el punto de concentración del tráfico que
entra y sale de la red. Debido a que los hosts de cada red usan una interfaz de
dispositivo router o firewall como 210ersión para salir de la red, existe un
flujo abundante de paquetes en estas interfaces. Por lo tanto, estos
dispositivos pueden cumplir una función importante en la seguridad de red al
filtrar los paquetes según las direcciones Ipv4 de origen y destino. Agrupar
los diferentes tipos de dispositivos en grupos de direccionamiento lógicos hace
que la asignación y el funcionamiento del filtrado de paquetes sea más
eficiente.
¿Quién asigna las diferentes direcciones?
Una
compañía u organización que desea acceder a la red mediante hosts desde Internet
debe tener un bloque de direcciones públicas asignado. El uso de estas
direcciones públicas es regulado y la compañía u organización debe tener un
bloque de direcciones asignado. Esto es lo que sucede con las direcciones Ipv4,
Ipv6 y multicast. Autoridad de números asignados a Internet (IANA)
(http://www.iana.net) es un soporte maestro de direcciones IP. Las direcciones
IP multicast y las direcciones Ipv6 se obtienen directamente de la IANA. Hasta
mediados de los años noventa, todo el espacio de direcciones Ipv4 era
directamente administrado por la IANA. En ese entonces, se asignó el resto del
espacio de direcciones Ipv4 a otros diversos registros para que realicen la
administración de áreas regionales o con propósitos particulares. Estas
compañías de registro se llaman Registros regionales de Internet (RIR), como se
muestra en la figura.
Los
principales registros son:
•
AfriNIC (African Network Information Centre) – Región de África http://www.afrinic.net
•
APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) – Región de Asia/Pacífico http://www.apnic.net
•
ARIN (American Registry for Internet Numbers) – Región de Norte América http://www.arin.net
•
LACNIC (Registro de dirección IP de la Regional Latinoamericana y del Caribe) –
América Latina y algunas islas del
Caribe
http://www.lacnic.net
•
RIPE NCC (Reseaux IP Europeans) – Europa, Medio Oriente y Asia Central http://www.ripe.net
Enlaces:
Asignaciones
de registros de direcciones Ipv4:
http://www.ietf.org/rfc/rfc1466.txt?number=1466
http://www.ietf.org/rfc/rfc2050.txt?number=2050
Asignación
de direcciones Ipv4: http://www.iana.org/ipaddress/ip‐addresses.htm
Proveedores de servicios de Internet (ISP)
El
papel de ISP
La
mayoría de las compañías u organizaciones obtiene sus bloques de direcciones
Ipv4 de un ISP. Un ISP generalmente suministrará una pequeña cantidad de
direcciones Ipv4 utilizables (6 ó 14) a sus clientes como parte de los
servicios. Se pueden obtener bloques mayores de direcciones de acuerdo con la
justificación de las necesidades y con un costo adicional por el servicio.
En
cierto sentido, el ISP presta o alquila estas direcciones a la organización. Si
se elige cambiar la conectividad de Internet a otro ISP, el nuevo ISP
suministrará direcciones de los bloques de direcciones que ellos poseen, y el
ISP anterior devuelve los bloques prestados a su asignación para prestarlos
nuevamente a otro cliente.
Servicios
ISP
Para
tener acceso a los servicios de Internet, tenemos que conectar nuestra red de
datos a Internet usando un
Proveedor
de Servicios de Internet (ISP).
Los
ISP poseen sus propios conjuntos de redes internas de datos para administrar la
conectividad a Internet y ofrecer servicios relacionados. Entre los servicios
que un ISP generalmente ofrece a sus clientes se encuentran los servicios DNS, servicios
de correo electrónico y un sitio Web. Dependiendo del nivel de servicio requerido
y disponible, los clientes usan diferentes niveles de un ISP.
ISP
Tiers
Los
ISP son designados por una jerarquía basada en su nivel de conectividad a la backbone
de Internet. Cada nivel inferior obtiene conectividad al backbone por medio de
la conexión a un ISP de nivel superior, como se muestra en la figura.
Nivel 1
En
la parte superior de la jerarquía de ISP están los ISP de nivel 1. Éstos son
grandes ISP a nivel nacional o internacional que se conectan directamente al
backbone de Internet. Los clientes de ISP de nivel 1 son ISP de menor nivel o
grandes compañías y organizaciones. Debido a que se encuentran en la cima de la
conectividad a Internet, ofrecen conexiones y servicios altamente confiables.
Entre las tecnologías utilizadas como apoyo de esta confiabilidad se encuentran
múltiples conexiones al backbone de Internet. Las principales ventajas para los
clientes de ISP de nivel 1 son la confiabilidad y la velocidad. Debido a que
estos clientes están a sólo una conexión de distancia de Internet, hay menos
oportunidades de que se produzcan fallas o cuellos de botella en el tráfico. La
desventaja para los clientes de ISP de nivel 1 es el costo elevado.
Nivel
2
Los
ISP de nivel 2 adquieren su servicio de Internet de los ISP de nivel 1. Los ISP
de nivel 2 generalmente se centran en los clientes empresa. Los ISP de nivel 2
normalmente ofrecen más servicios que los ISP de los otros dos niveles. Estos
ISP de nivel 2 suelen tener recursos de TI para ofrecer sus propios servicios
como DNS, servidores de correo electrónico y servidores web. Otros servicios
ofrecidos por los ISP de nivel 2 pueden incluir desarrollo y mantenimiento de
sitios web, e‐commerce/e‐business y VoIP. La principal desventaja
de los ISP de nivel 2, comparados con los ISP de nivel 1, es el acceso más
lento a Internet. Como los IPS de Nivel 2 están al menos a una conexión más
lejos de la backbone de Internet, tienden a tener menor confiabilidad que los
IPS de Nivel 1.
Nivel
3
Los
ISP de nivel 3 compran su servicio de Internet de los ISP de nivel 2. El
objetivo de estos ISP son los mercados minoristas y del hogar en una ubicación
específica. Típicamente, los clientes del nivel 3 no necesitan muchos de los servicios
requeridos por los clientes del nivel 2. Su necesidad principal es conectividad
y soporte. Estos clientes a menudo tienen conocimiento escaso o nulo sobre
computación o redes. Los ISP de nivel 3 suelen incluir la conectividad a
Internet como parte del contrato de servicios de red y computación para los
clientes. A pesar de que pueden tener un menor ancho de banda y menos
confiabilidad que los proveedores de nivel 1 y 2, suelen ser buenas opciones
para pequeñas y medianas empresas.
Direccionamiento IPv6
A
principios de los años noventa, el Grupo de trabajo de ingeniería de Internet
(IETF) centró su interés en el agotamiento de direcciones de red Ipv4 y comenzó
a buscar un reemplazo para este protocolo. Esta actividad produjo el desarrollo
de lo que hoy se conoce como Ipv6. Crear mayores capacidades de
direccionamiento fue la motivación inicial para el desarrollo de este nuevo
protocolo.
