conceptos de la capa de red

FUNDAMENTOS DE REDES
CONCEPTOS DE LA
CAPA DE RED
Dolly Gómez Santacruz
dollygos@univalle.edu.co
CAPA DE RED
La capa de red se ocupa de enviar paquetes
de un punto a otro, para lo cual utiliza los
servicios de la capa de enlace
●
Una de las funciones de la capa de red es la de
encontrar la mejor ruta a través de la red para
un destino dado.
●
Los dispositivos utilizan el esquema de
direccionamiento de capa de red para
determinar el destino de los datos a medida
que se desplazan a través de la red.
●
Funciones
Define los paquetes como la unidad básica
de transmisión, incluyen la información
necesaria para transmitirlo a través de la red
(direccionamiento)
●
Pasa los datos del nivel de enlace a los de
transporte
●
Identificación de la topología de los
enrutadores,
escoger
las
trayectorias
adecuadas, y realizar balanceo de carga en
las rutas.
●
Funciones
Define el esquema de direccionamiento, IP
transmite revisando el campo de dirección
destino, si la dirección es la de un host en la
red conectada directamente, el paquete se
entrega directamente a su destino, si no se
encuentra en la red local, el paquete se
entrega a un gateway para su entrega
●
Enruta los paquetes hacia los equipos remotos
●
En el nivel de red residen los protocolos IP e
ICMP (Internet Control Messaging Protocol)
●
CAPA DE RED
Importancia
Direcciones lógicas asociadas a las estaciones
de origen y destino.
●
Rutas a través de la red para alcanzar los
destinos deseados.
●
Esquemas de direccionamiento dependiendo
del protocolo de capa de red que se utilice.
●
Interconexión entre redes separadas
●
CAPA DE RED
Importancia
●
Direcciones lógicas
Importancia
•Direccionamiento Jerárquico y único
Importancia
•Direccionamiento Jerárquico y único
Importancia
•Interconexión entre redes separadas
Servicios proporcionados a la
capa de transporte
Los servicios deben ser independientes de la
tecnología adyacente.
●
La capa de transporte debe estar aislada de la
cantidad, tipo y topología de las redes
presentes.
●
Las direcciones de red disponibles para la capa
de transporte deben seguir
un plan de
numeración uniforme.
●
Principios de interconexión
entre redes
Proporcionar un enlace entre redes.
●
Proporcionar el enrutamiento y entrega de
datos entre procesos en diferentes redes
●
Proporcionar un servicio de contabilidad que
realice un seguimiento de la utilización de las
diferentes redes y dispositivos de enrutamiento
y mantenga información de estado.
●
Proporcionar los servicios independientemente
de la arquitectura.
●
Diferencias entre redes
Diferentes esquemas de direccionamiento.
●
Diferentes tamaños máximos de paquetes.
●
Diferentes mecanismos de acceso a la red.
●
Diferentes valores de expiración de los
temporizadores.
●
Recuperación de errores.
●
Informes de estado.
●
Técnicas de enrutamiento.
●
Control de acceso del usuario.
●
Conexión (circuitos virtuales) o sin conexión
(datagramas).
●
Funcionamiento orientado a la
conexión
Establecimiento de una conexión lógica de red,
llamada circuito virtual, uso y liberación de la
misma
●
Cuando el equipo terminal de datos A quiere
intercambiar datos con el DTE B, se establece una
conexión lógica entre ellos.
●
Se determina la ruta en el establecimiento del
circuito virtual, todos los paquetes siguen la misma
ruta.
●
Identificadores del circuito virtual
●
Funcionamiento orientado a la
conexión
Un dispositivo de enrutamiento orientado a
la conexión ejecuta:
-Retransmisión
-Enrutamiento
●
Funcionamiento orientado a la
conexión
Funcionamiento orientado a la
conexión
Funcionamiento no orientado a la
conexión
Mecanismo de datagramas.
●
Cada unidad de datos del protocolo de red
se trata independientemente y se encamina
desde el DTE origen al DTE destino a través
de una serie de dispositivos y redes basado
en la dirección completa del destino
●
Diferentes unidades de datos pueden viajar
por diferentes rutas.
●
Ejemplo: Protocolo Internet IP.
●
Funcionamiento no orientado a la
conexión
Funcionamiento no orientado a la
conexión
Conceptos de la capa de red
Enrutadores
Los enrutadores (routers) son dispositivos de
internetworking que operan en la capa de red
del modelo OSI. Estos dispositivos unen o
interconectan segmentos de red o redes
enteras.
●
Hacen pasar paquetes de datos entre redes
tomando como base la información de la capa
de red.
●
Enrutadores: Enrutamiento
La determinación de la ruta se produce a nivel de
Capa de red y es por tanto, función de los
enrutadores.
●
Permite al router evaluar las rutas disponibles hacia
un destino y establecer el mejor manejo de un
paquete.
●
Los servicios de enrutamiento utilizan la
información de topología de red para evaluar las
rutas de red.
●
La determinación de ruta es el proceso que utiliza
el router para elegir el siguiente salto de la ruta del
paquete hacia su destino.