También
se consideraron otros temas durante el desarrollo de Ipv6, como:
•
Manejo mejorado de paquetes
•
Escalabilidad y longevidad mejoradas
•
Mecanismos QoS (Calidad del Servicio)
•
Seguridad integrada
Para
proveer estas características, Ipv6 ofrece:
•
Direccionamiento jerárquico de 128 bits: para expandir las capacidades de
direccionamiento
• Simplificación
del formato de encabezado: para mejorar el manejo de paquetes
•
Soporte mejorado para extensiones y opciones: para escabilidad/longevidad
mejoradas y manejo mejorado de paquetes
•
Capacidad de rotulado de flujo: como mecanismos QoS
•
Capacidades de autenticación y privacidad: para integrar la seguridad
Ipv6
no es meramente un nuevo protocolo de Capa 3: es un nuevo conjunto de
aplicaciones de protocolo Se han desarrollado nuevos protocolos en
varias capas del stack para admitir este nuevo protocolo. Hay un nuevo
protocolo de mensajería (ICMPv6) y nuevos protocolos de enrutamiento. Debido al
mayor tamaño del encabezado de Ipv6, también repercute en la infraestructura de
red subyacente.
Transición
a Ipv6
Como
se puede ver en esta breve introducción, Ipv6 ha sido diseñado con escalabilidad
para permitir años de crecimiento de la internetwork. Sin embargo, Ipv6 se está
implementando lentamente y en redes selectas. Debido a las mejores
herramientas, tecnologías y administración de direcciones en los últimos años,
Ipv4 todavía se utiliza ampliamente y probablemente permanezca durante algún
tiempo en el futuro. Sin embargo, Ipv6 podrá eventualmente reemplazar a Ipv4
como protocolo de Internet dominante.
Enlaces:
Ipv6: http://www.ietf.org/rfc/rfc2460.txt?number=2460
direccionamiento
Ipv6: http://www.ietf.org/rfc/rfc3513.txt?number=3513
seguridad
Ipv6: http://www.ietf.org/rfc/rfc2401.txt?number=2401
seguridad
Ipv6: http://www.ietf.org/rfc/rfc3168.txt?number=3168
seguridad
Ipv6: http://www.ietf.org/rfc/rfc4302.txt?number=4302
¿ESTÁ EN MI RED?
Máscara de subred: definición de las porciones
de red y host
Como
se enseñó anteriormente, una dirección Ipv4 tiene una porción de red y una
porción de host. Se hizo referencia a la duración del prefijo como la cantidad
de bits en la dirección que conforma la porción de red. El prefijo es una forma
de definir la porción de red para que los humanos la pueden leer. La red de
datos también debe tener esta porción de red de las direcciones definidas. Para
definir las porciones de red y de host de una dirección, los dispositivos usan
un patrón separado de 32 bits llamado máscara de subred, como se muestra en la
figura. La máscara de subred se expresa con el mismo formato decimal punteado
que la dirección Ipv4. La máscara de subred se crea al colocar un 1 binario en
cada posición de bit que representa la porción de red y un 0 binario en cada
posición de bit que representa la porción de host.
El
prefijo y la máscara de subred son diferentes formas de representar lo mismo,
la porción de red de una dirección.
Como
se muestra en la figura, un prefijo /24 se expresa como máscara de subred de
esta forma 255.255.255.0
(11111111.11111111.11111111.00000000).
Los bits restantes (orden inferior) de la máscara de subred son números cero,
que indican la dirección host dentro de la red.
La
máscara de subred se configura en un host junto con la dirección Ipv4 para
definir la porción de red de esa dirección. Por ejemplo: veamos el host
172.16.4.35/27:
dirección
172.16.20.35
10101100.00010000.00010100.00100011
máscara
de subred
255.255.255.224
11111111.11111111.11111111.11100000
dirección
de red
172.16.20.32
10101100.00010000.00010100.00100000
Como
los bits de orden superior de las máscaras de subred son contiguos números 1,
existe solamente un número limitado de valores de subred dentro de un octeto.
Sólo es necesario ampliar un octeto si la división de red y host entra en dicho
octeto. Por lo tanto, se usan patrones de 8 bits limitados en las máscaras de
subred.
Estos
patrones son:
00000000
= 0
10000000
= 128
11000000
= 192
11100000
= 224
11110000
= 240
11111000
= 248
11111100
= 252
11111110
= 254
11111111
= 255
Si
la máscara de subred de un octeto está representada por 255, entonces todos los
bits equivalentes de ese octeto de la dirección son bits de red. De igual
manera, si la máscara de subred de un octeto está representada por 0, entonces todos
los bits equivalentes de ese octeto de la dirección son bits de host. En cada
uno de estos casos, no es necesario ampliar este octeto a binario para
determinar las porciones de red y host.
Lógica
AND ¿Qué hay en nuestra red?
Dentro
de los dispositivos de redes de datos, se aplica la lógica digital para
interpretar las direcciones. Cuando se crea o envía un paquete Ipv4, la
dirección de red de destino debe obtenerse de la dirección de destino. Esto se
hace por medio de una lógica llamada AND.
Se
aplica la lógica AND a la dirección host Ipv4 y a su máscara de subred para
determinar la dirección de red a la cual se asocia el host. Cuando se aplica
esta lógica AND a la dirección y a la máscara de subred, el resultado que se
produce es la dirección de red.
Operación
AND
AND
es una de las tres operaciones binarias básicas utilizadas en la lógica
digital. Las otras dos son OR y NOT. Mientras que las tres se usan en redes de
datos, AND se usa para determinar la dirección de red. Por lo tanto, sólo se
tratará aquí la lógica AND. La lógica AND es la comparación de dos bits que
produce los siguientes resultados:
11..
AND 1 = 1
11..
AND 0 = 0
0
AND 1 = 0
0
AND 0 = 0
El
resultado de la aplicación de AND con 1 en cualquier caso produce un resultado
que es el bit original. Es decir, 0 AND 1 es 0 y 1 AND 1 es 1. En consecuencia,
la aplicación de AND con 0 en cualquier caso produce un 0.Estas propiedades de la
aplicación de AND se usan con la máscara de subred para “enmascarar” los bits
de host de una dirección Ipv4. Se aplica la lógica AND a cada bit de la
dirección con el bit de máscara de subred correspondiente.
Debido
a que todos los bits de la máscara de subred que representan bits de host son
0, la porción de host de la dirección de red resultante está formada por todos
0. Recuerde que una dirección Ipv4 con todos 0 en la porción de host representa
la dirección de red. De igual manera, todos los bits de la máscara de subred
que indican la porción de red son 1. Cuando se aplica la lógica AND a cada uno
de estos 1 con el bit correspondiente de la dirección, los bits resultantes son
idénticos a los bits de dirección originales.
Motivos
para utilizar AND
La
aplicación de AND a la dirección host y a la máscara de subred se realiza
mediante dispositivos en una red de datos por diversos motivos. Los routers
usan AND para determinar una ruta aceptable para un paquete entrante. El router
verifica la dirección de destino e intenta asociarla con un salto siguiente.
Cuando llega un paquete a un router, éste realiza el procedimiento de aplicación
de AND en la dirección IP de destino en el paquete entrante y con la máscara de
subred de las rutas posibles. De esta forma, se obtiene una dirección de red
que se compara con la ruta de la tabla de enrutamiento de la cual se usó la
máscara de subred. Un host de origen debe determinar si un paquete debe ser
directamente enviado a un host en la red local o si debe ser dirigido al
219ersión. Para tomar esta determinación, un host primero debe conocer su
propia dirección de red. Un host obtiene su dirección de red al aplicar la
lógica AND a la dirección con la máscara de subred. La lógica AND también es
llevada a cabo por un host de origen entre la dirección de destino del paquete
y la máscara de subred de este host. Esto produce la dirección de red de
destino. Si esta dirección de red coincide con la dirección de red del host local,
el paquete es directamente enviado al host de destino. Si las dos direcciones
de red no coinciden, el paquete es enviado al 219ersión.
La
importancia de AND
Si
los routers y dispositivos finales calculan estos procesos sin la intervención
de nadie, ¿por qué debemos aprender acerca de AND? Cuanto más comprendamos y
podamos predecir sobre el funcionamiento de una red, más equipados estaremos
para diseñar y administrar una.
En
la verificación/resolución de problemas de una red, a menudo es necesario
determinar en qué red Ipv4 se encuentra un host o si dos hosts se encuentran en
la misma red IP. Es necesario tomar esta determinación desde el punto de vista de
los dispositivos de red. Debido a una configuración incorrecta, un host puede
encontrarse en una red que no era la planificada. Esto puede hacer que el
funcionamiento parezca irregular, a menos que se realice el diagnóstico
mediante el análisis de los procesos de aplicación de AND utilizados por el
host.
Además,
un router puede tener diferentes rutas que pueden realizar el envío de un paquete
a un determinado destino. La selección de la ruta utilizada para cualquier
paquete es una operación compleja. Por ejemplo: el prefijo que forma estas rutas
no se asocia directamente con las redes asignadas al host. Esto significa que
una ruta de la tabla de enrutamiento puede representar muchas redes. Si se
produjeron inconvenientes con los paquetes de enrutamiento, podrá ser necesario
determinar cómo el router tomaría la decisión del enrutamiento. A pesar de que
se dispone de calculadoras de subredes, es útil para un administrador de red
saber calcular subredes manualmente.
Nota:
No se permite el uso de calculadoras de ningún tipo durante los exámenes de certificación.
El
proceso de aplicación del AND
La
operación AND se aplica a cada bit de la dirección binaria.
CÁLCULO DE DIRECCIONES
Principios
de división en subredes
La
división en subredes permite crear múltiples redes lógicas de un solo bloque de
direcciones. Como usamos un router para conectar estas redes, cada interfaz en
un router debe tener un ID único de red. Cada nodo en ese enlace está en la
misma red. Creamos las subredes utilizando uno o más de los bits del host como
bits de la red. Esto se hace ampliando la máscara para tomar prestado algunos
de los bits de la porción de host de la dirección, a fin de crear bits de red
adicionales. Cuanto más bits de host se usen, mayor será la cantidad de
subredes que puedan definirse. Para cada bit que se tomó prestado, se duplica
la cantidad de subredes disponibles. Por ejemplo: si se toma prestado 1 bit, es
posible definir 2 subredes. Si se toman prestados 2 bits, es posible tener 4
subredes. Sin embargo, con cada bit que se toma prestado, se dispone de menos
direcciones host por subred. El router A en la figura posee dos interfaces para
interconectar dos redes. Dado un bloque de direcciones 192.168.1.0 /24, se
crearán dos subredes. Se toma prestado un bit de la porción de host utilizando
una máscara de subred 255.255.255.128, en lugar de la máscara original
255.255.255.0. El bit más significativo del último octeto se usa para diferenciar
dos subredes. Para una de las subredes, este bit es “0” y para la otra subred,
este bit es “1”.
Fórmula
para calcular subredes
Use
esta fórmula para calcular la cantidad de subredes:
2^n
donde n = la cantidad de bits que se tomaron prestados
En
este ejemplo, el cálculo es así:
2^1
= 2 subredes
La
cantidad de hosts
Para
calcular la cantidad de hosts por red, se usa la fórmula 2^n – 2 donde n = la
cantidad de bits para hosts. La aplicación de esta fórmula, (2^7 – 2 = 126)
muestra que cada una de estas subredes puede tener 126 hosts.
En
cada subred, examine el último octeto binario. Los valores de estos octetos
para las dos redes son:
Subred
1: 00000000 = 0
Subred
2: 10000000 = 128
Vea
la figura para conocer el esquema de direccionamiento para estas redes.
Ejemplo
con 3 subredes
A
continuación, piense en una internetwork que requiere tres subredes. Vea la
figura.
Nuevamente,
se comienza con el mismo bloque de direcciones 192.168.1.0 /24. Tomar prestado
un solo bit proporcionará únicamente dos subredes. Para proveer más redes, se
cambia la máscara de subred a 255.255.255.192 y se toman prestados dos bits.
Esto proveerá cuatro subredes.
Calcule
la subred con esta fórmula:
2^2
= 4 subredes
Cantidad
de hosts
Para
calcular la cantidad de hosts, comience por examinar el último octeto. Observe
estas subredes.
Subred
0: 0 = 00000000
Subred
1: 64 = 01000000
Subred
2: 128 = 10000000
Subred
3: 192 = 11000000
Aplique
la fórmula de cálculo de host.
2^6
– 2 = 62 hosts por subred
Observe
la figura del esquema de direccionamiento para estas redes.
Ejemplo
con 6 subredes
Considere
este ejemplo con cinco LAN y una WAN para un total de 6 redes. Observe la
figura.
Para
incluir 6 redes, coloque la subred 192.168.1.0 /24 en bloques de direcciones
mediante la fórmula:
2^3
= 8
Para
obtener al menos 6 subredes, pida prestados tres bits de host. Una máscara de
subred 255.255.255.224 proporciona los tres bits de red adicionales.
Cantidad
de hosts
Para
calcular la cantidad de hosts, comience por examinar el último octeto. Observe
estas subredes.
0 = 00000000
32 =
00100000
64 =
01000000
96 =
01100000
128
= 10000000
160
= 10100000
192
= 11000000
224
= 11100000
Aplique
la fórmula de cálculo de host:
2^5
– 2 = 30 hosts por subred.
División en Subredes: División en redes del
tamaño adecuado
Cada
red dentro de la internetwork de una empresa u organización está diseñada para
incluir una cantidad limitada de hosts. Algunas redes, como enlaces WAN punto a
punto, sólo requieren un máximo de dos hosts. Otras redes, como una LAN de
usuario en un edificio o departamento grande, pueden necesitar la inclusión de
cientos de hosts. Es necesario que los administradores de red diseñen el
esquema de direccionamiento de la internetwork para incluir la cantidad máxima
de hosts para cada red. La cantidad de hosts en cada división debe permitir el
crecimiento de la cantidad de hosts.