●
Enrutadores: Enrutamiento
Tablas de enrutamiento
●
Tablas estáticas: Son configuradas manualmente por
el administrador de red, indicando todas y cada una de
las rutas necesarias.
●
Demasiado trabajo administrativo para redes grandes
o con cambios frecuentes.
●
Tablas dinámicas: Por medio de protocolos de
enrutamiento se crean y mantienen las rutas a cada
red.
●
Respuesta flexible ante congestión y error.
●
Convergencia
Conceptos de la capa de red
Cuestiones de diseño
●
●
●
●
●
Tiempo de vida de los datagramas
Los datagramas podrían viajar indefinidamente
gastando recursos, es necesaria la existencia de un
tiempo de vida máximo para cada datagrama y así
evitar esta situación.
Este tiempo de vida es un campo en el datagrama IP,
una vez se agote este campo se descarta el datagrama.
Implementación con un contador de saltos que se
decrementa al pasar a través de cada enrutador.
Conteo de tiempo real para determinar hace cuanto
visitó el anterior enrutador.
Conceptos de la capa de red
Cuestiones de diseño
●Segmentación
y reensamblado: Las redes pueden
especificar tamaños máximos de paquetes diferentes.
●
El reensamblado puede ocurrir en sistemas finales o en
sistemas intermedios este implica el manejo de buffers.
●
En IP se reensambla unicamente en el destino, se
utilizan campos en la cabecera para controlar el proceso
de fragmentación y reensamblado.
–Data Unit Identifier (ID): identificador de la unidad de
datos.
–Data length: Longitud de los datos en octetos.
–Desplazamiento: posición del fragmento en el datagrama
original, multiplos de 64 bits.
–Indicador de más datos.
Fragmentación
PROTOCOLO INTERNET IP
Parte del conjunto de protocolos TCP/IP, es el
protocolo de interconexión (capa 3) más
utilizado.
Es un servicio de entrega “best-effort” o de
mejor esfuerzo
No hay garantía de entrega, ni retardos, ni de
orden
PROTOCOLO INTERNET
Formato datagrama IP
PROTOCOLO INTERNET IP
Formato datagrama IP
-Versión (4 bits)
Actualmente la 4
IP v6
-Largo de la cabecera Internet (IHL) (4 bits)
Expresada en palabras de 32 bits, de 5 a 60 según el
campo variable de opciones
-Tipo de servicio (8 bits)
Precedencia (3bits) prioridad de 0...7
DTR (Delay, Throughput, reliability)
2 bits no usados
PROTOCOLO INTERNET IP
Formato datagrama IP
-Longitud total (16 bits)
En octetos largo total del datagrama
- Identificación (16 bits)
Número de secuencia
Usado junto con las direcciones y protocolo
usuario para identificar unívocamente el
datagrama
PROTOCOLO INTERNET IP
Formato datagrama IP
-Señaladores o Flags (3 bits)
-MF Más bits
–DF No fragmentación
-Desplazamiento del fragmento (13 bits)
Medido en 64 bits
-Tiempo de vida (8 bits)
Tiempo en seg. del datagrama para permanecer en la
red, permite descartar un paquete una vez que ha dado un
número excesivo de saltos o ha pasado un tiempo excesivo
viajando por la red. En la práctica lo que se hace es restar el
TTL en uno por cada salto o router que visita.
-Protocolo que transporta
Protocolo superior TCP, UDP
Formato datagrama IP
-Suma de comprobación (16 bits)
Se verifica y recalcula en cada router, el checksum sólo
cubre el encabezado del paquete, no los datos.
-Source address: (32 bits)
Dirección fuente
-Destination address: (32 bits)
Dirección destino
-Opciones (variable)
Campo de longitud variable que no siempre está soportado en
los routers y se utiliza muy raramente.
-Relleno (variable)
Asegurar que la cabecera tenga una longitud multiplo de 32
bits
-Datos (variable)
Longitud multiplo de 8 bits, la máxima longitud es de 65535
octetos (campo de datos más cabecera)
Formato datagrama IP
-Opciones del encabezado IP
Entre las opciones se cuentan:
Record Route que pide a cada router por el que pasa
el paquete que anote en el encabezado su dirección,
obteniéndose un trazado de la ruta seguida (debido a la
limitación a un máximo de 40 bytes en la parte opcional
del encabezado, como máximo pueden registrarse 9
direcciones).
Timestamp actúa de manera similar a record route,
pero además de anotar la dirección IP de cada router
atravesado se anota en otro campo de 32 bits el
instante en que el paquete pasa por dicho router.
Formato datagrama IP
-Opciones del encabezado IP
Source Routing permite al emisor especificar la ruta
que debe seguir el paquete hasta llegar a su destino.
Existen dos variantes: strict source routing que
especifica la ruta exacta salto a salto, y loose source
routing, define algunos de los saltos que debe seguir.
Direcciones IPv4
Cada interfaz de red tiene una dirección
numérica única
●
Dirección Internet de 32 bits, formado por
un identificador de red y uno de host.
●
Esquemas de direccionamiento jerárquico
permiten detectar el destino de modo
eficiente.