Determine
la cantidad total de hosts
Primero,
considere la cantidad total de hosts necesarios por toda la internetwork
corporativa. Se debe usar un bloque de direcciones lo suficientemente amplio
como para incluir todos los dispositivos en todas las redes corporativas. Esto incluye
dispositivos de usuarios finales, servidores, dispositivos intermediarios e
interfaces de routers.
Determine
la cantidad y el tamaño de las redes
A
continuación, considere la cantidad de redes y el tamaño de cada una requeridas
de acuerdo con los grupos comunes de hosts.
Se
dividen las subredes de la red para superar problemas de ubicación, tamaño y
control. Al diseñar el direccionamiento, se tienen en cuenta los factores para
agrupar los hosts antes tratados:
•
Agrupar basándonos en una ubicación geográfica común
•
Agrupar hosts usados para propósitos específicos
•
Agrupar basándonos en la propiedad
Cada
enlace WAN es una red. Se crean subredes para la WAN que interconecta diferentes
ubicaciones geográficas. Al conectar diferentes ubicaciones, se usa un router
para dar cuenta de las diferencias de hardware entre las LAN y la WAN. A pesar
de que los hosts de una ubicación geográfica en común típicamente comprenden un
solo bloque de direcciones, puede ser necesario realizar la división en
subredes de este bloque para formar redes adicionales en cada ubicación. Es necesario
crear subredes en diferentes ubicaciones que tengan hosts para las necesidades
comunes de los usuarios. También puede suceder que otros grupos de usuarios
requieran muchos recursos de red o que muchos usuarios requieran su propia
subred. Además, es posible tener subredes para hosts especiales, como
servidores. Es necesario tener en cuenta cada uno de estos factores para determinar
la cantidad de redes. También se deben tener en cuenta las necesidades de
propiedad especiales de seguridad o administrativas que requieran redes
adicionales. Una herramienta útil para este proceso de planificación de
direcciones es un diagrama de red. Un diagrama permite ver las redes y hacer
una cuenta más precisa. A fin de incluir 800 hosts en las cuatro ubicaciones de
la compañía, se usa la aritmética binaria para asignar un bloque /22 (2^10‐2=1022).
Asignación
de direcciones
Ahora
que se conoce la cantidad de redes y la cantidad de hosts para cada red, es
necesario comenzar a asignar direcciones a partir del bloque general de
direcciones. Este proceso comienza al asignar direcciones de red para
ubicaciones de redes especiales. Se comienza por las ubicaciones que requieren
la mayoría de los hosts y se continúa hasta los enlaces punto a punto. Este
proceso asegura que se disponga de bloques de direcciones lo suficientemente
amplios para incluir los hosts y las redes para estas ubicaciones. Al hacer las
divisiones y asignar las subredes disponibles, es necesario asegurarse de que
haya direcciones del tamaño adecuado para mayores demandas. Además, se debe
realizar una cuidadosa planificación para asegurar que los bloques de
direcciones asignados a la subred no se superpongan.
Otra
herramienta útil para este proceso de planificación es una hoja de cálculo. Es
posible colocar las direcciones en columnas para visualizar la asignación de
direcciones.
En
el ejemplo, se asignan bloques de direcciones a las cuatro ubicaciones, así
como enlaces WAN.
Con
los principales bloques asignados, se continúa realizando la división en
subredes de cualquiera de las ubicaciones que requiera dicha división. En el
ejemplo, se divide la sede corporativa en dos redes.
Esta
división adicional de las direcciones a menudo se llama división en subredes. Al
igual que con la división en subredes, es necesario planificar detenidamente la
asignación de direcciones de manera que se disponga de bloques de direcciones. La
creación de nuevas redes más pequeñas de un bloque de direcciones determinado
se hace ampliando la longitud del prefijo; es decir, agregando números 1 a la
máscara de subred. De esta forma se asignan más bits a la porción de red de la
dirección para brindar más patrones para la nueva subred. Para cada bit que se
pide prestado, se duplica la cantidad de redes. Por ejemplo: si se usa 1 bit,
existe la posibilidad de dividir ese bloque en dos redes más pequeñas. Con un
solo patrón de bit podemos producir dos patrones únicos de bit, 1 y 0. Si
pedimos prestados 2 bits podemos proveer 4 patrones únicos para representar
redes 00, 01, 10 y 11. Los 3 bits permitirían 8 bloques y así sucesivamente.
Número
total de Hosts utilizables
Recuerde
de la sección anterior que al dividir el rango de dirección en subredes
perdimos dos direcciones de host para cada red nueva. Éstas son la dirección de
red y la dirección de broadcast. La fórmula para calcular el número de hosts en
una red es:
Hosts
utilizables = 2 n‐ 2
Donde
n es el número de bits remanentes a ser utilizados por los hosts.
Enlaces:
División en subredes: subdivisión de una
subred
La
subdivisión en subredes, o el uso de una Máscara de subred de longitud variable
(VLSM), fue diseñada para maximizar la eficiencia del direccionamiento. Al
identificar la cantidad total de hosts que utiliza la división tradicional en
subredes, se asigna la misma cantidad de direcciones para cada subred. Si todas
las subredes tuvieran los mismos requisitos en cuanto a la cantidad de hosts,
estos bloques de direcciones de tamaño fijo serían eficientes. Sin embargo,
esto no es lo que suele suceder.
Por
ejemplo: la topología en la Figura 1 muestra los requisitos de subred de siete
subredes, una para cada una de las cuatro LAN y una para cada una de las tres
WAN. Con la dirección 192.168.20.0, es necesario pedir prestados 3 bits de los
bits del host en el último octeto para satisfacer los requisitos de subred de
siete subredes.
Estos
bits son bits que se toman prestados al cambiar la máscara de subred correspondiente
por números “1” para indicar que estos bits ahora se usan como bits de red.
Entonces, el último octeto de la máscara se representa en binario con 11100000,
que es 224. La nueva máscara 255.255.255.224 se representa mediante la notación
/27 para representar un total de 27 bits para la máscara.
En
binario, esta máscara de subred se representa como:
11111111.11111111.11111111.11100000
Luego
de tomar prestados tres de los bits de host para usar como bits de red, quedan
cinco bits de host. Estos cinco bits permitirán más de 30 hosts por subred.
A
pesar de que se ha cumplido la tarea de dividir la red en una cantidad adecuada
de redes, esto se hizo mediante la pérdida significativa de direcciones no
utilizadas. Por ejemplo: sólo se necesitan dos direcciones en cada subred para
los enlaces WAN. Hay 28 direcciones no utilizadas en cada una de las tres
subredes WAN que han sido bloqueadas en estos bloques de direcciones. Además,
de esta forma se limita el crecimiento futuro al reducir el número total de
subredes disponibles. Este uso ineficiente de direcciones es característico del
direccionamiento con clase.
Aplicar
un esquema de división en subredes estándar al escenario no es muy eficiente y
puede causar desperdicio. De hecho, este ejemplo es un modelo satisfactorio
para mostrar cómo la división en subredes de una subred puede utilizarse para
maximizar el uso de la dirección.
Obtención
de más subredes para menos hosts
Como
se mostró en ejemplos anteriores, se comenzó con las subredes originales y se obtuvieron
subredes adicionales más pequeñas para usar en los enlaces WAN. Creando
subredes más pequeñas, cada subred puede soportar 2 hosts, dejando libres las
subredes originales para ser asignadas a otros dispositivos y evitando que
muchas direcciones puedan ser desperdiciadas.
Para
crear estas subredes más pequeñas para los enlaces WAN, comience con 192.168.20.192.
Podemos dividir esta subred en subredes más pequeñas. Para suministrar bloques
de direcciones para las WAN con dos direcciones cada una, se tomarán prestados
tres bits de host adicionales para usar como bits de red.
Dirección: 192.168.20.192 En binario:
11000000.10101000.00010100.11000000
Máscara:
255.255.255.252 30 bits en binario: 11111111.11111111.11111111.11111100
La
topología en la figura 2 muestra un plan de direccionamiento que divide las
subredes 192.168.20.192 /27 en subredes más pequeñas para suministrar
direcciones para las WAN. De esta forma se reduce la cantidad de direcciones
por subred a un tamaño apropiado para las WAN. Con este direccionamiento, se
obtienen subredes 4, 5 y 7 disponibles para futuras redes, así como varias
subredes disponibles para las WAN.
En
la Figura 1, se considerará el direccionamiento desde otra perspectiva. Se
tendrá en cuenta la división en subredes de acuerdo con la cantidad de hosts,
incluso las interfaces de router y las conexiones WAN. Este escenario posee los
siguientes requisitos:
•
AtlantaHQ 58 direcciones de host
•
PerthHQ 26 direcciones de host
•
SydneyHQ 10 direcciones de host
•
CorpusHQ 10 direccciones de host
•
Enlaces WAN 2 direcciones de host (cada una)
Queda
claro que, a partir de estos requerimientos, el uso de un esquema de armado estándar
de subredes sería un gran desperdicio. En esta internetwork, el armado estándar
de subredes bloquearía cada subred en bloques de 62 hosts, lo que llevaría a un
significativo desperdicio de direcciones potenciales. Este desperdicio es
especialmente evidente en la figura 2, donde se ve que la LAN PerthHQ admite 26
usuarios y que los routers de LAN SydneyHQ y CorpusHQ admiten 10 usuarios cada
uno. Por lo tanto, con el bloque de direcciones 192.168.15.0 /24 se comenzará a
diseñar un esquema de direccionamiento que cumpla los requisitos y guarde
posibles direcciones.
Obtención
de más direcciones
Al
crear un esquema de direccionamiento adecuado, siempre se comienza con la mayor
demanda. En este caso, AtlantaHQ, con 58 usuarios, tiene la mayor demanda. A
partir de 192.168.15.0, se precisarán 6 bits de host para incluir la demanda de
58 hosts; esto deja 2 bits adicionales para la porción de red. El prefijo para esta
red sería /26 y la máscara de subred 255.255.255.192. Comencemos por dividir en
subredes el bloque original de direcciones 192.168.15.0 /24. Al usar la fórmula
de hosts utilizables = 2^n – 2, se calcula que 6 bits de host permiten 62 hosts
en la subred. Los 62 hosts satisfarían los 58 hosts requeridos del router de la
compañía AtlantaHQ.
Dirección:
192.168.15.0
En
binario: 11000000.10101000.00001111.00000000
Máscara:
255.255.255.192
26
bits en binario: 11111111.11111111.11111111.11000000
La
página siguiente muestra el proceso de identificación de la próxima secuencia
de pasos.
Aquí
se describen los pasos para implementar este esquema de armado de subredes.
Asignar
la LAN de AtlantaHQ
Vea
los pasos 1 y 2 en la figura.
El
primer paso muestra un gráfico de planificación de red. El segundo paso en la
figura muestra la entrada para AtlantaHQ. Esta entrada es el resultado del
cálculo de una subred a partir del bloque original 192.168.15.0 /24 a fin de incluir
la LAN más grande, la LAN AtlantaHQ con 58 hosts. Para realizar esta acción fue
necesario pedir prestados 2 bits de host adicionales, para usar una máscara de
bits /26. Al compararlo, el siguiente esquema muestra cómo 192.168.15.0 se
dividiría en subredes mediante el bloque de direccionamiento fijo para brindar
bloques de direcciones lo suficientemente amplios: Subred 0: 192.168.15.0 /26
rango de direcciones host de 1 a 62
Subred
1: 192.168.15.64 /26 rango de direcciones host de 65 a 126
Subred
2: 192.168.15.128 /26 rango de direcciones host de 129 a 190
Subred
3: 192.168.15.192 /26 rango de direcciones host de 193 a 254
Los
bloques fijos permitirían sólo cuatro subredes y, por lo tanto, no dejarían
suficientes bloques de direcciones para la mayoría de las subredes de esta
internetwork. En lugar de continuar utilizando la siguiente subred disponible,
es necesario asegurarse de que el tamaño de cada subred sea consecuente con los
requisitos de host. Para usar un esquema de direccionamiento que se relacione
directamente con los requisitos de host se debe usar un método diferente de
división en subredes.
Asignación
de la LAN PerthHQ
Vea
al Paso 3 en la figura.
En
el tercer paso, se observan los requisitos de la siguiente subred más grande.
Ésta es la LAN PerthHQ, que requiere 28 direcciones de host, incluida la
interfaz de router. Se debe comenzar con la siguiente dirección disponible
192.168.15.64 para crear un bloque de direcciones para esta subred. Al pedir
prestado otro bit, se pueden satisfacer las necesidades de PerthHQ al tiempo
que se limita el desperdicio de direcciones. El bit tomado deja una máscara /27
con el siguiente intervalo de direcciones:
192.168.15.64
/27 intervalo de direcciones de host 65 a 94
Este
bloque de direcciones suministra 30 direcciones, lo cual satisface la necesidad
de 28 hosts y deja espacio para el crecimiento de esta subred.
Asignación
de las LAN SydneyHQ y CorpusHQ
Vea
los Pasos 4 y 5 en la figura.
Los
pasos cuatro y cinco proporcionan direccionamiento para las siguientes subredes
más grandes: Las LAN SydneyHQ y
CorpusHQ.
En estos dos pasos, cada LAN tiene la misma necesidad de 10 direcciones host.
Esta división en subredes requiere tomar prestado otro bit, a fin de ampliar la
máscara a /28. A partir de la dirección 192.168.15.96, se obtienen los
siguientes bloques de direcciones:
Subred
0: 192.168.15.96 /28 rango de direcciones host de 97 a 110
Subred
1: 192.168.15.112 /28 rango de direcciones host de 113 a 126
Estos
bloques proporcionan 14 direcciones para los hosts y las interfaces del router
para cada LAN.