●
El enrutador sólo necesita saber los
enrutadores a los cuales se encuentra
conectado, e identifique cual de ellos puede
enviar su mensaje al destino final, basado
en la dirección IP.
●
Direcciones IP
La red telefónica es un ejemplo del uso del
direccionamiento jerárquico.
●
Inicialmente se usa un código de área que
designa un área geográfica como primera parte de
la llamada (Cod país).
●
Los dígitos siguientes representan la region (Cod
área).
●
Posteriormente como parte de cada número de
teléfono, los primeros dígitos representan la
central telefónica local.
●
Los últimos dígitos representan el número
telefónico destino individual.
●
Direcciones IP
PROTOCOLO INTERNET IP
Direcciones IP
PROTOCOLO INTERNET IP
Direcciones IP
Los datos se encapsulan en cada capa del
modelo OSI.
●
En la capa de red, los datos se encapsulan en
paquetes (también denominados datagramas).
●
IP determina la forma del encabezado del
paquete IP (que incluye información de
direccionamiento y otra información de control)
pero no se ocupa de los datos en sí.
●
PROTOCOLO INTERNET IP
Direcciones IP
-Las direcciones IP identifican un
dispositivo en una red y la red a la cual se
encuentra conectado.
-Las
direcciones
IP
se
escriben
generalmente con notación decimal
punteada
(4
números
decimales
separados por puntos).
166.122.23.130
PROTOCOLO INTERNET IP
Direcciones IP
PROTOCOLO INTERNET IP
Direcciones IP
-Clases de red (ClassFull) las direcciones se
dividen en clases de acuerdo al largo del prefijo:
–Clase A: Pocas redes, muchos computadores
–Clase B: Número medio de redes y de
computadores
–Clase C: Muchas redes cada una con pocos
computadores
–Clase D: Para multicast
–Clase E: Reservadas
PROTOCOLO INTERNET IP
Direcciones IP
N Número de Red
H Número de Host asignado por el administrador
Direcciones IP
Direcciones IP
CLASE A:
●
Inician con el 0 binario, referencia /8
●
Todos en 0.0.0.0 es dirección reservada (ruta por
defecto)
●
01111111 (127) reservada para loopback:
127.0.0.0
●
Rango 1.x.x.x to 126.x.x.x
●
27 -2= 126 direcciones de red
●
Direcciones IP
CLASE B:
●
Inician con el 10 binario, referencia como /16
●
Segundo octeto incluido en la dirección de red
● 14
2 = 16,384 direcciones de red
●
Rango 128.x.x.x to 191.x.x.x
●
Direcciones IP
CLASE C:
●
Inician con el 110 binario, referenciado como
/24
●
Segundo y tercer octeto también incluido en la
dirección de red
● 21
2 = 2,097,152 direcciones de red
●
Rango 192.x.x.x to 223.x.x.x
●
Direcciones IP
CLASE D:
Tiene los primeros cuatro bits en 1110, la
dirección Clase D se creó para permitir multicast
en una dirección IP. Una dirección multicast es
una dirección exclusiva de red que dirige los
paquetes con esa dirección destino hacia grupos
predefinidos de direcciones IP. Por lo tanto, una
sola estación puede transmitir de forma
simultánea una sola corriente de datos a
múltiples receptores.
●
Comprende 11100000 a 11101111, o 224 a 239
●
Direcciones IP
Clase E: Inicia con 1111 y es reservada
para uso experimental de la Fuerza de
tareas de ingeniería de Internet (IETF). No
se han emitido direcciones Clase E para ser
utilizadas en Internet. Los primeros cuatro
bits de una dirección Clase E siempre son
1s. Por lo tanto, el rango del primer octeto
para las direcciones Clase E es 11110000 a
11111111, o 240 a 255.
●
Direcciones IP
Direcciones de loopback
●
Permite que un proceso cliente y un
proceso
servidor
en
el
mismo
computador se comuniquen utilizando la
pila de protocolos TCP/IP.
●
127.0.0.1 normalmente se asigna con el
nombre localhost
●
Direcciones IP
Una dirección IP que contiene ceros binarios en
todos los bits de host se reserva para la dirección
de red
Red Clase B, 176.10.0.0 es la dirección IP de la red
que contiene el host 176.10.120.13
Direcciones IP
•Si se desea enviar datos a todos los
dispositivos de la red, se necesita una
dirección de “broadcast”. Un broadcast se
produce cuando una fuente envía datos a
todos los dispositivos de una red.
•Se necesita una dirección IP destino que
todos los hosts puedan reconocer y captar.
•Las direcciones IP de broadcast contiene unos
binarios en toda la parte de la dirección que
corresponde al host (el campo de host).
Direcciones IP
PROTOCOLO INTERNET IP
Direcciones IP (host)
PROTOCOLO INTERNET IP
Direcciones IP (host)
La primera dirección en cada red está
reservada para la dirección de red (o el
número de red) en sí y la última dirección en
cada red está reservada para los broadcast.
Total de host menos 2: las direcciones
reservadas de broadcast y de red
Clase A: 224 - 2 = 16.777.214 hosts.
Clase B: 216 - 2 = 65.534 hosts
Clase C: 28 – 2 = 254 hosts