Asignación
de las WAN
Vea
los Pasos 6, 7 y 8 en la figura.
Los
últimos tres pasos muestran la división en subredes para los enlaces WAN. Con estos
enlaces WAN punto a punto, sólo se necesitan dos direcciones. Con el objetivo
de satisfacer los requisitos, se toman 2 bits más para usar una máscara /30. Al
utilizar las próximas direcciones disponibles, se obtienen los siguientes
bloques de direcciones:
Subred
0: 192.168.15.128 /30 rango de direcciones host de 129 a 130
Subred
1: 192.168.15.132 /30 rango de direcciones host de 133 a 134
Subred
2: 192.168.15.136 /30 rango de direcciones host de 137 a 138
Los
resultados muestran en nuestro esquema de direccionamiento, usando visualizaciones
VLSM, una amplia gama de bloques de direcciones correctamente asignados. Como
una mejor práctica, se comenzó por documentar los requisitos, de mayor a menor.
Al comenzar por el requisito mayor, fue posible determinar que un esquema de
bloque de direccionamiento fijo no permitiría un uso eficiente de las
direcciones Ipv4 y, como se muestra en este ejemplo, no suministraría
suficientes direcciones. Se tomaron
prestados bits del bloque de direcciones asignado para crear los intervalos de direcciones
que se ajusten a la topología. La figura 1 muestra los intervalos asignados. La
figura 2 muestra la topología con la información de direccionamiento. El uso de
VLSM para asignar las direcciones permitió aplicar las guías de división en
subredes para agrupar hosts según:
•
Agrupación basada en ubicación geográfica común
•
Agrupación de hosts utilizados para propósitos específicos
•
Agrupación basada en propiedad
En
nuestro ejemplo, basamos la agrupación en el número de hosts dentro de una
ubicación geográfica común.
Cuadro
de VLSM
También
se puede realizar la planificación de direcciones utilizando diversas
herramientas. Un método es utilizar un cuadro de VLSM para identificar los
bloques de direcciones disponibles para su uso y los que ya están asignados.
Este método ayuda a evitar la asignación de direcciones que ya han sido
asignadas. Con la red del ejemplo, es posible inspeccionar la planificación de
direcciones usando el cuadro de VLSM para ver su uso. El primer gráfico muestra
la porción superior del cuadro. Un cuadro completo para su uso está disponible
utilizando el enlace a continuación. VLSM_Subnetting_Chart.pdf Este cuadro se
puede usar para planificar direcciones para redes con prefijos en el rango de
/25 ‐
/30. Éstos son los rangos de red de uso más frecuente para la división en
subredes. Igual que antes, se comienza con la subred que tiene la mayor
cantidad de hosts. En este caso, es AtlantaHQ con 58 hosts.
Elección
de un bloque de la LAN AtlantaHQ
Al
observar el encabezado del cuadro de izquierda a derecha, se encuentra el
encabezado que indica que el tamaño del bloque es suficiente para los 58 hosts.
Ésta es la columna /26. En esta columna, se observan cuatro bloques de este tamaño:
.0
/26 rango de direcciones host de 1 a 62
.64
/26 rango de direcciones host de 65 a 126
.128
/26 rango de direcciones host de 129 a 190
.192
/26 rango de direcciones host de 193 a 254
Dado
que no se han asignado direcciones, es posible elegir cualquiera de estos
bloques. A pesar de que pueden existir
motivos
para usar un bloque diferente, comúnmente se usa el primer bloque disponible,
el .0 /26. Esta asignación se muestra en la Figura 2. Una vez que se asigna el
bloque de direcciones, estas direcciones se consideran usadas. Asegúrese de
marcar este bloque, al igual que cualquier otro bloque mayor que contenga estas
direcciones. Al marcarlo, se pueden ver las direcciones que no pueden ser
usadas y las que todavía están disponibles. Al observar la Figura 3, cuando se
asigna el bloque .0 /26 a AtlantaHQ, se marcan todos los bloques que contienen
estas direcciones.
Elección
de un bloque para la LAN PerthHQ
A
continuación, se necesita un bloque de direcciones para la LAN PerthHQ de 26
hosts. Al desplazarse por el encabezado del cuadro, se encuentra la columna con
subredes de tamaño suficiente para esta LAN. Después, es necesario desplazarse
hacia abajo en el cuadro hasta el primer bloque disponible. En la Figura 3, se
resalta la sección del cuadro disponible para PerthHQ. El bit que se tomó
prestado hace que el bloque de direcciones esté disponible para esta LAN. Aunque
podríamos haber elegido cualquiera de los bloques disponibles, generalmente
procedemos con el primer bloque disponible que satisface la necesidad. El rango
de dirección para este bloque es:.64 /27 rango de dirección host 65 a 94
Elección
de bloques para la LAN de SydneyHQ y la LAN de CorpusHQ
Como
se muestra en la Figura 4, continuamos marcando los bloques de dirección para
evitar la superposición de asignaciones de dirección. Para satisfacer las
necesidades de las LAN SydneyHQ y CorpusHQ, se asignan nuevamente los próximos
bloques disponibles. Esta vez se realiza un desplazamiento hasta la columna /28
y hacia abajo a los bloques .96 y .112. Note que la sección del cuadro
disponible para SydneyHQ y CorpusHQ está resaltada.
Estos
bloques son:
.96
/28 rango de dirección host 97 a 110
.112
/28 rango de dirección host 113 a 126
Elección
de bloques para las WAN
El
último requerimiento para el direccionamiento es para las conexiones WAN entre
las redes. Al observar la Figura 5, se realiza un desplazamiento hacia la
columna de la derecha hasta el prefijo /30. A continuación, debe desplazarse
hacia abajo y resaltar tres bloques disponibles. Estos bloques suministrarán
las 2 direcciones por WAN.
Estos
tres bloques son:
.128
/30 rango de direcciones host de 129 a 130
.132
/30 rango de direcciones host de 133 a 134
.136
/30 rango de direcciones host de 137 a 138
Al
observar la Figura 6, las direcciones asignadas a la WAN están marcadas para indicar
que los bloques que las contienen ya no pueden ser asignados. Observe en la
asignación de estos intervalos de WAN que se han marcado varios bloques más
grandes que no pueden ser asignados.
Éstos
son:
.128
/25
.128
/26
.128
/27
.128
/28
.128
/29
.136
/29
Debido
a que estas direcciones son parte de estos bloques más grandes, la asignación de
estos bloques se superpondría con el uso de estas direcciones. Como se ha
podido observar, el uso de VLSM permite maximizar el direccionamiento y minimizar
el desperdicio. El método del cuadro que se mostró es apenas otra herramienta
que los administradores y técnicos de red pueden usar para crear un esquema de
direccionamiento que ocasione menos desperdicio que el enfoque de bloques de
tamaño fijos.
PRUEBA
DE LA CAPA DE RED
Ping 127.0.0.1 – Prueba del Stack local
Ping
es una utilidad para probar la conectividad IP entre hosts. Ping envía
solicitudes de respuestas desde una dirección host específica. Ping usa un
protocolo de capa 3 que forma parte del conjunto de aplicaciones TCP/IP llamado
Control Message Protocol (Protocolo de mensajes de control de Internet, ICMP).
Ping usa un datagrama de solicitud de eco ICMP. Si el host en la dirección
especificada recibe la solicitud de eco, éste responde con un datagrama de
respuesta de eco ICMP. En cada paquete enviado, el ping mide el tiempo
requerido para la respuesta. A medida que se recibe cada respuesta, el ping
muestra el tiempo entre el envío del ping y la recepción de la respuesta. Ésta
es una medida del rendimiento de la red. Ping posee un valor de límite de
tiempo de espera para la respuesta. Si no se recibe una respuesta dentro de ese
intervalo de tiempo, el ping abandona la comunicación y proporciona un mensaje que
indica que no se recibió una respuesta. Después de enviar todas las peticiones,
la utilidad de ping provee un resumen de las respuestas. Este resumen incluye
la tasa de éxito y el tiempo promedio del recorrido de ida y vuelta al destino.
Ping
del loopback local
Existen
casos especiales de prueba y verificación para los cuales se puede usar el ping.
Un caso es la prueba de la configuración interna del IP en el host local. Para
hacer esta prueba, se realiza el ping de la dirección reservada especial del
loopback local (127.0.0.1), como se muestra en la figura. Una respuesta de
127.0.0.1 indica que el IP está correctamente instalado en el host. Esta
respuesta proviene de la capa de red. Sin embargo, esta respuesta no indica que
las direcciones, máscaras o los gateways estén correctamente configurados.
Tampoco indica nada acerca del estado de la capa inferior del stack de red.
Sencillamente, prueba la IP en la capa de red del protocolo IP. Si se obtiene
un mensaje de error, esto indica que el TCP/IP no funciona en el host.
Ping
de Gateway – Prueba de la conectividad de la LAN local
También
es posible utilizar el ping para probar la capacidad de comunicación del host
en la red local. Generalmente, esto se hace haciendo ping a la dirección IP del
245ersión del host, como se muestra en la figura. Un ping en el 245ersión indica
que la interfaz del host y del router que funcionan como 245ersión funcionan en
la red local. Para esta prueba, se usa la dirección de 245ersión con mayor
frecuencia, debido a que el router normalmente está en funcionamiento. Si la
dirección de 245ersión no responde, se puede intentar con la dirección IP de
otro host que sepa que funciona en la red local. Si el 245ersión u otro host
responden, entonces los hosts locales pueden comunicarse con éxito en la red
local. Si el 245ersión no responde pero otro host sí lo hace, esto podría
indicar un problema con la interfaz del router que funciona como 245ersión. Una
posibilidad es que se tiene la dirección equivocada para el 246ersión. Otra
posibilidad es que la interfaz del router puede estar en funcionamiento, pero
se le ha aplicado seguridad, de manera que no procesa o responde a peticiones
de ping. También puede suceder que otros hosts tengan la misma restricción de
seguridad aplicada.
Ping
de host remoto: Prueba de conectividad con una LAN remota
También
se puede utilizar el ping para probar la capacidad de comunicación del host IP
local en una internetwork. El host local puede hacer ping a un host que
funciona en una red remota, como se muestra en la figura. Si el ping se realiza
con éxito, se habrá verificado la operación de una porción amplia de la
internetwork. Esto significa que se ha verificado la comunicación del host en
la red local, el funcionamiento del router que se usa como 246ersión y los
demás routers que puedan encontrarse en la ruta entre la red y la red del host
remoto. Además, se ha verificado el mismo funcionamiento en el host remoto. Si,
por algún motivo, el host remoto no pudo usar su red local para comunicarse
fuera de la red, entonces no se habría producido una respuesta. Recuerde:
muchos administradores de red limitan o prohíben la entrada de datagramas ICMP
en la red corporativa. Por lo tanto, la ausencia de una respuesta de ping
podría deberse a restricciones de seguridad y no a elementos que no funcionan
en las redes.
Traceroute
(tracert) – Prueba de ruta
El
ping se usa para indicar la conectividad entre dos hosts. Traceroute (tracert)
es una utilidad que permite observar la ruta entre estos hosts. El rastreo
genera una lista de saltos alcanzados con éxito a lo largo de la ruta. Esta
lista puede suministrar información importante para la verificación y el
diagnóstico de fallas. Si los datos llegan a destino, entonces el rastreador
menciona la interfaz en cada router que aparece en el camino. Si los datos
fallan en un salto durante el camino, se tiene la dirección del último router
que respondió al rastreo. Esto indica el lugar donde se encuentra el problema o
las restricciones de seguridad.
Tiempo
de ida y vuelta (RTT)
El
uso de traceroute proporciona el tiempo de ida y vuelta (RTT) para cada salto a
lo largo del camino e indica si se produce una falla en la respuesta del
salto. El tiempo de ida y vuelta (RTT) es el tiempo que le lleva a un paquete
llegar al host remoto y a la respuesta regresar del host. Se usa un
asterisco (*) para indicar la pérdida de un paquete. Esta información
puede ser utilizada para ubicar un router problemático en el camino. Si tenemos
altos tiempos de respuesta o pérdidas de datos de un salto particular,
ésta es una indicación de que los recursos del router o sus conexiones
pueden estar estresados.
Tiempo
de vida (TTL)
Traceroute
hace uso de una función del campo Tiempo de vida (TTL) en el encabezado de Capa
3 y Mensaje excedido en tiempo ICMP. El campo TTL se usa para limitar la
cantidad de saltos que un paquete puede cruzar. Cuando un paquete ingresa a un
router, el campo TTL disminuye en 1. Cuando el TTL llega a cero, el router no
envía el paquete y éste es descartado. Además de descartar el paquete, el
router normalmente envía un mensaje de tiempo superado de ICMP dirigido al host
de origen. Este mensaje de ICMP estará conformado por la dirección IP del
router que respondió.
Reproduzca
la animación en la figura para ver cómo Traceroute aprovecha el TTL.
La
primera secuencia de mensajes enviados desde traceroute tendrá un campo de TTL
de uno. Esto hace que el TTL expire el límite de tiempo del paquete en el
primer router. Este router luego responde con un mensaje de ICMP. Traceroute
ahora posee la dirección del primer salto.
A
continuación, Traceroute incrementa progresivamente el campo TTL (2, 3, 4...)
para cada secuencia de mensajes. De esta manera se proporciona al rastreo la
dirección de cada salto a medida que los paquetes expiran el límite de tiempo a
lo largo del camino. El campo TTL continúa aumentando hasta que se llega a
destino o hasta un máximo predefinido. Una vez que se llega al destino final,
el host responde con un mensaje de puerto inalcanzable de ICMP o un mensaje de respuesta
de eco de ICMP, en lugar del mensaje de tiempo superado de ICMP.
ICMPv4.
Protocolo que admite pruebas y mensajería
A
pesar de que Ipv4 no es un protocolo confiable, ofrece el envío de mensajes en
caso de determinados errores. Estos mensajes se envían mediante servicios del
Control Messaging Protocol (Protocolo de mensajes de control de Internet, ICMPv4).
El objetivo de estos mensajes es proporcionar respuestas acerca de temas relacionados
con el procesamiento de paquetes IP bajo determinadas condiciones, no es hacer
que el IP sea confiable. Los mensajes de ICMP no son obligatorios y a menudo no
se permiten por razones de seguridad.
ICMP
es el protocolo de mensajería para el conjunto de aplicaciones TCP/IP.
ICMP proporciona mensajes de control y error y se usa mediante las utilidades ping
y traceroute. A pesar de que ICMP usa el soporte básico de IP como si fuera un
protocolo ICMP de mayor nivel, en realidad es una capa 3 separada del conjunto
de aplicaciones TCP/IP. Los tipos de mensajes ICMP, y los motivos por los que
se envían, son vastos. Se tratarán algunos de los mensajes más comunes.
Los
mensajes ICMP que se pueden enviar incluyen:
•
Confirmación de host
•
Destino o servicio inalcanzable
•
Tiempo excedido
•
Redirección de ruta
•
Disminución de velocidad en origen
Confirmación
de host
Se
puede utilizar un Mensaje de eco del ICMP para determinar si un host está en
funcionamiento. El host local envía una petición de eco de ICMP a un host. El
host que recibe el mensaje de eco responde mediante la respuesta de eco de ICMP,
como se muestra en la figura. Este uso de los mensajes de eco de ICMP es la
base de la utilidad ping.
Destino
o servicio inalcanzable
Se
puede usar el destino inalcanzable de ICMP para notificar a un host que el
destino o servicio es inalcanzable. Cuando un host o 249ersión recibe un
paquete que no puede enviar, puede enviar un paquete de destino inalcanzable de
ICMP al host que origina el paquete. El paquete de destino inalcanzable tendrá
códigos que indican el motivo por el cual el paquete no pudo ser enviado.
Entre
los códigos de destino inalcanzable se encuentran:
0 =
red inalcanzable
11..
= host inalcanzable
11..
= protocolo inalcanzable
11..
= puerto inalcanzable
Los
códigos para las respuestas red inalcanzable y host inalcanzable son respuestas
de un router que no puede enviar un paquete. Si un router recibe un paquete
para el cual no posee una ruta, puede responder con un código de destino inalcanzable
de ICMP = 0, que indica que la red es inalcanzable. Si un router recibe un
paquete para el cual posee una ruta conectada pero no puede enviar el paquete
al host en la red conectada, el router puede responder con un código de destino
inalcanzable de ICMP = 1, que indica que se conoce la red pero que el host es
inalcanzable. Los códigos 2 y 3 (protocolo inalcanzable y puerto inalcanzable)
son utilizados por un host final para indicar que el segmento TCP o el
datagrama UDP en un paquete no pudo ser enviado al servicio de capa superior. Cuando
el host final recibe un paquete con una PDU de capa 4 que se enviará a un servicio
no disponible, el host puede responder al host de origen con un código de
destino inalcanzable de ICMP = 2 o con un código = 3, que indica que el servicio
no está disponible. Es posible que el servicio no esté disponible debido a que
no hay un daemon en funcionamiento que proporcione el servicio o porque la
seguridad del host no permite el acceso al servicio.
Tiempo
superado
Un
router utiliza un mensaje de tiempo superado de ICMP para indicar que no se
puede enviar un paquete debido a que el campo TTL del paquete ha expirado. Sin
un router recibe un paquete y dismimuye el campo TTL del paquete a cero, éste
descarta el paquete. El router también puede enviar un mensaje de tiempo
superado de ICMP al host de origen para informar al host el motivo por el que
se descartó el paquete.
Redireccionamiento
de ruta
Un
router puede usar un mensaje de redireccionamiento de ICMP para notificar a los
hosts de una red acerca de una mejor ruta disponible para un destino en particular.
Es posible que este mensaje sólo pueda usarse cuando el host de origen esté en
la misma red física que ambos gateways. SI un router recibe un paquete para el
cual tiene una ruta y para el próximo salto se conecta con la misma interfaz
del paquete recibido, el router puede enviar un mensaje de redireccionamiento
de ICMP al host de origen. Este mensaje informará al host de origen acerca del
próximo salto en una ruta de la tabla de enrutamiento.
Disminución
de velocidad en origen
El
mensaje de disminución de velocidad en origen de ICMP puede usarse para informar
al origen que deje de enviar paquetes por un tiempo. Si un router no posee
suficiente espacio en búfer para recibir paquetes entrantes, un router descartará
los paquetes. SI debe hacerlo, también puede enviar un mensaje de disminución
de velocidad en origen de ICMP a los hosts de origen por cada mensaje que
descarta. Un host de destino también puede enviar un mensaje de disminución de
velocidad en origen si los datagramas llegan demasiado rápido para ser
procesados. Cuando un host recibe un mensaje de disminución de velocidad en
origen de ICMP, lo informa a la capa de transporte. El host de origen puede
utilizar el mecanismo de control de flujo de TCP para adaptar la transmisión.
Enlaces:
RFC 792 http://www.ietf.org/rfc/rfc0792.txt?number=792
RFC 1122
http://www.ietf.org/rfc/rfc1122.txt?number=1122
Resumen de la Capa de Red
El protocolo de capa de Red más significativo (Capa 3 de OSI) es el Protocolo de Internet (IP). La versión 4 (Ipv4) de IP es el protocolo de capa de Red que se utilizará como ejemplo a lo largo de este curso.
El enrutamiento de IP de Capa 3 no garantiza una entrega confiable ni establece una conexión antes de transmitir los datos. Esta comunicación no confiable sin conexión es rápida y flexible, pero las capas superiores deben proveer mecanismos para garantizar la entrega de datos si se necesita.
La función de la capa de Red es llevar datos desde un host a otro sin tener en cuenta el tipo de datos. Los datos están encapsulados en un paquete. El encabezado del paquete tiene campos que incluyen la dirección de destino del paquete.
El direccionamiento jerárquico de la capa de Red con las porciones de red y host facilita la división de redes en subredes y permite el uso de la dirección de red para enviar paquetes hacia el destino en lugar de usar cada dirección de host individual.Si la dirección de destino no está en la misma red como host de origen, el paquete pasa al 181ersión por defecto para ser enviado a la red de destino. El 181ersión es una interfaz de un router que analiza la dirección de destino. Si la red de destino tiene una entrada en su tabla de enrutamiento, el router envía el paquete ya sea a una red conectada o al 181ersión del siguiente salto. Si no hay entrada de enrutamiento, el router puede enviar el paquete a una ruta default o descartar el paquete.
Las entradas de la tabla de enrutamiento se pueden configurar manualmente en cada router para proveer enrutamiento estático, o los routers pueden comunicar la información de la ruta de manera dinámica entre ellos utilizando un protocolo de enrutamiento.
